בחירת קוטר המוט-של עופרת ודירוג ההספק שצוין של גוף החימום

הספק של גוף חימום חשמלי נקבע בדרך כלל על ידי הטמפרטורה וזמן החימום של מערכת החימום. לכן, לאחר קביעת ההספק והמתח, החומר והקוטר של העופרת-במוט חייבים לעמוד בדרישות התכנון. להלן רשימה של נתונים רלוונטיים לגבי החומרים המשמשים לעופרת-במוט.

מכיוון שגוף החימום אטום בדרך כלל בסיליקון RTV לאחר עיבוד, עם התנגדות לטמפרטורה של כ-250 מעלות, טמפרטורת הפעולה המקסימלית של העופרת שנבחרה-במוט חייבת להיות פחות או שווה ל-250 מעלות (התנגדות הטמפרטורה המקסימלית של סיליקון RTV). כיצד ניתן להבטיח דרישה זו?

הבה נמחיש זאת באמצעות דוגמה ליישום: שקול גוף חימום חשמלי 220V 4000W עם עופרת נירוסטה-במוט עם קוטר חיצוני של Φ2.6×75mm. האם בחירת הגודל הזו נכונה והגיונית? אנו יכולים לקבוע את נכונותו וסבירותו רק באמצעות חישוב.

פתרון: קח מוט עופרת Φ2.6, באורך של 75 מ"מ, השווה ל-0.075 מטר.

① הזרם הזורם דרך מוט העופרת הוא:

I=P/U=4000/220 ≈ 18.18 אמפר

② חשב את ערך ההתנגדות לאורך של 75 מ"מ וקוטר חיצוני של Φ2.6 מ"מ:

כי R=ρ.L/S=0.7 × 0.075/3.142 × 1.32 ≈ 0.01 אוהם

③ ההספק P שנוצר כאשר 18.18 אמפר זורם דרך מוט העופרת 75 מ"מ הוא:

P=I²R=18.18² × 0.01 ≈ 3.31 W (כלומר, ההספק המופק ממוט עופרת 75 מ"מ הוא 3.31 W)

④ בקוטר של 75 מ"מ, עומס פני השטח התואם לעופרת Φ2.6- במוט הוא q_rod.

q_rod=P/S=3.31/3.142 × 0.26 × 7.5 ≈ 0.54 W/cm²

⑤ כאשר זרם של 18.18 אמפר זורם דרך עופרת הנירוסטה Φ2.6-במוט, ההספק הכולל הנוצר הוא 3.13 W, ועומס פני השטח המקביל של המוט הוא 0.54 W/cm². בהתבסס על הקשר בין עומס פני השטח לבין הטמפרטורה המקבילה של פני הצינור, ניתן לחשב את טמפרטורת פני השטח של עופרת נירוסטה זו-במוט להיות בערך 200-220 מעלות.

מסקנה: כאשר קוטר העופרת-במוט של גוף חימום זה הוא Φ2.6, והזרם הזורם דרכו הוא 18.18 אמפר, הטמפרטורה של העופרת-במוט היא בערך 200-220 מעלות, שהיא נמוכה מההתנגדות הרגילה לטמפרטורה של גומי סיליקון (250 מעלות), ובכך עומדת בדרישות העיצוב. אם הטמפרטורה עולה על עמידות הטמפרטורה הרגילה של גומי סיליקון (250 מעלות), גומי הסיליקון נוטה להזדקנות הדרגתית ולהיסדק בטמפרטורת המוט-, וכתוצאה מכך ירידה בביצועי הבידוד והחשמל. חריגה מההתנגדות הרגילה לטמפרטורה עלולה לגרום גם לפחממות של הסיליקון, מה שיוביל לירידה בבידוד גוף החימום ואף לפירוק בין מוט העופרת למעטפת החיצונית עקב פחמיזציה של סיליקון.

כדי לטפל במצב הנ"ל, אם הטמפרטורה עולה על 250 מעלות, ניתן לבצע את השיפורים הבאים:

① בהתאם לקוטר החיצוני של גוף החימום, אם Φ גדול מ-10 מ"מ או שווה ל-10 מ"מ, ניתן להגדיל את הקוטר או האורך החיצוניים של מוט העופרת כראוי. שינוי זה מקטין את ההתנגדות ליחידת אורך ומוריד את העומס על משטח מוט העופרת. למרות שעדיין זורם זרם של 18.18 אמפר דרך מוט העופרת, טמפרטורת פני השטח תרד לטמפרטורה שהסיליקון יכול לעמוד בה או אפילו להוריד אותה.

② אם קוטר הצינור הוא Φ קטן או שווה ל-10 מ"מ, והזרם עדיין 18.18 אמפר, ניתן להאריך או לשנות את חומר מוט העופרת כראוי, כגון שימוש במוט עופרת ניקל טהור. יש לציין שלמרות שההתנגדות של מוטות עופרת ברזל נמוכה מזו של נירוסטה, לא מומלץ להשתמש בהם מכיוון שמוטות עופרת ברזל נוטים להתחמצן, בעלי חוזק נמוך ועמידות גבוהה במגע, מה שלא רצוי.