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Un elemento calefactor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) , también llamado elemento calefactor autorregulable , es un calentador de resistencia eléctrica cuya resistencia aumenta significativamente con la temperatura. El nombre de calentador autorregulable proviene de la tendencia de estos elementos calefactores a mantener una temperatura constante cuando se les suministra un voltaje determinado.
Los elementos calefactores PTC son un tipo de termistor .
Propiedades
Los elementos calefactores PTC tienen coeficientes de temperatura de resistencia positivos elevados , lo que significa que, al aplicarles un voltaje constante, generan una gran cantidad de calor cuando su temperatura es baja y una menor cantidad cuando es alta. En comparación, la mayoría de los elementos calefactores eléctricos también tienen coeficientes de temperatura positivos, pero estos son tan pequeños que generan aproximadamente la misma cantidad de calor independientemente de la temperatura. [ 1 ]
Autorregulador
Algunos elementos calefactores PTC están diseñados para presentar un cambio brusco de resistencia a una temperatura determinada. Estos elementos se denominan autorregulables porque tienden a mantener dicha temperatura incluso si la tensión aplicada [ 1 ] o la carga térmica [ 2 ] varían. Por debajo de esa temperatura, el elemento genera una gran cantidad de potencia calorífica, lo que tiende a elevar su temperatura. Por encima de esa temperatura, el elemento genera poca potencia calorífica, lo que tiende a permitir que se enfríe.
En algunas aplicaciones, esta característica de autorregulación permite utilizar calentadores PTC sin termostatos ni circuitos de protección contra sobretemperatura. [ 1 ] Un uso muy importante de los elementos calefactores autorregulables es asegurar que el elemento calefactor no se caliente tanto como para dañarse a sí mismo o a otras partes del calentador. En algunas aplicaciones donde el elemento calefactor está conectado directamente al objeto que se calienta, un calentador autorregulable también puede proporcionar un control de temperatura adecuado del objeto a calentar.
Sin embargo, muchas aplicaciones requieren el control de dos temperaturas. Por ejemplo, los calefactores eléctricos utilizan elementos calefactores mucho más calientes que la habitación que se calienta. En estos casos, un termostato puede detectar y controlar mejor la temperatura del objeto que se calienta. No obstante, se puede utilizar un elemento calefactor autorregulable para evitar que se dañe a sí mismo o a otras partes del calefactor.
Calentamiento rápido
Si se conoce el calor necesario para mantener la temperatura deseada, se puede seleccionar un elemento calefactor PTC que proporcione la cantidad precisa de calor a dicha temperatura. Este tipo de elemento se calienta rápidamente, ya que genera más calor a bajas temperaturas. En cambio, un elemento calefactor convencional que genera la cantidad correcta de calor a la temperatura deseada producirá la misma cantidad a bajas temperaturas, lo que resultará en tiempos de calentamiento prolongados.
Salida de calor ajustable
En algunas aplicaciones, es conveniente regular la potencia calorífica (normalmente medida en vatios) en lugar de la temperatura. La potencia calorífica de cualquier elemento calefactor eléctrico se puede regular regulando la potencia eléctrica de entrada. Los elementos calefactores PTC también se pueden regular indirectamente. Por ejemplo, un elemento calefactor PTC con un cambio brusco de resistencia a una temperatura determinada puede equiparse con una fuente de voltaje constante y un ventilador de velocidad variable. Con el ventilador a baja velocidad, el elemento calefactor consume poca corriente, lo que resulta en una baja potencia calorífica. Con el ventilador a alta velocidad, el aire extrae más calor y el elemento calefactor responde generando más calor.
Temperatura ajustable
Si la capacidad de ajustar la temperatura es más importante que mantener una temperatura fija, se puede utilizar un material PTC cuya resistencia varíe gradualmente con la temperatura. La temperatura que este material tiende a mantener se puede ajustar modificando el voltaje aplicado.
Es posible crear elementos calefactores de más formas.
Los elementos calefactores PTC pueden fabricarse en más formas que los elementos calefactores convencionales. Estos últimos deben ser largos y delgados (a menudo enrollados para ahorrar espacio) para evitar la sobrecarga de corriente . Si el elemento fuera grueso o de forma irregular, existiría más de una ruta para la corriente eléctrica. La ruta con menor resistencia tendería a calentarse más que el resto del elemento. En casos graves, esto provocaría una falla en cascada donde la ruta de menor resistencia se sobrecalienta y falla, redirigiendo la corriente a otras partes del elemento, lo que también provocaría su sobrecalentamiento y falla.
Los elementos PTC pueden fabricarse gruesos o con formas irregulares, ya que si un camino a través del elemento se calienta más que el resto, la resistencia de ese camino aumentará, redirigiendo la corriente eléctrica sin sobrecalentarse.
Una aplicación de un elemento calefactor con forma especial es aumentar su superficie. Una mayor superficie permite que el elemento funcione a menor temperatura y aun así genere una gran cantidad de calor. La menor temperatura puede aumentar la seguridad del calentador. Sin embargo, existen otras medidas de seguridad que garantizan la seguridad de los calentadores convencionales.
Otra aplicación de un elemento calefactor con una forma especial es adaptarlo lo más posible a la forma del objeto que se está calentando, lo que ayuda a asegurar que el objeto se mantenga cerca de la misma temperatura que el elemento calefactor.
Materiales PTC
Los elementos calefactores con coeficiente de temperatura positivo pueden estar fabricados con diversos materiales.
Tipo cerámico
Aunque los materiales cerámicos más comunes son aislantes eléctricos, algunos conducen la electricidad con un coeficiente de temperatura positivo. Estos elementos calefactores cerámicos PTC se denominan a menudo "piedras". [ 1 ] [ 3 ]
Polímero
Algunos polímeros son adecuados como materiales calefactores PTC. Estos poseen la útil propiedad de que pueden fabricarse en forma de tintas. Los elementos calefactores de formas complejas pueden fabricarse fácilmente mediante técnicas de impresión. Si las tintas se imprimen sobre un sustrato flexible, todo el elemento calefactor puede ser flexible. [ 4 ]
Un tipo de polímero es el caucho PTC , que es un tipo de caucho de silicona.
Operación
Dado que los elementos calefactores PTC son un tipo de termistor, comparten los mismos principios de funcionamiento. Los detalles dependen del tipo de material, pero una clase de materiales ampliamente utilizados son las cerámicas cristalinas. Durante la fabricación, se añaden dopantes para conferirles propiedades semiconductoras. Estos materiales presentan coeficientes de temperatura ligeramente negativos a bajas y altas temperaturas; sin embargo, existe un rango de temperaturas intermedio donde presentan coeficientes de temperatura positivos útiles. Estos materiales tienen una temperatura crítica en la que la resistividad cambia notablemente. Esta temperatura se denomina temperatura de Curie, ya que las propiedades magnéticas del material también cambian significativamente.
El coeficiente de temperatura de un elemento calefactor PTC generalmente depende de la temperatura. La ecuación de Steinhart-Hart se utiliza a menudo para aproximar esta función. En algunas aplicaciones donde el calentador se usa solo en un rango de temperatura estrecho, una ecuación lineal simple puede ser suficiente.
Referencias
- 1 2 3 4 "Cómo especificar un calentador PTC para un horno o aparato similar" . Calentamiento de procesos : 26 de mayo de 2005. ISSN 1077-5870 .
- ↑ Fabian, Jan (12 de junio de 1996). "Calefacción con termistores PTC". EDN . 41 (12A). UBM Canon – vía Gale Academic OneFile.
- ↑ Musat, R.; Helerea, E. (2009). "Nuevas soluciones para mejorar el sistema de calefacción de vehículos" (PDF; 529 kB) . Boletín de la Universidad Transilvania de Brasov . 2. Brasov, Rumania: 303–310 . ISSN 2065-2119 .
- ↑ Lemon, Todd J. (septiembre de 1995). "Calentadores de película gruesa impresos". Appliance Manufacturer . 43 (9). BNP Media: 32. ISSN 0003-679X .
Enlaces externos
- Calefacción