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Para determinar as dimensões e forms dos elementos industriais, os principais fatores são a temperatura do forno, a potência do forno (que depende da carga e da taxa de aquecimento), a tensão disponível e o tamanho físico da câmara do forno. Elas são discutidas abaixo.

Temperatura do forno

A temperatura do forno depende da temperatura de carga necessária. A temperatura do elemento excederá a temperatura do forno em uma quantidade determinada pelo projeto do elemento.

Potência do forno

A potência do forno é calculada determinando a quantidade de energia necessária para aquecer a carga a uma temperatura predeterminada dentro de um tempo específico, incluindo perdas do forno e uma margem de segurança.

Modo de operação

Para fornos de operação contínua, geralmente é suficiente calcular a potência necessária para a carga real, considerando a eficiência normal para esse tipo de forno. Supondo uma eficiência de 70-80% para cobrir perdas de um forno elétrico e adicionando uma margem de segurança, um valor de entrada adequado pode ser obtido. Para fornos de lote, os tempos de aquecimento necessários e a capacidade de aquecimento do forno devem ser considerados ao determinar os requisitos de potência de entrada. Entretanto, a potência de entrada em si tem efeito mínimo no consumo de energia e na eficiência. O fator decisivo são as perdas de calor, determinadas pela eficácia do isolamento. Uma dada massa requer a mesma quantidade de energia, independentemente da potência total.

O objetivo na seleção de valores de potência de entrada é fornecer potência suficiente sem ser excessivamente alta em relação ao tamanho do forno, pois isso levaria a temperaturas desnecessariamente altas do elemento, afetando negativamente a vida útil. Os fornos de lote LTM (baixa massa térmica) podem exigir aproximadamente 25% menos energia de entrada.

Tensão do forno

Além de pequenos fornos de alta temperatura, que geralmente operam em tensões mais baixas por meio de um transformador, a maioria dos fornos pode ser projetada para operar em tensão da linha padrão. A espessura do elemento ou seção transversal também influencia o projeto do circuito. Para grandes seções transversais, a potência do forno não deve ser dividida entre muitos circuitos paralelos. Com alimentação CA trifásica, uma configuração estrela (Y) geralmente permite seções transversais maiores, enquanto uma configuração delta (Δ) requer seções transversais menores. Portanto, os elementos em pequenos fornos devem ser preferencialmente conectados a uma fonte de alimentação monofásica em série ou por meio de um transformador de baixa tensão.

Carga da parede do forno

No projeto de elementos de resistência, a temperatura do elemento e a seção transversal do material são cruciais, pois afetam significativamente a vida útil de manutenção. O objetivo normalmente é atingir a vida útil máxima do elemento. Fatores importantes incluem concentração de potência na parede do forno, carga superficial específica do material para resistências e condições de transferência de calor. A área da parede é geralmente calculada como o comprimento multiplicado pela altura ou largura da parede, teto ou fundo que suporta o elemento.

Carga máxima de parede recomendada em função da temperatura do forno e diferentes configurações de elementos

 

Visão geral: Tipos de elementos de forno

Os sistemas de elementos de aquecimento de fornos incluem configurações de fios e fitas. Projetados para temperaturas de até 1.300 °C (2.370 °F), eles otimizam o desempenho por meio de parâmetros precisos de carga de superfície e de parede.

  Elementos dos fios Elemento de fita
Tipos de elementos Bobina Bobina Porco-espinho Haste sobre curva Corrugado Em loop Corrugado profundo Corrugado profundo Corrugado profundo Corrugado
Suportes Tubos de cerâmica Ranhuras Tubos de cerâmica Hastes metálicas Grampos metálicos Tubos de cerâmica Travas de copos de cerâmica Buchas de cerâmica Tubos de cerâmica Ranhuras
     
Material Silimanita Chamotte grau 28 Silimanita Kanthal® APM Em forma de U
Unhas Kanthal®
Silimanita Cordierita ou mulita Cordierita ou mulita Silimanita Chamotte grau 28
Temperatura máx. do forno, °C 1.300 1.250 800 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300
Carga máxima de parede a 1.000 °C
temperatura do forno, kW/m2
40 35 50 50 60 60 60 60 20 - 40
Carga superficial máxima a 1.000 °C
temperatura do forno, W/cm2
3 - 4 3 - 4 5 - 6 3 - 6 5 - 6  5–6 5–6 5–6 3 - 4
Diâmetro do fio, d, mm 2,0 - 6,5 2,0 - 5,0 1,0 - 6,5 >5,0 2,0 - 5,0 >5,0
Espessura da tira, t, mm 2,0–3,0 2,0–3,0 2,0–3,0 1,5–3,0
Largura da tira, w, mm  8–12 t  8–12 t  8–12 t 8–12 t
Diâmetro externo da bobina, D, mm 12 - 14 d 5 - 6 d  –  –  –  –
Comprimento máximo do laço a 1.000 °C
temperatura do forno, mm
250 100 250  250  250  250  2 - 3 w
Afastamento mín. no comprimento máx. do loop, mm 3d 2d 3d 40 40 40  50  50 50  1,5 W