Emițătoare infraroșii pe gaz pentru spații industriale: construcție, principiu de funcționare, varietăți

Dispozitivele IR care generează fluxuri termice și luminoase sunt utilizate activ în diverse domenii de producție și în gospodăriile private. Cele mai solicitate sunt emițătoarele infraroșii cu gaz pentru spațiile industriale. Acțiunea lor se bazează pe capacitatea unui corp încălzit de a emite căldura primită în spațiu.

Veți afla totul despre principiile de funcționare a echipamentelor infraroșii din articolul propus de noi. Vom povesti despre varietățile echipamentelor infraroșii și despre diferențele lor caracteristice. Vă vom familiariza cu modelele de top de pe piață.

Esența radiației infraroșii

Radiația infraroșie se deosebește de lumina vizibilă obișnuită și atât de familiară. Sunt asemănătoare prin viteza cu care se propagă și traversează spațiul. Ambele varietăți sunt capabile să se refracte, să se reflecte și să se adune „într-un fascicul”.

Spre deosebire de radiația luminoasă obișnuită, care reprezintă unde electromagnetice, fluxul IR posedă atât proprietăți ondulatorii, cât și cuantice. Adică transmite atât lumină, cât și căldură.

Atât lumina obișnuită, cât și radiația infraroșie reprezintă fluxuri de unde electromagnetice. Diferența constă în faptul că în primul caz predomină componenta vizibilă, iar în al doilea – componenta vizibilă se combină cu cea termică.

Lumina furnizată de dispozitivele infraroșii se deplasează în mod ondulatoriu. Oscilațiile electromagnetice luminoase se află în segmentul spectrului de la 760 nm (nanometri) până la 540 μm (micrometri). Căldura emisă de emițătoarele IR este un flux de cuante. Energia lor ocupă intervalul de la 0,0125 la 1,25 eV (electron-volți).

Fluxurile termice și luminoase emise de dispozitivele infraroșii sunt interconectate. Odată cu creșterea intensității luminii, fluxul cuantic de căldură se reduce. În funcție de temperatură, radiația infraroșie poate fi percepută sau nu de ochii noștri. Radiația termică nu se determină vizual.

Această specificație a radiației infraroșii este utilizată în industrie pentru accelerarea proceselor de polimerizare și întărire. Partea termică a radiației infraroșii oferă posibilitatea de a determina prezența și localizarea unei persoane sau a unui animal în perioada nocturnă slab iluminată sau neiluminată.

Aparatele de încălzire cu infraroșu emit lumină în combinație cu energie termică, utilizată în formarea unui microclimat confortabil pe șantiere, în ateliere, în halele de producție, ferme avicole, sere și multe alte obiecte.

Caracterul neobișnuit al funcționării aparatelor IR, care emit lumină în combinație cu căldură, a stat la baza dezvoltării dispozitivelor de vedere pe timp de noapte. Acesta este utilizat în defectoscopie, în mijloacele de alarmă ascunsă și în dispozitivele tehnice pentru fotografiere în timpul întunericului.

Ambele componente ale radiației infraroșii aproape că nu se dispersează în spațiul procesat, ele se focalizează parcă pe obiectele aflate în zona de acțiune. Căldura pătrunde în corpul obiectului încălzit, adâncimea de pătrundere depinzând de proprietățile, structura și materialul obiectului. Adâncimea variază de la o zecime de mm până la câțiva mm.

Încălzitoarele cu infraroșu se instalează pe podea, se fixează pe pereți, se suspendă de tavan. Aparatele se caracterizează prin ardere fără flacără, conservarea oxigenului în spațiul înconjurător, nu ridică coloane de praf spre deosebire de convectoare.

Atunci când sunt utilizate în scopuri industriale, lungimea de undă a emițătoarelor infraroșii se selectează în funcție de caracteristicile tehnice ale obiectului sau substanței. Razele IR trec liber prin masa de aer, de aceea încălzirea se realizează fără pierderi semnificative. Această circumstanță este considerată pe bună dreptate un avantaj important în producție.

Pe lângă încălzirea și iluminarea zonei procesate de aparat, emițătoarele infraroșii sunt utilizate în rezolvarea următoarelor sarcini:

Tipuri de surse de radiații infraroșii

Cele mai simple surse de radiație IR sunt lămpile incandescente, bine cunoscute de noi toți, care funcționează la tensiune joasă. În astfel de condiții, ele emit în principal fluxuri infraroșii. Ponderea undelor electromagnetice luminoase este nesemnificativă, dar totuși se determină optic.

În prezent, consumatorii privați, organizațiile de construcții și producție dispun de numeroase tipuri de emițătoare IR.

Domeniul lor de aplicare este determinat de:

• temperatura de lucru;
• valoarea maximă a lungimii de undă;
• zona în care fluxul infraroșu este distribuit uniform.

Având în vedere caracteristicile enumerate, se selectează dispozitivul emițător destinat rezolvării sarcinilor specifice.

Cele mai răspândite varietăți de emițătoare IR includ:

• Lămpi cu dispozitive reflectorizante oglindă. La emisia maximă, lungimea lor de undă este de 1,05 μm.
• Lămpi tubulare cuarț. Lungimea lor de undă la emisia maximă se află în intervalul de la 2 la 3 μm.
• Încălzitoare cu tijă nemetalice. Constructiv, sunt completate cu reflectoare, lungimea maximă de undă – de la 6 la 8 μm.
• Încălzitoare electrice tubulare. Aparate larg răspândite în uz casnic și utilizate în producție, cu termoelemente.
• Arzătoare infraroșii. Sunt dotate cu duze perforate ceramice sau metalice. Se utilizează în construcții pentru încălzirea terenurilor deschise și închise în timpul ridicării clădirii, la executarea lucrărilor de finisare.

Sursele de raze infraroșii au găsit aplicație în agricultură. Cu ajutorul lor se realizează încălzirea puilor de păsări și a animalelor domestice nou-născute. Emițătoarele se instalează în sere pentru stimularea creșterii soiurilor cultivate, în șoproane și depozite de cereale pentru uscare.

Sursele de fluxuri infraroșii se împart în:

• Lămpi infraroșii. Acestea sunt emițătoare «luminoase» și aparate care furnizează radiație termică.
• Încălzitoare. Dispozitive utilizate pentru încălzirea spațiilor închise și a spațiilor deschise. Printre acestea se numără modele care funcționează cu alimentare electrică, combustibil lichid sau gazos. Elementul de încălzire poate fi fie un termoelement (TEN), fie o spirală din aliaj cu rezistență ridicată.

Conform clasificării după lungimea de undă, sursele infraroșii se împart în două grupuri principale: întunecate și luminoase. Primele funcționează emițând unde lungi în spațiu, cele din urmă – unde scurte.

Emițătoare IR întunecate și luminoase

Conform definiției, sursele „luminoase” sunt capabile să emită lumină. Fluxurile emise de acestea sunt percepute de vedere, deși este greu să le numim iluminare puternică și nu merită să fie utilizate în acest scop.

Aparatele „întunecate” furnizează un flux de căldură invizibil pentru om, resimțit de pielea utilizatorului, dar nedetectabil vizual. Valoarea limită între cele „luminoase” și „întunecate” este considerată lungimea de undă de 3 μm. Temperatura limită a suprafeței încălzite este de 700º.

Proprietatea emițătoarelor infraroșii de a furniza energie termică este utilizată activ în horticultura de seră, în adăposturile pentru pui și în ferme pentru susținerea puilor.

Cel mai cunoscut reprezentant al agregatului de încălzire „întunecat” este soba rusească de cărămidă, care încălzește cu succes casele cu puține etaje de secole. Printre cele „luminoase”, după cum înțelegem deja, se numără becul electric cu incandescență, dacă acesta furnizează nu mai mult de 12% lumină. Energia sa principală este direcționată în acest caz către producerea de căldură.

Particularitățile construcției dispozitivelor luminoase

Constructiv, sursele luminoase sunt similare cu un bec tipic cu incandescență. Cu toate acestea, există diferențe în corpurile de încălzire. La aparatele infraroșii luminoase, temperatura nu poate depăși limita de 2270-2770 K. Acest lucru este necesar pentru a crește fluxul termic prin reducerea emisiei de lumină.

La fel ca la becurile standard, corpul de încălzire, realizat din filament de wolfram, este plasat într-un balon de sticlă. Doar că balonul este echipat cu un reflector, datorită căruia toată energia radiantă este focalizată pe obiectul încălzit. În același timp, o parte nesemnificativă a energiei este consumată pentru încălzirea soclului becului.

Balonul surselor infraroșii luminoase se încălzește la temperaturi ridicate, de aceea participă și el la procesul de transfer al căldurii în spațiu. Energia termică de la balonul încălzit nu este focalizată de reflector și iese în spațiul netratat, aceasta fiind componenta care reduce eficiența aparatului.

Din punct de vedere al construcției și al modului de conectare, lămpile infraroșii sunt foarte asemănătoare cu becurile obișnuite cu incandescență. Cu toate acestea, temperatura de funcționare a corpului de încălzire este semnificativ mai scăzută, datorită cărui fapt durata de viață este de multe ori mai mare.

Performanța unei surse infraroșii luminoase nu depășește în medie 65%. Aceasta este crescută prin plasarea corpului de încălzire din wolfram într-un tub din sticlă de cuarț sau un balon similar. O astfel de soluție permite creșterea lungimii de undă până la 3,3 μm și reducerea temperaturii până la 600º.

Această variantă se aplică în încălzitoarele infraroșii cu cuarț, în care în jurul unei tije de cuarț se înfășoară un fir de crom-nichel și totul împreună este plasat într-un tub de cuarț.

Emițătoarele infraroșii luminoase se caracterizează printr-o performanță scăzută. Eficiența fluxului lor infraroșu nu depășește de obicei 65%.

Esența funcționării constă în utilizarea dublă a încălzirii firului. Energia termică degajată se îndreaptă parțial spre încălzirea directă, parțial spre creșterea temperaturii tijei de cuarț. Tija încălzită până la roșu degajă și ea fluxuri de căldură.

Printre avantajele aparatelor tubulare se enumeră, pe bună dreptate, rezistența tuturor componentelor din cuarț și ceramică la factorii atmosferici negativi. Ca dezavantaj se consideră fragilitatea pieselor ceramice.

Specificul funcționării și construcției încălzitoarelor întunecate

Așa-numitele surse «întunecate» de fluxuri IR sunt considerabil mai practice decât omologii lor «luminoși». Elementul lor radiant diferă în bine prin construcție. Conductorul încălzit nu radiază el însuși energia termică, ci o furnizează învelișul metalic înconjurător.

În final, temperatura de lucru a dispozitivului nu depășește 400 – 600º. Pentru ca energia termică să nu fie irosită, emițătoarele întunecate sunt echipate cu reflectoare care redirecționează fluxurile în direcția dorită.

Emițătoarele cu undă lungă din grupul întunecat nu se tem de lovituri și de alte impacturi mecanice similare, deoarece elementul fragil polimeric sau ceramic din ele este protejat de un fel de carcasă metalică și de un strat izolator termic de protecție. Eficiența emițătoarelor din acest grup ajunge la 90%.

Dar nici ele nu sunt lipsite de defecte. Încălzitoarele din grupul întunecat depind de particularitățile constructive ale dispozitivului. Dacă distanța dintre elementul radiant principal și suprafața dispozitivului este mare, atunci aceasta va fi spălată și răcită de aerul care trece pe lângă. Eficiența, în consecință, scade.

Datorită caracteristicilor constructive, modelele întunecate se instalează pentru încălzirea încăperilor cu tavane joase și a platformelor care necesită o furnizare liniară de căldură. Cele deschise se amplasează acolo unde este necesară tratarea încăperilor cu tavan înalt și a platformelor alungite vertical.

Arzătoarele cu gaz ca sursă de raze IR

Aparatele în care are loc prelucrarea fără flacără a gazului se numesc arzătoare cu gaz sau radiatoare infraroșii cu gaz. Energia termică degajată cu o intensitate ridicată este transmisă de acestea în spațiu prin suprafața radiantă a agregatului.

Tocmai încălzitoarele infraroșii cu gaz de tip arzător sunt utilizate la scară industrială în timpul lucrărilor de construcție și montaj. Volumul predominant de energie termică este transmis de duzele radiante ceramice ale arzătoarelor.

Ca duze se utilizează:

• plăci ceramice cu perforație, care pot fi plane sau în relief;
• plăci ceramice cu pori distribuiți uniform;
• elemente ceramice cu ecran de nicrom în rețea, duze metalice în rețea și tot felul de duze catalitice.

Toate tipurile de orificii enumerate din elementul ceramic sau metalic sunt canale de foc.

Generarea căldurii de către duza catalitică se bazează pe procesul de oxidare, activat la alimentarea cu gaz a plăcii.

Drept combustibil pentru funcționarea acestui tip de radiatoare infraroșii servește gazul de rețea, precum și varianta sa lichefiată sau gazele create artificial. În Rusia se produc arzătoare destinate prelucrării gazului lichefiat și a gazului de rețea. Echipamentele străine sunt destinate în principal prelucrării variantelor lichefiate și artificiale.

Arzătoarele cu gaz infraroșu procesează gazul cu un coeficient de ardere al masei de aer practic egal cu unu. Funcționează cu gaz de rețea, lichefiat și artificial.

Dacă regulile de exploatare nu sunt încălcate, produsele de combustie de la funcționarea arzătorului pe gaz sunt emise în cantitate minimă, cu un conținut redus de oxizi de azot și monoxid de carbon.

Pentru alimentarea cu gaz, arzătoarele infraroșii pe gaz (AIG) sunt echipate cu duze prin care gazul este injectat cu viteză mare. Această alimentare cu gaz asigură injecția aerului necesar pentru ardere. Acesta este „împins” printr-un flux de mare viteză prin injector în camera de distribuție.

Deasupra duzei emitente a dispozitivului se amplasează o construcție metalică. Aceasta mărește randamentul și servește drept suport pentru vase, dacă se gătește pe arzătoare.

Gazul nu doar injectează aerul, ci se și amestecă cu acesta în injector, rezultând un amestec de gaz și aer potrivit pentru arderea completă. Acest amestec se deplasează la suprafața duzei ceramice prin porii, orificiile perforate sau fantele acesteia, unde arde complet într-un strat subțire de cel mult 1,5 mm grosime.

Arzătoare cu duze ceramice plate

Volumul predominant de energie termică este transmis plăcuțelor ceramice, încălzite la temperaturi ultra-înalte într-un interval de mai puțin de un minut. Suprafața exterioară a elementului ceramic se transformă într-o sursă suplimentară de flux termic.

Duzei ceramice îi revine între 40 și 60% din radiația transmisă de încălzitorul industrial cu gaz IR. Pentru a crește eficiența dispozitivului, deasupra duzei se instalează un ecran cu plasă. Pentru a mări suprafața de transfer termic, plăcile perforate se lipesc cu ajutorul unui chit refractar.

Un indicator important este diametrul canalelor de flacără. De acesta depinde ce gaz poate prelucra dispozitivul. De diametru depinde numărul total de orificii din placa ceramică. Cu cât sunt mai multe, cu atât elementul emitent de căldură va fi mai fragil și va fi sensibil la deteriorări mecanice ale AIG.

Încălzitoare cu tip de duză cu aripioare

Pe lângă duzele ceramice plate cu perforații, se folosesc elemente în relief. Utilizarea unei suprafețe nervurate în acest caz stimulează fluxul de schimb termic între suprafața radiantă și gazul arzător. Placa ceramică nervurată se încălzește mai bine, iar sarcina termică asupra elementului radiant nu crește.

Duzele ceramice plate și nervurate se încălzesc până la 1473 K. În schimb, elementele ceramice poroase doar până la 1237 K. Varianta poroasă este mai simplu de fabricat, prin urmare mai ieftină. În plus, în producția sa se folosesc deșeuri din industria ceramică.

Utilizarea duzelor ceramice cu element radiant în relief permite creșterea semnificativă a suprafeței care transmite căldura consumatorului

Grosimea plăcilor poroase ajunge la 30 mm, ceea ce crește semnificativ rezistența duzei la acțiunea mecanică. În timpul funcționării arzătorului cu o astfel de duză, amestecul gaz-aer care iese din camera de distribuție arde pe suprafața exterioară a plăcii ceramice într-un strat de până la 2 mm.

Zona de ardere din duza poroasă se deplasează de la suprafața exterioară la o adâncime de până la 3-5 mm. În acest caz, temperatura de încălzire atinge doar 1123 K.

Un dezavantaj al duzelor poroase pentru GIG este rezistența hidraulică excesiv de mare, din cauza căreia nu este posibilă utilizarea în funcționare a gazului de rețea de joasă presiune.

Echipamente cu plase metalice

Cu toate acestea, toate tipurile de duze enumerate sunt fabricate din ceramică, deci, în ciuda grosimii și a tuturor vicleniilor producătorului care dorește să crească rezistența, ele sunt totuși fragile. Fragilitatea este deosebit de deranjantă dacă aparatul trebuie mutat constant.

De aceea, pentru încălzirea platformelor în timpul lucrărilor de construcție sau de montaj, a fost dezvoltat un tip mai robust de arzător, echipat cu o sită dublă metalică. Într-un astfel de aparat, amestecul gaz-aer este procesat în spațiul dintre duză și site. Suprafața sitei exterioare se încălzește doar până la 1023 K.

Utilizarea sitei metalice a făcut posibilă creșterea semnificativă a puterii termice a emițătorului IR, precum și protejarea duzei ceramice de deteriorări

În GIG-urile cu duze cu sită, aceste elemente sunt realizate din aliaje rezistente la căldură cu crom și nichel. Duzele sunt realizate astfel încât dimensiunea ochiurilor sitei superioare să permită trecerea liberă a flăcării, iar cea a sitei inferioare să fie minimă, critică pentru pătrunderea focului. Aici, emițători de căldură IR pot fi ambele site sau una singură.

Dacă arzătorul cu infraroșu procesează gaz natural sau amestec lichefiat propan-butan dintr-un butelie de gaz, în răspândirea energiei termice este implicată doar plasa superioară. Dacă se procesează gaz cu sarcină redusă, ambele plase emit căldură. În acest mod se mărește transferul de căldură.

Totuși, valoarea maximă a randamentului arzătoarelor cu infraroșu cu plase nu depășește 60%, deoarece rezistența hidraulică a duzelor este de două ori mai mare decât cea a plăcilor ceramice perforate de toate tipurile. Deși este mai mică decât cea a duzelor poroase.

Dispozitive cu putere termică mărită

Randamentul destul de scăzut al radiatoarelor cu infraroșu cu plăci ceramice și plase a forțat căutarea unor modalități de creștere a puterii termice. Rezultatul a fost atins prin introducerea unui nou tip de duză, care este un panou ceramic cu o serie de fante.

În secțiune, fantele au o dilatare bruscă, orificiile lor de intrare sunt mai mici decât cele de ieșire. Această soluție crește eficiența de funcționare a arzătorului prin recircularea produselor de ardere, adică întoarcerea lor la baza flăcării în limitele canalului de foc. În plus, flacăra în astfel de modele este mai stabilă și se stinge mult mai rar în vânt deschis.

Pentru creșterea puterii termice se folosesc diverse tehnici, una dintre care este deplasarea orificiilor fantelor una față de alta. Această soluție contribuie și la protecția împotriva acțiunii vânturilor.

Secțiunea liberă a panourilor cu fante este în medie de 55–60% din secțiunea lor totală reală. Arzătoarele echipate cu acestea funcționează cu gaz de presiune medie. Planul exterior al duzei se încălzește până la 1723 K.

Emițătoare cu rezistență la încărcarea vântului

Stabilitatea de funcționare la sarcină eoliană este un indicator important pentru alegerea arzătorului cu infraroșu cu gaz, utilizat în construcții sau asamblarea instalațiilor de producție. Nu toate radiatoarele industriale cu infraroșu care procesează gaz posedă această calitate.

Pentru spațiile deschise sunt necesare aparate speciale, care:

• se caracterizează prin injecție stabilă, independentă de rafalele de vânt;
• sunt dotate cu un dispozitiv care împiedică devierea jetului care iese din duză;
• sunt protejate împotriva răcirii active a suprafeței de radiație, care are loc din cauza acțiunii vânturilor.

În fișa tehnică a echipamentului cu gaz capabil să încălzească în vânt puternic și să nu se stingă, este indicată rezistența la vânt. Această caracteristică la arzătoarele cu infraroșu produse în serie este aproximativ egală atât la acțiunea directă, adică frontală a vântului, cât și la suflarea laterală.

Reducerea coeficientului de injecție provoacă apariția flăcării pe suprafața exterioară a panoului radiant. În același timp, temperatura scade brusc. Aceasta este scăzută de aerul rece care pătrunde în zona de ardere.

Rezistența la vânt este fizic interconectată cu sarcina termică specifică și volumul de aer care ajunge la duză în perioada de ardere. La un exces și o viteză mare a fluxului de aer, randamentul emițătorului infraroșu se reduce. Reducerea este însoțită de apariția limbilor de flacără, întunecarea suprafeței radiante și oprirea funcționării agregatului în regim fără flacără.

Prezentare generală a producătorilor de încălzitoare IR

Dispozitivele pe gaz pentru crearea unui microclimat favorabil pe șantier, în atelier, în hala de producție și în obiecte similare sunt fabricate atât de companii autohtone, cât și de firme străine.

Potrivit consumatorilor, clasamentul produselor de fabricație rusă este condus de arzătoarele pe gaz ale mărcii Soliarogaz. În sortimentul prezentat de această companie se regăsesc modele destinate încălzirii unor suprafețe cu volume diferite. Agregatele pot fi utilizate în sere, garaje și pe platforme deschise.

Unul dintre cele mai solicitate pe piața autohtonă și testate în practică tipuri de echipamente gaz-infrarosu este gama de arzătoare și plite pe gaz de la compania Soliarogaz.

Singurul dezavantaj pe care trebuie să îl ia în considerare cumpărătorii și proprietarii reali ai modelelor de arzătoare și plite pe gaz de la producătorul din capitală este lipsa senzorilor sistemelor de siguranță. Din acest motiv, pot fi utilizate în gospodărie, dar cu respectarea măsurilor de precauție.

Nu sunt mai prejos ca popularitate produsele de la compania Sledopyt. Totuși, în gama comercială oferită cumpărătorului predomină produsele pentru uz casnic și variantele turistice.

Plăcile folosite atât pentru încălzire, cât și pentru prepararea mâncărurilor simple, precum și arzătoarele mini de la butelie se bucură de o popularitate pe deplin justificată.

Aparatele de încălzire pe gaz cu sigla Aeroheat au primit caracteristici excelente din partea consumatorilor. Acest echipament atrage prin fiabilitate, justificată de utilizarea componentelor de înaltă calitate, și prețul accesibil. Plăcile și arzătoarele pe gaz de la Dickson și Sibireacika s-au dovedit a fi foarte bune.

Lista încălzitoarelor de gaz de calitate de la furnizorii străini este condusă de arzătoarele și plăcile pe gaz ale firmei sud-coreene Kovea. Produsele mărcii sunt utilizate activ în ateliere mici, pe șantiere de vopsire și construcții, în drumeții și la pescuit.

Plăcile și arzătoarele pe gaz de la Hyundai nu sunt inferioare ca calitate și caracteristici tehnice dispozitivelor producătorilor europeni. La anumiți indicatori chiar le depășesc.

Pentru amenajarea atelierelor se folosesc mai des încălzitoare pe gaz de la compania italiană Sistema. Modelele de la sud-coreenii Hyundai, sobele pe gaz italiene Bartolini, care pot fi utilizate atât în casă, cât și la birou, sunt foarte solicitate. Fiabilitatea și funcționarea stabilă caracterizează sobele suedeze Timberk, echipamentele chinezești Ballu.

Concluzii și material video util pe această temă

Despre principiul de funcționare și avantajele arzătoarelor pe gaz cu infraroșu va vorbi în detaliu autorul următorului videoclip:

Detaliile organizării încălzirii cu infraroșu sunt prezentate în următorul videoclip:

Etapele instalării unui dispozitiv de încălzire pe gaz de tip tavan sunt demonstrate aici:

În Federația Rusă se produc diferite tipuri de arzătoare cu infraroșu, printre care se numără și modele rezistente la vânt. Sortimentul oferit de întreprindere permite alegerea unui dispozitiv pentru încălzirea spațiilor deschise și închise.

Este important să decideți înainte de achiziționare în ce scop și în ce condiții va fi utilizat echipamentul, după care să alegeți fie un model mai performant, fie unul rezistent, care nu se teme de deplasări repetate.