En la actualidad, el calentamiento por resistencia se ha convertido en una técnica ampliamente utilizada en diversas industrias. Conocer sus diferentes tipos, ventajas y aplicaciones resulta fundamental para aprovechar al máximo sus beneficios. En este artículo, te adentraremos en el fascinante mundo del calentamiento por resistencia, explorando sus peculiaridades y cómo puede ser una solución eficiente en muchos ámbitos. Prepárate para descubrir todo lo que necesitas saber sobre esta innovadora técnica.
En este artículo, discutiremos la definición, los tipos, las ventajas y las aplicaciones del calentamiento por resistencia o calentamiento por resistencia eléctrica. Entonces, comencemos con la introducción básica del calentamiento por resistencia.
¿Qué es el calentamiento por resistencia?
El método de calentamiento eléctrico en el que se utiliza la propiedad resistiva de los materiales para generar el calor requerido se conoce como calentamiento por resistencia. De la física elemental, sabemos que la resistencia de un material es la propiedad por la cual se genera calor cuando una corriente eléctrica fluye a través del material. Esta propiedad se utiliza en varios aparatos de calefacción como plancha eléctrica, calentador eléctrico, etc.
En el calentamiento por resistencia, se emplea un elemento calefactor hecho de un material de alta resistencia para producir calor cuando una corriente eléctrica fluye a través de él. El funcionamiento de la resistencia se basa en Ley de calentamiento de Joule. De acuerdo con la ley de Joules, el calor producido por el material es directamente proporcional al cuadrado de la corriente que pasa a través del material y la resistencia del material, es decir
Donde t es el tiempo durante el cual la corriente fluye a través del material.
Principio de calentamiento por resistencia
Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un material altamente resistivo, los electrones que viajan a través del material chocan con sus átomos positivos y generan calor.
Tipos de calentamiento por resistencia
El calentamiento por resistencia se clasifica en los siguientes dos tipos, a saber,
- Calentamiento directo por resistencia
- Calentamiento por resistencia indirecta
1. Calentamiento por resistencia directa
El tipo de método de calentamiento por resistencia en el que se hace que la corriente eléctrica fluya directamente a través de la carga (una sustancia a calentar) para que la carga se caliente debido a su propio efecto resistivo se conoce como calentamiento por resistencia directa.
En el calentamiento por resistencia directa, el flujo de corriente eléctrica a través del material a calentar provoca una pérdida óhmica (I2pérdida de R) en la sustancia misma y hace que el material se caliente.
La disposición esquemática del calentamiento por resistencia directa se muestra en la figura 1 a continuación.
Aquí, el material o carga a calentar puede tomar cualquier forma, es decir, líquido, polvo, pedazos, etc. Dos electrodos metálicos se sumergen en el material y se conectan a una fuente de suministro eléctrico. Cuando la corriente eléctrica fluye a través de los electrodos y la carga, se produce calor en la carga debido a su resistencia eléctrica.
Ventajas del calentamiento por resistencia directa
- La principal ventaja del calentamiento por resistencia directa es que es más eficiente porque el calor se produce en la propia carga.
- El calentamiento directo produce un calentamiento constante y uniforme a una temperatura más alta.
- Hace un calentamiento rápido del material.
- Necesita un mantenimiento mínimo
- Escala de metal reducida
Desventajas del calentamiento por resistencia directa
- El principal inconveniente de la directa calentamiento por resistencia es que este tipo de calentamiento por resistencia es aplicable solo a materiales que son eléctricamente conductores como los metales.
- Además, el control automático de la resistencia directa no es posible porque no hay control de la corriente.
Aplicación de Calentamiento por Resistencia Directa
Las siguientes son las aplicaciones del calentamiento por resistencia directa.
Horno de baño de sal
Un horno de baño de sal, también conocido como horno de tratamiento térmico de baño de sal, se usa ampliamente para procesos de tratamiento térmico a alta temperatura como la manipulación, el templado y el endurecimiento del acero y otros metales. Proporciona un calentamiento rápido y uniforme con un calentamiento selectivo localizado
El horno tiene un baño de cloruro de sodio con dos electrodos sumergidos en él. Cuando el flujo de corriente a través de los electrodos que están sumergidos en la sal provoca el calentamiento de la sal y la temperatura de la sal varía entre 1000°C y 1500°C. La temperatura de la sal depende del tipo de sal utilizada.
Caldera de electrodos
Las calderas de electrodo encuentran sus aplicaciones en el calentamiento de agua. Tiene un tanque de agua y dos electrodos colocados en él.
Cuando alimentamos el suministro eléctrico a los electrodos, la corriente fluye en el agua a través del electrodo hacia el agua y el calentamiento se produce debido a la resistencia del agua. El tanque de agua está sólidamente conectado a tierra y conectado a tierra.
2. Calentamiento por resistencia indirecta
El tipo de calentamiento por resistencia en el que se genera calor en un elemento de alta resistencia al pasar corriente eléctrica y la carga se coloca por encima o por debajo del elemento, se conoce como calentamiento por resistencia indirecta.
Por lo tanto, en el calentamiento por resistencia indirecta, un elemento calefactor produce calor de acuerdo con la ley I2R y luego este calor se transfiere al material a calentar. El modo de transferencia de calor del elemento a la carga podría ser conducción, convección o radiación.
El diagrama esquemático del calentamiento por resistencia indirecta se muestra en la figura 2 a continuación.
Aquí, se instala un elemento calefactor en una cámara de calentamiento y la carga se vierte alrededor de la cámara de calentamiento. Cuando la corriente eléctrica fluye a través del elemento, se produce calor y se transfiere a la carga.
Ventajas del calentamiento por resistencia indirecta
- El calentamiento por resistencia indirecta proporciona una temperatura uniforme.
- En el calentamiento por resistencia indirecta, también es posible el control automático de la temperatura.
- El calentamiento por resistencia indirecta se puede utilizar para calentar casi todo tipo de materiales.
Desventajas del calentamiento por resistencia indirecta
- El tiempo requerido para el calentamiento es mayor en comparación con el calentamiento por resistencia directa.
- Es menos eficiente que el calentamiento directo porque se pierde cierta cantidad de calor durante la transferencia del elemento a la carga.
- Peligro de explosión con calentamiento por resistencia indirecta
Aplicaciones del calentamiento por resistencia indirecta
Las siguientes son las aplicaciones del calentamiento por resistencia indirecta.
Horno de Resistencia
El horno de resistencia tiene una cámara hecha de material aislante. Los elementos resistivos se colocan dentro del horno. El elemento se puede realizar en forma de tiras o bobinas y estos elementos se colocan en la parte superior e inferior del horno.
Para aplicaciones de alta temperatura, se utilizan dos electrodos proyectados desde las paredes opuestas del horno para obtener altas temperaturas cuando la corriente fluye a través de estos electrodos. El tamaño y la forma del horno se hacen de acuerdo a las aplicaciones.
La temperatura del horno se puede controlar variando el voltaje o la corriente, la resistencia y el tiempo de duración del calentamiento.
Estos hornos se utilizan ampliamente para diversas aplicaciones, como el secado y el horneado de materiales cerámicos, la cocción de alimentos y el tratamiento térmico de metales.
Calentador de agua de inmersión
El calentador de agua de inmersión tiene una bobina resistiva colocada en cilindros ranurados de material cerámico.
El alambre de nicromo (80% Ni, 20% Cr) recubierto con óxido de magnesio se utiliza para la bobina de resistencia. Este material tiene la propiedad de evitar la oxidación del elemento.
Métodos de control de temperatura de calentamiento por resistencia
En el calentamiento por resistencia, el control de la temperatura es una de las prácticas cruciales que se siguen para mantener la temperatura en el valor deseado. La temperatura en el calentamiento por resistencia se puede controlar tanto de forma manual como automática. Para controlar la temperatura del calentamiento por resistencia, se utilizan los siguientes tres métodos.
- Al cambiar el voltaje a través del elemento – En este método, el voltaje a través del elemento calefactor se cambia usando reguladores de voltaje o conectando resistencias en serie o variando el voltaje de suministro. El aumento de voltaje empuja más corriente a través del elemento y, por lo tanto, la temperatura aumenta, y el voltaje reducido hace que fluya menos corriente a través de los elementos y, por lo tanto, la temperatura más baja.
- Al cambiar la resistencia del elemento – La temperatura del calentamiento por resistencia también se puede controlar aumentando o disminuyendo la resistencia del elemento calefactor.
- Encendiendo y apagando periódicamente el suministro – Cambiando periódicamente el suministro al calentador, también podemos controlar la temperatura del calentamiento de la resistencia. Pero este método es aplicable solo a dispositivos de calentamiento por resistencia de tamaño pequeño.
Características del elemento calefactor de resistencia
Los siguientes son los características importantes de los elementos calefactores de resistencia:
- El elemento calefactor debe tener una alta resistividad para que una pequeña longitud del elemento pueda producir una cantidad significativa de calor.
- Debe tener un alto punto de fusión para que pueda soportar altas temperaturas.
- El coeficiente de temperatura de la resistencia debe ser bajo para que sea posible un control preciso de la temperatura.
- A altas temperaturas, no debe oxidarse.
Nota – El elemento calefactor más utilizado en el calentamiento por resistencia está hecho der Níquel-Cromo o Níquel-Cromo-Hierro o Níquel-Cromo-Aluminio o Níquel-Cobre.
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