Emissores infravermelhos a gás para ambientes industriais: estrutura, princípio de funcionamento, variedades

Dispositivos IV, que geram fluxos térmicos e luminosos, são amplamente utilizados em diversas áreas da produção e da economia doméstica. Os mais procurados são os emissores infravermelhos a gás para instalações industriais. Sua ação baseia-se na capacidade de um corpo aquecido emitir o calor recebido para o espaço.

Você aprenderá tudo sobre os princípios de funcionamento do equipamento infravermelho no artigo que apresentamos. Contaremos sobre as variedades de equipamentos infravermelhos e suas diferenças características. Apresentaremos os modelos líderes no mercado.

A essência da radiação infravermelha

A radiação infravermelha difere da luz visível comum e tão habitual. Elas são semelhantes na velocidade com que se propagam e cruzam o espaço. Ambos os tipos são capazes de refratar, refletir e se concentrar "em um feixe".

Ao contrário da radiação luminosa comum, que consiste em ondas eletromagnéticas, o fluxo IV possui propriedades tanto ondulatórias quanto quânticas. Ou seja, ele transmite luz e calor.

Tanto a luz comum quanto a radiação infravermelha representam fluxos de ondas eletromagnéticas. A diferença é que, no primeiro caso, predomina o componente visível, no segundo – o componente visível combina-se com o térmico.

A luz fornecida pelos dispositivos infravermelhos se move em forma de onda. As oscilações eletromagnéticas luminosas estão no segmento do espectro de 760 nm (nanômetros) a 540 μm (micrômetros). O calor emitido pelos emissores IV é um fluxo de quanta. Sua energia ocupa o intervalo de 0,0125 a 1,25 eV (elétron-volts).

Os fluxos térmico e luminoso emitidos por dispositivos infravermelhos estão interligados. Com o aumento da intensidade da luz, o fluxo quântico de calor diminui. Dependendo da temperatura, a radiação infravermelha pode ou não ser percebida por nossos olhos. A radiação térmica não é determinada visualmente.

Esta especificidade da radiação infravermelha é usada na indústria para acelerar processos de polimerização e endurecimento. A parte térmica da radiação infravermelha permite determinar a presença e localização de uma pessoa ou animal em períodos noturnos com pouca ou nenhuma iluminação.

Os aquecedores infravermelhos emitem luz combinada com energia térmica, utilizada para criar um microclima confortável em canteiros de obras, oficinas, galpões de produção, granjas avícolas, estufas e muitos outros locais.

A particularidade do funcionamento dos dispositivos IV, que emitem luz combinada com calor, serviu de base para o desenvolvimento de dispositivos de visão noturna. É aplicada em defectoscopia, em dispositivos de alarme oculto e em equipamentos técnicos para fotografia em períodos noturnos.

Ambas as componentes da radiação infravermelha quase não se dispersam no espaço processado, focando-se nos objetos dentro da sua área de ação. O calor penetra no corpo do item aquecido; a profundidade de penetração depende das propriedades, estrutura e material do objeto. A profundidade varia de décimos de milímetro a vários milímetros.

Os aquecedores infravermelhos são instalados no chão, fixados nas paredes ou suspensos no teto. Os dispositivos caracterizam-se pela combustão sem chama, preservação do oxigênio no ambiente e não levantam poeira, ao contrário dos convectores.

Quando usado para fins industriais, o comprimento de onda dos emissores infravermelhos é selecionado com base nas características técnicas do objeto ou substância. Os raios IV atravessam livremente a massa de ar, portanto o aquecimento ocorre sem perdas significativas. Esta circunstância é considerada uma grande vantagem na produção.

Além de aquecer e iluminar a área processada pelo dispositivo, os emissores infravermelhos são utilizados para resolver as seguintes tarefas:

Tipos de fontes de radiação infravermelha

As fontes mais simples de radiação IV incluem as lâmpadas incandescentes, que são muito conhecidas por todos nós, operando sob baixa tensão. Nessas condições, elas emitem principalmente fluxos infravermelhos. A parcela de ondas eletromagnéticas luminosas é insignificante, mas ainda é determinada opticamente.

Atualmente, o consumidor particular, as organizações de construção e produção têm à sua disposição muitos tipos diferentes de emissores IV.

A sua área de aplicação é determinada por:

• temperatura de trabalho;
• valor máximo do comprimento de onda;
• zona onde o fluxo infravermelho é distribuído uniformemente.

Considerando as características listadas, seleciona-se o dispositivo emissor destinado a resolver tarefas específicas.

As variedades mais comuns de emissores IV incluem:

• Lâmpadas com dispositivos refletores espelhados. No máximo de emissão, o seu comprimento de onda é de 1,05 µm.
• Lâmpadas tubulares de quartzo. O seu comprimento de onda no máximo de emissão está na faixa de 2 a 3 µm.
• Aquecedores de haste não metálicos. Estruturalmente, são complementados com refletores, comprimento de onda máximo – de 6 a 8 µm.
• Aquecedores elétricos tubulares. Dispositivos com resistências, amplamente utilizados em casa e na produção.
• Queimadores infravermelhos. São equipados com acessórios perfurados de cerâmica ou metal. São usados na construção civil para aquecimento de áreas abertas e fechadas durante a construção de edifícios e realização de trabalhos de acabamento.

As fontes de raios infravermelhos encontraram aplicação na agricultura. Com a sua ajuda, é feito o aquecimento de aves jovens e de animais domésticos recém-nascidos. Os emissores são instalados em estufas para estimular o crescimento de variedades cultivadas, em celeiros e armazéns de grãos para secagem.

As fontes de fluxos infravermelhos subdividem-se em:

• Lâmpadas infravermelhas. Estes são emissores "luminosos" e dispositivos que fornecem radiação térmica.
• Aquecedores. Dispositivos usados para aquecer ambientes fechados e espaços abertos. Incluem modelos que funcionam com energia elétrica, combustível líquido ou gasoso. O elemento de aquecimento pode ser tanto um TEN quanto uma bobina de liga de alta resistência.

Segundo a classificação por comprimento de onda, as fontes infravermelhas dividem-se em dois grupos principais: escuras e claras. As primeiras funcionam emitindo ondas longas no espaço, as segundas emitem ondas curtas.

Emissores IV escuros e claros

Segundo a definição, fontes 'claras' são capazes de emitir luz. Os fluxos por elas irradiados são percebidos pela visão, embora seja difícil chamá-los de iluminação intensa e não vale a pena usá-los com esse propósito.

Aparelhos 'escuros' fornecem um fluxo de calor invisível ao ser humano, sentido pela pele do usuário, mas não determinado visualmente. O valor limite entre 'claros' e 'escuros' é considerado o comprimento de onda de 3 µm. A temperatura limite da superfície aquecida é de 700°.

A propriedade dos emissores infravermelhos de fornecer energia térmica é ativamente utilizada na horticultura em estufas, em galinheiros e fazendas para apoiar animais jovens.

O representante mais conhecido do agregado de aquecimento 'escuro' é o forno de tijolos russo, que aquece com sucesso casas de baixa altura há muitos séculos. Entre os 'claros', como já entendemos, está a lâmpada incandescente elétrica, se ela fornecer não mais que 12% de luz. Sua energia principal é direcionada para a produção de calor.

Características do dispositivo de aparelhos claros

Estruturalmente, as fontes claras são semelhantes a uma lâmpada incandescente típica. No entanto, há diferenças nos corpos de aquecimento. Nos aparelhos infravermelhos claros, a temperatura não pode exceder o limite de 2270-2770 K. Isso é necessário para aumentar o fluxo de calor reduzindo a emissão de luz.

Assim como nas lâmpadas padrão, o corpo de aquecimento, feito de filamento de tungstênio, é colocado dentro de um bulbo de vidro. No entanto, o bulbo é equipado com um refletor, graças ao qual toda a energia radiante é focada no objeto aquecido. Com isso, uma pequena parte da energia é gasta no aquecimento do soquete da lâmpada.

O bulbo das fontes infravermelhas claras aquece a altas temperaturas, por isso também participa do processo de transferência de calor para o espaço. A energia térmica do bulbo aquecido não é focada pelo refletor e sai para o espaço não processado, sendo este o componente que reduz a eficiência do aparelho.

Em termos de construção e método de conexão, as lâmpadas infravermelhas são muito semelhantes às lâmpadas incandescentes comuns. No entanto, a temperatura de trabalho do filamento é significativamente menor, graças ao que a vida útil é aumentada muitas vezes.

A eficiência de uma fonte infravermelha clara não excede, em média, 65%. Ela é aumentada colocando o corpo de aquecimento de tungstênio em um tubo de vidro de quartzo ou em um bulbo similar. Essa solução permite aumentar o comprimento de onda para 3,3 μm e reduzir a temperatura para 600º.

Esta variante é aplicada em aquecedores infravermelhos de quartzo, nos quais um fio de cromo-níquel é enrolado em torno de uma haste de quartzo e tudo isso é colocado em um tubo de quartzo.

Os emissores infravermelhos claros se caracterizam por baixa eficiência. O rendimento de seu fluxo infravermelho normalmente não excede 65%.

A essência do funcionamento está no uso duplo do aquecimento do fio. A energia térmica liberada é parcialmente usada para aquecimento direto e parcialmente para aumentar a temperatura da haste de quartzo. A haste aquecida ao rubro também emite fluxos de calor.

Entre as vantagens dos dispositivos tubulares, é bastante justificável a resistência de todos os componentes feitos de quartzo e cerâmica às intempéries. A desvantagem é considerada a fragilidade das peças cerâmicas.

Especificidade do funcionamento e construção de aquecedores escuros

As chamadas fontes «escuras» de fluxos infravermelhos são significativamente mais práticas do que suas contrapartes «claras». Seu elemento irradiante difere estruturalmente para melhor. O condutor aquecido não emite energia térmica por si só; é a carcaça metálica circundante que a fornece.

Como resultado, a temperatura de trabalho do dispositivo não excede 400 – 600º. Para que a energia térmica não seja desperdiçada, os emissores escuros são equipados com refletores que redirecionam os fluxos na direção desejada.

Os emissores de ondas longas do grupo escuro não temem impactos e ações mecânicas semelhantes, pois o frágil elemento polimérico ou cerâmico neles é protegido por uma espécie de invólucro metálico e uma camada isolante térmica protetora. O rendimento dos emissores deste grupo atinge 90%.

Mas eles também não estão isentos de desvantagens. Os aquecedores do grupo escuro dependem das características construtivas do dispositivo. Se a distância entre o elemento irradiante principal e a superfície do dispositivo for grande, ela será lavada e resfriada pelo ar que passa. A eficiência, consequentemente, diminui.

Devido a características estruturais, os modelos escuros são instalados para aquecer ambientes com tetos baixos e áreas que exigem fornecimento linear de calor. Os modelos claros são colocados onde é necessário tratar ambientes com teto alto e áreas verticalmente alongadas.

Queimadores a gás como fonte de raios IV

Aparelhos nos quais ocorre o processamento não flamejante do gás são chamados de queimadores a gás ou emissores infravermelhos a gás. A energia térmica emitida com alta intensidade é transferida para o espaço através da superfície radiante do equipamento.

São os aquecedores infravermelhos a gás do tipo queimador que são usados em escala industrial durante trabalhos de construção e montagem. A maior parte da energia térmica é transmitida pelos acessórios cerâmicos radiantes dos queimadores.

Como acessórios são utilizados:

• placas cerâmicas perfuradas, que podem ser planas ou em relevo;
• placas cerâmicas com poros uniformemente distribuídos;
• elementos cerâmicos com tela de nicromo, telas metálicas e diversos acessórios catalíticos.

Todos os tipos de perfurações mencionados no elemento cerâmico ou metálico são canais de queima.

A geração de calor pelo acessório catalítico baseia-se no processo de oxidação ativado quando o gás é fornecido à placa.

O combustível para o funcionamento desse tipo de emissor infravermelho é o gás natural canalizado, bem como sua versão liquefeita ou gases sintéticos. Na Rússia, produzem queimadores projetados para processar gás liquefeito e natural. Os equipamentos estrangeiros são projetados principalmente para processar versões liquefeitas e sintéticas.

Os queimadores infravermelhos a gás processam o gás com um coeficiente de queima da massa de ar praticamente igual a um. Funcionam com gás natural, liquefeito e sintético.

Se as normas de operação não forem violadas, os produtos de combustão do funcionamento do queimador a gás são emitidos em quantidade mínima com conteúdo insignificante de óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono.

Para o fornecimento de gás, os queimadores infravermelhos a gás (GIG) são equipados com bicos, através dos quais o gás é injetado em alta velocidade. Esse fornecimento de gás garante a injeção do ar necessário para a combustão. Ele é 'empurrado' pelo fluxo de alta velocidade através do injetor para a câmara de distribuição.

Acima do bocal emissor do aparelho, é colocada uma estrutura metálica. Ela aumenta a eficiência e serve de suporte para utensílios, se houver preparo de alimentos nos queimadores.

O gás não só injeta o ar, mas também se mistura com ele no injetor, resultando em uma mistura gás-ar adequada para combustão completa. Essa mistura se move para a superfície do bocal cerâmico através de seus poros, orifícios perfurados ou fendas, onde queima completamente em uma camada fina de espessura não superior a 1,5 mm.

Queimadores com acessórios cerâmicos planos

A maior parte da energia térmica é transferida para as placas cerâmicas, aquecidas a temperaturas ultra-elevadas em menos de um minuto. A superfície externa do elemento cerâmico se torna uma fonte adicional de fluxo de calor.

O bocal cerâmico é responsável por 40 a 60% da radiação transmitida pelo aquecedor infravermelho a gás industrial. Para aumentar a eficiência do aparelho, uma tela de malha é instalada sobre o bocal. Para aumentar a superfície de transferência de calor, as placas perfuradas são coladas com massa refratária.

Um indicador importante é o diâmetro dos canais de fogo. Dele depende qual gás o aparelho pode processar. O diâmetro determina o número total de orifícios na placa cerâmica. Quanto mais orifícios, mais frágil será o elemento emissor de calor e mais sensível a danos mecânicos do GIG.

Aquecedores com acessório do tipo nervurado

Além dos bicos cerâmicos planos com perfuração, são utilizados elementos relevados. O uso de superfície nervurada neste caso estimula o fluxo de troca de calor entre a superfície radiante e o gás em combustão. A telha cerâmica nervurada aquece melhor, enquanto a carga térmica no elemento radiante não aumenta.

Os bicos cerâmicos planos e nervurados aquecem até 1473 K. Já os elementos cerâmicos porosos apenas até 1237 K. A variante porosa é mais simples de fabricar, portanto, mais barata. Além disso, em sua produção são utilizados resíduos da indústria cerâmica.

O uso de bicos cerâmicos com elemento radiante relevado permite aumentar significativamente a área que transmite calor ao consumidor.

A espessura das telhas porosas atinge 30 mm, o que aumenta significativamente a resistência do bico ao impacto mecânico. Durante a operação do queimador com tal bico, a mistura gás-ar que sai da câmara de distribuição queima na superfície externa da telha cerâmica em uma camada de até 2 mm.

A zona de combustão no bico poroso se desloca da superfície externa para uma profundidade de 3-5 mm. Com isso, a temperatura de aquecimento atinge apenas 1123 K.

A desvantagem dos bicos porosos para GIG é a resistência hidráulica excessivamente alta, devido à qual é impossível usar gás de rede de baixa pressão no funcionamento.

Equipamento com telas metálicas

No entanto, todos os tipos de bicos mencionados são feitos de cerâmica, portanto, apesar da espessura e de todos os truques do fabricante para aumentar a resistência, eles continuam frágeis. A fragilidade é especialmente incômoda se o aparelho precisa ser movido constantemente.

Por isso, para aquecer áreas durante trabalhos de construção ou montagem, foi desenvolvido um tipo de queimador mais resistente, equipado com tela metálica dupla. Nesse aparelho, a mistura gás-ar é processada no espaço entre o bico e as telas. A superfície da tela externa aquece até apenas 1023 K.

O uso de tela metálica possibilitou aumentar significativamente a potência térmica do emissor IV, bem como proteger o bico cerâmico contra danos.

Em GIG com bicos de tela, esses elementos são feitos de ligas resistentes ao calor com cromo e níquel. Os bicos são feitos de modo que o tamanho das malhas da tela superior permita a passagem livre da chama, e o da tela inferior seja mínimo, crítico para a passagem do fogo. Aqui, os emissores de calor IV podem ser ambas as telas ou apenas uma.

Se o queimador infravermelho processa gás natural ou uma mistura liquefeita de propano-butano de um cilindro de gás, apenas a malha superior está envolvida na distribuição da energia térmica. Se for processado gás de baixa carga, ambas as malhas emitem calor. Dessa forma, a transferência de calor é aumentada.

No entanto, o valor máximo de eficiência dos aquecedores infravermelhos a gás (GIG) com malhas não excede 60%, porque a resistência hidráulica dos bicos é duas vezes maior do que a das placas cerâmicas perfuradas de todos os tipos. Na verdade, é menor do que a dos bicos porosos.

Aparelhos com potência térmica aumentada

A eficiência bastante baixa dos emissores infravermelhos a gás com placas e malhas cerâmicas levou à busca de maneiras de aumentar a potência térmica. O resultado foi alcançado com a introdução de um novo tipo de bico, que consiste em um painel cerâmico com uma série de fendas.

Em corte, as fendas têm uma expansão súbita, suas aberturas de entrada são menores que as de saída. Essa solução aumenta a eficiência do queimador por meio da recirculação dos produtos da combustão, ou seja, seu retorno à base da chama dentro do canal de fogo. Além disso, a chama nesses modelos é mais estável e raramente se apaga ao vento aberto.

Para aumentar a potência térmica, são utilizadas várias técnicas, uma das quais é o deslocamento das aberturas das fendas em relação umas às outras. Esta solução também contribui para a proteção contra a ação dos ventos.

A seção livre dos painéis de fendas é em média 55–60% da sua seção total real. Os queimadores equipados com eles funcionam com gás de média pressão. O plano externo do bico aquece até 1723 K.

Emissores com resistência à carga de vento

A estabilidade de operação sob carga de vento é um indicador importante para a escolha de um queimador infravermelho a gás utilizado na construção ou montagem de instalações industriais. Longe de todos os emissores infravermelhos industriais que processam gás possuem essa qualidade.

Para áreas abertas, são necessários aparelhos especiais que:

• se distinguem por uma injeção estável, não dependente de rajadas de vento;
• são equipados com um dispositivo que evita o desvio do jato que sai do bocal;
• são protegidos contra o resfriamento ativo da superfície de radiação, que ocorre devido à ação dos ventos.

No passaporte técnico do equipamento a gás, capaz de aquecer com vento forte e não se apagar, é indicada a resistência ao vento. Essa característica nos queimadores infravermelhos produzidos em série é aproximadamente a mesma tanto em impacto direto, ou seja, frontal do vento, quanto na ventilação lateral.

A redução do coeficiente de injeção causa o aparecimento de chamas na superfície externa do painel emissor. Com isso, a temperatura diminui drasticamente. O ar frio que penetra na área de combustão a reduz.

A resistência ao vento está fisicamente interligada com a carga térmica específica e o volume de ar que chega ao bocal durante a combustão. Com excesso e alta velocidade do fluxo de ar, a eficiência do emissor infravermelho diminui. A redução é acompanhada pelo aparecimento de línguas de chama, escurecimento da superfície emissora e interrupção do funcionamento do agregado no modo sem chama.

Visão geral dos fabricantes de aquecedores IV

Aparelhos a gás para criar um microclima favorável em canteiros de obras, oficinas, fábricas e locais similares são fabricados tanto por empresas nacionais quanto por empresas estrangeiras.

Na opinião dos consumidores, o ranking de produtos de fabricação russa é liderado pelos queimadores a gás da marca Soliarogaz. No sortimento apresentado por esta empresa, há modelos projetados para aquecer áreas de diferentes volumes. Os agregados podem ser usados em estufas, garagens e áreas abertas.

Um dos tipos mais procurados no mercado nacional e comprovados na prática de equipamento infravermelho a gás é a linha de queimadores e fogões a gás da empresa Soliarogaz.

A única desvantagem que os compradores e proprietários reais dos modelos de queimadores e fogões a gás do fabricante da capital devem considerar é a ausência de sensores de sistemas de segurança. Portanto, podem ser usados em casa, mas com a observância de medidas de precaução.

Os produtos da empresa Sledopyt não ficam atrás em popularidade. No entanto, na linha comercial oferecida ao comprador, predominam produtos para uso doméstico e opções para turismo.

As placas usadas tanto para aquecimento quanto para preparar refeições simples, e os mini queimadores de botijão, gozam de popularidade bem justificada.

Os aquecedores a gás com o logotipo Aeroheat receberam ótimas avaliações dos consumidores. Este equipamento atrai pela confiabilidade, baseada no uso de componentes de alta qualidade, e pelo preço acessível. As placas e queimadores a gás da Dikson e Sibiryachka se destacaram.

A lista de aquecedores a gás de fornecedores estrangeiros é liderada por queimadores e placas a gás da empresa sul-coreana Kovea. Os produtos da marca são amplamente utilizados em pequenas oficinas, áreas de pintura e construção, acampamentos e pescarias.

As placas e queimadores a gás da Hyundai não ficam atrás dos aparelhos dos fabricantes europeus em qualidade e características técnicas. Em alguns aspectos, até os superam.

Para equipar oficinas, frequentemente são usados aquecedores a gás da empresa italiana Sistema. Modelos dos sul-coreanos Hyundai, dos fornos a gás italianos Bartolini, que podem ser usados tanto em casa quanto no escritório, são muito procurados. Os fornos suecos Timberk e os equipamentos chineses Ballu se destacam pela confiabilidade e operação estável.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O autor do seguinte vídeo explicará em detalhes o princípio de funcionamento e as vantagens dos queimadores a gás infravermelhos:

Os detalhes da organização do aquecimento infravermelho são apresentados no seguinte vídeo:

As etapas de instalação de um aquecedor a gás de teto são demonstradas aqui:

Na Rússia, são produzidos diferentes tipos de queimadores infravermelhos, incluindo modelos resistentes ao vento. A variedade oferecida pela empresa permite escolher um dispositivo para aquecimento de áreas externas e internas.

É importante decidir antes da compra com que finalidade e em que condições o equipamento será utilizado, e então escolher um modelo mais produtivo ou mais robusto, que não tenha medo de deslocamentos repetidos.