Come calcolare la lunghezza di un filo di nicromo
Informazioni di base e marchi di nicromo
Il nichel è una lega di nichel e cromo con l'aggiunta di manganese, silicio, ferro, alluminio. Per questo materiale, i parametri dipendono dal rapporto specifico delle sostanze nella lega, ma in media si trovano nell'intervallo:
- resistività elettrica - 1,05-1,4 Ohm * mm2/ m (a seconda del grado di lega);
- coefficiente di temperatura della resistenza - (0,1-0,25) · 10−3 PER−1;
- temperatura di esercizio - 1100 ° C;
- punto di fusione - 1400 ° C;
Nelle tabelle, la resistività è spesso data in μOhm * m (o 10-6 Ohm * m) - i valori numerici sono gli stessi, la differenza di dimensione.
Attualmente ci sono due dei marchi più comuni di filo di nicromo:
- X20H80. È composto per il 74% da nichel e da 23% di cromo, oltre all'1% di ferro, silicio e manganese. I conduttori di questo marchio possono essere utilizzati a temperature fino a 1250 ᵒC, punto di fusione - 1400 ᵒC. Ha anche un'alta resistenza elettrica. La lega viene utilizzata per la fabbricazione di elementi di dispositivi di riscaldamento. La resistenza specifica è 1,03-1,18 μOhm · m;
- X15H60. Composizione: 60% nichel, 25% ferro, 15% cromo. Temperatura di esercizio non superiore a 1150 ᵒC. Punto di fusione - 1390 ᵒC. Contiene più ferro, che aumenta le proprietà magnetiche della lega e aumenta la sua resistenza alla corrosione.
Imparerai di più sui gradi e le proprietà di queste leghe da GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 e altri.
Come già accennato, il filo di nicromo viene utilizzato ovunque dove sono necessari elementi riscaldanti. L'elevata resistività e il punto di fusione consentono di utilizzare il nicromo come base per vari elementi riscaldanti, da un bollitore o un asciugacapelli a un forno a muffola.
Metodi di calcolo
Per resistenza
Scopriamo come calcolare la lunghezza di un filo di nicromo in termini di potenza e resistenza. Il calcolo inizia con la determinazione della potenza richiesta. Immagina di aver bisogno di un filo di nicromo per un piccolo saldatore con una potenza di 10 watt, che funzionerà con un alimentatore a 12V. Per fare questo, abbiamo un filo con un diametro di 0,12 mm.
Il calcolo più semplice della lunghezza del nicromo in potenza senza tener conto del riscaldamento viene eseguito come segue:
Definisci la forza attuale:
P = UI
I = P / U = 10/12 = 0,83 A
Il calcolo della resistenza di un filo di nicromo viene eseguito da Legge di Ohm:
R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 ohm
La lunghezza del filo è:
l = SR /ρ,
dove S è l'area della sezione trasversale, ρ – resistività.
O secondo questa formula:
l = (Rπd2) / 4ρ
Ma prima devi calcolare la resistività per il filo di nicromo con un diametro di 0,12 mm. Dipende dal diametro: più è grande, meno resistenza.
L = (14,5 * 3,14 * 0,12 ^ 2) / 4 * 1,1 = 0,149 m = 14,9 cm
Lo stesso può essere preso dalla tabella GOST 12766.1-90. 8, dove viene indicato un valore di 95,6 Ohm / m, se lo conti, ottieni quasi la stessa cosa:
L = Rnecessario/ RTabl= 14,4 / 95,6 = 0,151 m = 15,1 cm
Per un riscaldatore da 10 watt alimentato a 12V, sono necessari 15,1 cm.
Se è necessario calcolare il numero di giri di una spirale per attorcigliarlo da un filo di nicromo di questa lunghezza, utilizzare le seguenti formule:
Lunghezza di un giro:
l1= π (D + d / 2),
Numero di giri:
N = L / (π (D + d / 2)),
dove L e d sono la lunghezza e il diametro del filo, D è il diametro dell'asta su cui verrà avvolta la spirale.
Supponiamo di avvolgere un filo di nicromo su un'asta con un diametro di 3 mm, quindi i calcoli vengono eseguiti in millimetri:
N = 151 / (3.14 (3 + 0.12 / 2)) = 15.71 giri
Ma allo stesso tempo, bisogna considerare se il nicromo di una tale sezione trasversale può resistere a questa corrente. Di seguito sono riportate tabelle dettagliate per determinare la corrente massima consentita a una determinata temperatura per sezioni specifiche. In parole semplici: si determina quanti gradi il filo deve riscaldare e si seleziona la sua sezione trasversale per la corrente nominale.
Si noti inoltre che se il riscaldatore si trova all'interno del liquido, la corrente può essere aumentata di 1,2-1,5 volte e, se si trova in uno spazio limitato, viceversa - ridotta.
Per temperatura
Il problema del calcolo precedente è che consideriamo la resistenza di una spirale fredda lungo il diametro del filo del nicromo e la sua lunghezza. Ma dipende dalla temperatura, mentre è anche necessario considerare in quali condizioni sarà possibile raggiungerlo. Se questo calcolo è ancora applicabile per il taglio di schiuma o per un riscaldatore, sarà troppo grossolano per un forno a muffola.
Diamo un esempio di calcoli di nicromo per una fornace.
Innanzitutto, determina il suo volume, diciamo 50 litri, quindi determina la potenza, per questo c'è una regola empirica:
- fino a 50 litri - 100 W / l;
- 100-500 litri - 50-70 W / l.
Quindi nel nostro caso:
P = pemp* V = 50 * 100 = 5 kW.
Successivamente, consideriamo l'attuale forza e resistenza:
Per 220 V:
I = 5000/220 = 22,7 Amp
R = 220 / 22.7 = 9.7 Ohm
Per 380 V quando si collegano le spirali con una stella, il calcolo sarà il seguente.
Dividi il potere in 3 fasi:
Pf = 5/3 = 1,66 kW per fase
Quando è collegato da una stella, 220 V viene applicato a ciascun ramo (tensione di fase, può variare a seconda dell'installazione elettrica), quindi la corrente:
I = 1660/220 = 7.54 A
Resistenza:
R = 220 / 7.54 = 29.1 Ohm
Per una connessione triangolare, calcoliamo in base a una tensione lineare di 380 V:
I = 1660/380 = 4.36 A
R = 380 / 4,36 = 87,1 Ohm
Per determinare il diametro, viene presa in considerazione la potenza superficiale specifica del riscaldatore. Calcoliamo la lunghezza, prendiamo la resistività dalla tabella. 8. GOST 12766.1-90, ma prima definiamo il diametro.
Per calcolare la potenza superficiale specifica del forno utilizzando la formula.
La scommessa (dipende dalla superficie che assorbe il calore) e un (coefficiente di efficienza della radiazione) sono selezionati secondo le seguenti tabelle.
Quindi, per riscaldare la fornace a 1000 gradi, prendere la temperatura a spirale di 1100 gradi, quindi secondo la tabella di selezione Bef scegliere un valore di 4,3 W / cm2, e secondo la tabella di selezione del coefficiente a - 0,2.
iladdizionale= Bef* a = 4,3 * 0,2 = 0,86 W / cm2 = 0,86 * 10 ^ 4 W / m2
Il diametro è determinato dalla formula:
Rt - la resistenza specifica del materiale di riscaldamento ad una data t è determinata secondo GOST 12766.1, tabella 9 (mostrata sotto).
Per nicromo X80N20 - 1.025
Rt= p20* R1000= 1.13 * 10 ^ 6 * 1.025 = 1.15 * 10 ^ 6 Ohm / mm
Quindi connettersi a una rete trifase secondo lo schema "Star":
d = 1,23 mm
La lunghezza è calcolata dalla formula:
L = 42m
Verifica i valori:
L = R / (p * k) = 29.1 / (0.82 * 1.033) = 34m
I valori differiscono a causa dell'alta temperatura della spirale; il controllo non tiene conto di una serie di fattori. Pertanto, prendiamo per la lunghezza di 1 spirale - 42 m, quindi per tre spirali sono necessari 126 metri di 1,3 mm di nicromo.
Conclusione
Pertanto, è possibile calcolare la lunghezza del filo per una spirale di nicromo e determinare il diametro desiderato in base a potenza, sezione e temperatura. È importante considerare:
- condizioni ambientali;
- posizione degli elementi riscaldanti;
- temperatura a spirale;
- temperatura alla quale la superficie deve essere riscaldata e altri fattori.
Anche il calcolo di cui sopra, nonostante la sua complessità, non può essere definito sufficientemente accurato. Perché il calcolo degli elementi riscaldanti è una termodinamica continua e possono essere citati numerosi fattori che influenzano i suoi risultati, ad esempio l'isolamento termico di un forno e così via.
In pratica, dopo aver valutato le spirali, aggiungono o rimuovono, a seconda del risultato, o usano sensori e dispositivi di temperatura per regolarlo.
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