Confusión del calentador eléctrico

Esto se refiere al tipo más común de cable calefactor de semiconductores que he instalado, el rastro de calor autorregulador. Hay una variedad de temperaturas disponibles, pero la mayor parte que he visto se usa para evitar que las líneas o los dispositivos se congelen.

Puede ver en la imagen que el cable está compuesto por dos conductores de bus de cobre estañado de baja resistencia conectados por un cuerpo de plástico semiconductor y luego varias capas de protección/aislamiento.

Los diferentes materiales tienen diferentes resistencias por área de sección transversal o resistividad, y un cable más grande tendrá una resistencia más baja dado el mismo material. Disipación de potencia($P$) es igual a actual($I$) al cuadrado por la resistencia($R$) o caída de voltaje ($E$) tiempos actuales, o en fórmulas:

Ley de Watt:

$P=I^2R$

$P=EI$

al controlar dónde está la resistencia, usted controla dónde se disipa la energía, y ese control es la función que los cables calefactores de semiconductores de regulación automática realizan para usted.

El semiconductor se elige en función de la temperatura de regulación deseada para que tenga una alta resistencia a esa temperatura o por encima de ella, y una resistencia más baja cuanto más por debajo de esa temperatura alcance. La ventaja de esta configuración es que el cable puede proporcionar calor diferencial solo donde se necesita a lo largo de su longitud. Puede tomar una línea de plomería en la azotea al aire libre que pasa por múltiples temperaturas ambientales diferentes, pasar un solo cable a lo largo de toda su longitud y aislarlo. Debido a que el cable produce calor solo donde se necesita, no tiene que preocuparse por duplicarlo o sobrecalentar la porción que se encuentra en un ambiente cálido. También puede mantener el cable conectado durante todo el año sin un control activo del circuito porque durante los momentos en que la temperatura es alta, la resistencia del semiconductor es alta y se disipa muy poca potencia. Para la función crítica del edificio, no usan más energía de la necesaria (en este caso de uso) para evitar que la tubería se congele y, por lo tanto, minimizan la carga eléctrica en un UPS o generador de respaldo del edificio.

Los cables troncales de baja resistencia disipan muy poca energía y solo llevan la corriente a los lugares donde el semiconductor está lo suficientemente frío como para tener menor resistencia. Todavía tienen algo de disipación de energía, especialmente cuando un cable se enciende por primera vez en un entorno más frío que el punto de ajuste y se produce un aumento de corriente, pero están dimensionados para que su disipación de energía sea insignificante en comparación con la del semiconductor una vez que se ha enfriado. alcanzado la temperatura normal de funcionamiento.

Entonces, en puntos a lo largo de la longitud del cable, la temperatura caerá por debajo del punto de referencia y en estos puntos, la corriente fluye desde los cables del bus de baja resistencia a través de la resistencia comparativamente mucho más alta del semiconductor y produce calor. La resistencia del semiconductor en los puntos donde fluye la corriente sigue siendo mucho más alta que la resistencia del cobre, pero lo suficientemente baja como para permitir que fluya la corriente.

La corriente aumenta proporcionalmente a la disminución de la resistencia, pero la potencia disipada aumenta por el cuadrado de la corriente, por lo que el dispositivo reacciona agresivamente para mantener su temperatura. Una disminución del 10 % en la resistencia dará como resultado un aumento del 10 % en la corriente y un aumento del 10 % al cuadrado en la disipación de energía. Esto significa que cuanto más por debajo de su punto de ajuste esté el cable, más rápidamente se calentará hasta su punto de ajuste.

He estado buscando un gráfico que muestre la "rodilla" de la resistencia del semiconductor, pero aún no he encontrado uno, pero espero que esto mejore la respuesta por ahora.

Los cables tienen poca resistencia y generan poco calor.
El calentador tiene una resistencia mucho mayor y genera mucho calor.

Con un calentador de flujo de 10 amperios, se generarían 1000 W, cable de 0,1 W cada uno.

Un elemento calefactor estará hecho de un material con una resistividad mucho mayor que los cables de suministro de cobre, por lo que la gran mayoría del calentamiento estará en el elemento calefactor y muy poco en los cables de suministro.