Como calcular o comprimento de um fio nicrômico

Informações básicas e marcas de nicrómio

O níquel é uma liga de níquel e cromo com a adição de manganês, silício, ferro e alumínio. Para este material, os parâmetros dependem da proporção específica de substâncias na liga, mas em média estão na faixa:

• resistividade elétrica - 1,05-1,4 Ohm * mm²/ m (dependendo do grau da liga);
• coeficiente de temperatura da resistência - (0,1-0,25) · 10⁻³ Para⁻¹;
• temperatura de operação - 1100 ° C;
• ponto de fusão - 1400 ° C;

Nas tabelas, a resistividade é geralmente dada em μOhm * m (ou 10^-6 Ohm * m) - os valores numéricos são os mesmos, a diferença de dimensão.

Atualmente, existem duas das marcas mais comuns de fio nicrômico:

• X20H80. Consiste em 74% de níquel e 23% de cromo, além de 1% de ferro, silício e manganês. Os condutores desta marca podem ser usados ​​em temperaturas de até 1250 ^ᵒC, ponto de fusão - 1400 ^ᵒC. Ele também tem uma alta resistência elétrica. A liga é usada para a fabricação de elementos de dispositivos de aquecimento. A resistência específica é 1,03-1,18 μOhm · m;
• X15H60. Composição: 60% de níquel, 25% de ferro e 15% de cromo. Temperatura de operação não superior a 1150 ^ᵒC. Ponto de fusão - 1390 ^ᵒC. Ele contém mais ferro, o que aumenta as propriedades magnéticas da liga e aumenta sua resistência à corrosão.

Você aprenderá mais sobre as qualidades e propriedades dessas ligas em GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 e outras.

Como já mencionado, o fio nicrômico é usado em qualquer lugar onde elementos de aquecimento são necessários. A alta resistividade e o ponto de fusão tornam possível usar o nicrômio como base para vários elementos de aquecimento, de uma chaleira ou secador de cabelo a um forno de mufla.

Métodos de cálculo

Por resistência

Vamos descobrir como calcular o comprimento de um fio nicrômico em termos de potência e resistência. O cálculo começa com a determinação da potência necessária. Imagine que precisamos de uma rosca nicrômica para um pequeno ferro de solda com uma potência de 10 watts, que funcionará com uma fonte de alimentação de 12V. Para fazer isso, temos um fio com um diâmetro de 0,12 mm.

O cálculo mais simples do comprimento do nicrromo em potência sem levar em consideração o aquecimento é realizado da seguinte forma:

Defina a força atual:

P = UI

I = P / U = 10/12 = 0,83 A

O cálculo da resistência de um fio nicrômico é realizado por Lei de Ohm:

R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 Ohms

O comprimento do fio é:

l = SR /ρ,

onde S é a área da seção transversal, ρ – resistividade.

Ou de acordo com esta fórmula:

l = (Rπd2) / 4ρ

Mas primeiro você precisa calcular a resistividade do fio nicrômico com um diâmetro de 0,12 mm. Depende do diâmetro - quanto maior, menor a resistência.

L = (14,5 * 3,14 * 0,12 ^ 2) / 4 * 1,1 = 0,149 m = 14,9 cm

O mesmo pode ser obtido na tabela GOST 12766.1-90. 8, onde um valor de 95,6 Ohm / m é indicado, se você contar, obtém quase a mesma coisa:

L = R_requerido/ R_tabl= 14,4 / 95,6 = 0,151m = 15,1cm

Para um aquecedor de 10 watts alimentado por 12V, você precisa de 15,1 cm.

Se você precisar calcular o número de voltas de uma espiral para torcer a partir de um fio nicrômico desse comprimento, use as seguintes fórmulas:

Duração de um turno:

eu₁= π (D + d / 2),

Número de voltas:

N = L / (π (D + d / 2)),

onde L e d são o comprimento e o diâmetro do fio, D é o diâmetro da haste na qual a espiral será enrolada.

Suponha que enrolemos um fio nicrômico em uma haste com um diâmetro de 3 mm e, em seguida, os cálculos são realizados em milímetros:

N = 151 / (3,14 (3 + 0,12 / 2)) = 15,71 voltas

Mas, ao mesmo tempo, é preciso levar em consideração se o nicromo de tal seção transversal pode ou não suportar essa corrente. Tabelas detalhadas para determinar a corrente máxima permitida a uma certa temperatura para seções específicas são fornecidas abaixo. Em palavras simples - você determina quantos graus o fio deve aquecer e seleciona sua seção transversal para a corrente nominal.

Observe também que, se o aquecedor estiver dentro do líquido, a corrente poderá ser aumentada de 1,2 a 1,5 vezes e, em um espaço confinado, vice-versa - reduzida.

Pela temperatura

O problema do cálculo acima é que consideramos a resistência de uma espiral fria ao longo do diâmetro da rosca nicrômica e seu comprimento. Mas isso depende da temperatura, enquanto também é necessário considerar em que condições será possível alcançá-lo. Se esse cálculo ainda for aplicável ao corte de espuma ou a um aquecedor, será muito grosso para um forno de mufla.

Damos um exemplo de cálculos de nicrômios para um forno.

Primeiro, determine seu volume, digamos 50 litros, depois determine a potência, para isso existe uma regra empírica:

• até 50 litros - 100W / l;
• 100-500 litros - 50-70 W / l.

Então, no nosso caso:

P = p_emp* V = 50 * 100 = 5 kW.

A seguir, consideramos a força e a resistência atuais:

Para 220V:

I = 5000/220 = 22,7 Amperes

R = 220 / 22,7 = 9,7 Ohms

Para 380V ao conectar as espirais com uma estrela, o cálculo será o seguinte.

Divida o poder em 3 fases:

Pf = 5/3 = 1,66 kW por fase

Quando conectado por uma estrela, 220V é aplicado a cada ramo (tensão de fase, pode variar dependendo da sua instalação elétrica) e, em seguida, a corrente:

I = 1660/220 = 7,54 A

Resistência

R = 220 / 7,54 = 29,1 Ohm

Para uma conexão triangular, calculamos de acordo com uma tensão linear de 380V:

I = 1660/380 = 4,36 A

R = 380 / 4,36 = 87,1 Ohm

Para determinar o diâmetro, a potência superficial específica do aquecedor é levada em consideração. Calculamos o comprimento, tiramos a resistividade da tabela. 8. GOST 12766.1-90, mas primeiro definimos o diâmetro.

Para calcular a potência superficial específica do forno usando a fórmula.

Aposta (depende da superfície de absorção de calor) e um (coeficiente de eficiência da radiação) são selecionados de acordo com as tabelas a seguir.

Portanto, para aquecer o forno a 1000 graus, calcule a temperatura espiral de 1100 graus e, em seguida, de acordo com a tabela de seleção B_ef escolha um valor de 4,3 W / cm²e de acordo com a tabela de seleção do coeficiente a - 0,2.

Em_adicionais= B_ef* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm² = 0,86 * 10 ^ 4 W / m²

O diâmetro é determinado pela fórmula:

p_t - a resistência específica do material do aquecedor em um dado t é determinada de acordo com GOST 12766.1, tabela 9 (mostrada abaixo).

Para nicrómio X80N20 - 1.025

p_t= p₂₀* p₁₀₀₀= 1,13 * 10 ^ 6 * 1,025 = 1,15 * 10 ^ 6 Ohm / mm

Em seguida, para conectar-se a uma rede trifásica de acordo com o esquema "Estrela":

d = 1,23 mm

O comprimento é calculado pela fórmula:

L = 42m

Verifique os valores:

L = R / (p * k) = 29,1 / (0,82 * 1,033) = 34m

Os valores diferem devido à alta temperatura da espiral; a verificação não leva em consideração vários fatores. Portanto, tomamos o comprimento de 1 espiral - 42m; depois, para três espirais, você precisa de 126 metros de nicrômio de 1,3 mm.

Conclusão

Assim, você pode calcular o comprimento do fio para uma espiral nicrômica e determinar o diâmetro desejado por potência, seção transversal e temperatura. É importante considerar:

• condições ambientais;
• localização de elementos de aquecimento;
• temperatura espiral;
• temperatura à qual a superfície deve ser aquecida e outros fatores.

Mesmo o cálculo acima, apesar de sua complexidade, não pode ser considerado suficientemente preciso. Como o cálculo dos elementos de aquecimento é uma termodinâmica contínua, é possível citar vários fatores que influenciam seus resultados, por exemplo, isolamento térmico de um forno e assim por diante.

Na prática, após avaliar as espirais, eles adicionam ou removem, dependendo do resultado, ou usam sensores e dispositivos de temperatura para ajustá-lo.

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