Condutividade térmica dos metais

Explicação dos valores comparativos de aparelhos de aquecimento

A partir dos dados apresentados acima, pode-se observar que o dispositivo de aquecimento bimetálico possui a maior taxa de transferência de calor. Estruturalmente, tal dispositivo é apresentado pela RIFAR em uma caixa de alumínio com nervuras. em que os tubos de metal estão localizados, toda a estrutura é fixada com uma estrutura soldada. Este tipo de baterias é instalado em casas com um grande número de andares, bem como em casas de campo e casas particulares. A desvantagem deste tipo de dispositivo de aquecimento é o seu alto custo.

Importante! Quando este tipo de bateria for instalado em casas com grande número de andares, é recomendável ter uma estação de caldeira própria, que possui uma unidade de tratamento de água. Esta condição para a preparação preliminar do refrigerante está associada às propriedades das baterias de alumínio.

eles podem estar sujeitos à corrosão eletroquímica quando entram em forma de má qualidade através da rede de aquecimento central. Por esta razão, os aquecedores de alumínio são recomendados para serem instalados em sistemas de aquecimento separados.

As baterias de ferro fundido neste sistema comparativo de parâmetros perdem significativamente, têm baixa transferência de calor, um grande peso do aquecedor. Mas, apesar desses indicadores, os radiadores MS-140 estão em demanda pela população, o que é causado por tais fatores:

A duração da operação sem problemas, que é importante em sistemas de aquecimento.
Resistência aos efeitos negativos (corrosão) do transportador térmico.
Inércia térmica do ferro fundido.

Este tipo de dispositivo de aquecimento funciona há mais de 50 anos, para isso não há diferença na qualidade da preparação do transportador de calor. Você não pode colocá-los em casas onde possa haver uma alta pressão de trabalho da rede de aquecimento, o ferro fundido não é um material durável.

Comparação por outras características

Uma característica da operação da bateria - inércia - já foi mencionada acima. Mas para que a comparação dos radiadores de aquecimento seja correta, ela deve ser feita não apenas em termos de transferência de calor, mas também em outros parâmetros importantes:

• trabalho e pressão máxima;
• a quantidade de água contida;
• massa.

A limitação da pressão de operação determina se o aquecedor pode ser instalado em edifícios de vários andares onde a altura da coluna de água pode chegar a centenas de metros. A propósito, essa restrição não se aplica a casas particulares, onde a pressão na rede não é alta por definição. Comparar a capacidade dos radiadores pode dar uma ideia da quantidade total de água no sistema que precisará ser aquecida. Bem, a massa do produto é importante para determinar o local e o método de sua fixação.

Como exemplo, uma tabela de comparação das características de vários radiadores de aquecimento do mesmo tamanho é mostrada abaixo:

Observação. Na tabela, um aquecedor de 5 seções é considerado como 1 unidade, exceto um de aço, que é um único painel.

Condutividade térmica e densidade do alumínio

A tabela mostra as propriedades termofísicas do alumínio Al em função da temperatura. As propriedades do alumínio são dadas em uma ampla faixa de temperatura - de menos 223 a 1527°C (de 50 a 1800 K).

Como pode ser visto na tabela, a condutividade térmica do alumínio à temperatura ambiente é de cerca de 236 W/(m graus), o que possibilita a utilização deste material para a fabricação de radiadores e diversos dissipadores de calor.

Além do alumínio, o cobre também possui alta condutividade térmica. Qual metal tem a maior condutividade térmica? Sabe-se que a condutividade térmica do alumínio em temperaturas médias e altas ainda é menor que a do cobre, porém, quando resfriado a 50K, a condutividade térmica do alumínio aumenta significativamente e atinge um valor de 1350 W/(m graus). No cobre, a uma temperatura tão baixa, o valor da condutividade térmica torna-se menor que o do alumínio e chega a 1250 W / (m graus).

O alumínio começa a derreter a uma temperatura de 933,61 K (cerca de 660 ° C), enquanto algumas de suas propriedades sofrem alterações significativas. Os valores de propriedades como difusividade térmica, densidade do alumínio e sua condutividade térmica são significativamente reduzidos.

A densidade do alumínio é determinada principalmente pela sua temperatura e depende do estado de agregação deste metal. Por exemplo, a uma temperatura de 27 ° C, a densidade do alumínio é de 2697 kg / m 3 e, quando esse metal é aquecido a um ponto de fusão (660 ° C), sua densidade se torna igual a 2368 kg / m 3. A diminuição da densidade do alumínio com o aumento da temperatura é devido à sua expansão por aquecimento.

daqui

A tabela mostra os valores de condutividade térmica dos metais (não ferrosos), bem como a composição química dos metais e ligas técnicas na faixa de temperatura de 0 a 600°C.

Metais não ferrosos e ligas: níquel Ni, monel, nicromo; ligas de níquel (de acordo com GOST 492-58): cuproníquel NM81, NM70, constantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts e K-monel, alumel, cromel, manganina NMMts 85-12, invar; ligas de magnésio (de acordo com GOST 2856-68), elétron, platina-ródio; soldas macias (de acordo com GOST 1499-70): estanho puro, chumbo, POS-90, POS-40, POS-30, liga de rosa, liga de madeira. Continue lendo→

O que tudo a mesma coisa para colocar um radiador? Acho que cada um de nós fez a mesma pergunta quando chegávamos ao mercado ou a uma loja de peças de reposição, examinando uma enorme seleção de radiadores para todos os gostos, satisfazendo até os mais exigentes pervertidos. Você quer duas linhas, três linhas, maior, menor, com uma seção grande com uma pequena, alumínio, cobre. É exatamente desse metal que o radiador é feito e será discutido.

Alguns acreditam que o cobre. Estes são os Velhos Crentes originais, como teriam sido chamados no século XVII. Sim, se não levarmos carros novos do século 20, os radiadores de cobre foram instalados em todos os lugares. Independentemente da marca e modelo, seja um minicarro econômico ou um caminhão pesado de várias toneladas. Mas há outro exército de proprietários de carros alegando que os radiadores feitos de alumínio são melhores que os de cobre. Porque eles são instalados em carros novos e modernos, em motores pesados ​​que exigem refrigeração de alta qualidade.

E o que é mais interessante, eles estão bem. Ambos têm seus prós e contras, é claro. Agora para uma pequena lição de física. O indicador mais excelente, na minha opinião, são os números, ou seja, o coeficiente de condutividade térmica. Em termos simples, esta é a capacidade de uma substância de transferir energia térmica de uma substância para outra. Aqueles. temos um refrigerante, um radiador feito de N-th metal e o meio ambiente. Teoricamente, quanto maior o coeficiente, mais rápido o radiador irá retirar a energia térmica do refrigerante e liberá-la para o ambiente mais rapidamente.

Portanto, a condutividade térmica do cobre é de 401 W / (m * K) e do alumínio - de 202 a 236 W / (m * K). Mas isso está em condições ideais. Parece que o cobre ganhou nesta disputa, mas isso é “+1” para radiadores de cobre. Agora, além de tudo, é necessário considerar o design real dos próprios radiadores.

Tubos de cobre na base do radiador, bem como tiras de cobre do radiador de ar para transferir o calor recebido para o ambiente. As grandes células do favo de mel do radiador permitem reduzir a perda de velocidade do fluxo de ar e permitem bombear um grande volume de ar por unidade de tempo. Uma concentração muito baixa da parte da fita do radiador reduz a eficiência da transferência de calor e aumenta a concentração e a força do aquecimento local do radiador.

Encontrei dois tipos de radiadores baseados em tubos de alumínio e aço. Aqui está a parte não sem importância, porque. a condutividade térmica do aço é muito baixa em comparação com o alumínio, apenas 47 W/(m*K). E, na verdade, apenas por causa da alta diferença de desempenho, não vale mais a pena instalar radiadores de alumínio com tubos de aço. Embora sejam mais fortes que o alumínio puro e reduzam o risco de vazamento de alta pressão, por exemplo, com uma válvula presa na tampa do tanque de expansão.Uma alta concentração de placas de alumínio nos tubos aumenta a área do radiador soprado pelo ar, aumentando assim sua eficiência, mas ao mesmo tempo, a resistência do fluxo de ar aumenta e o volume de ar bombeado diminui.

A política de preços no mercado se desenvolveu de tal forma que os radiadores de cobre são muito mais caros que os de alumínio. A partir do quadro geral, podemos concluir que ambos os radiadores são bons à sua maneira. Qual escolher afinal? Esta pergunta é com você.

Como calcular corretamente a potência térmica

O arranjo competente do sistema de aquecimento da casa não pode prescindir de um cálculo térmico da potência dos dispositivos de aquecimento necessários para aquecer as instalações. Existem métodos simples e comprovados para calcular a saída de calor de um aquecedor. necessário para aquecer a sala. Também leva em consideração a localização das instalações da casa nos pontos cardeais.

• O lado sul da casa é aquecido por metro cúbico de espaço de 35 watts. Poder Térmico.
• Os quartos do norte da casa por metro cúbico são aquecidos por 40 watts. Poder Térmico.

Para obter a potência térmica total necessária para aquecer as instalações da casa, é necessário multiplicar o volume real da sala pelos valores apresentados e adicioná-los pelo número de quartos.

Importante! O tipo de cálculo apresentado não pode ser exato, estes são valores ampliados, são usados ​​para uma apresentação geral do número necessário de dispositivos de aquecimento. O cálculo de dispositivos de aquecimento bimetálicos, bem como baterias de alumínio, é realizado com base nos parâmetros especificados nos dados do passaporte do produto

De acordo com os regulamentos, a seção dessa bateria é igual a 70 unidades de energia (DT)

O cálculo de dispositivos de aquecimento bimetálicos, bem como baterias de alumínio, é realizado com base nos parâmetros especificados nos dados do passaporte do produto. De acordo com os regulamentos, a seção dessa bateria é igual a 70 unidades de potência (DT).

O que é, como entender? O fluxo de calor do passaporte da seção da bateria pode ser obtido sob a condição de fornecer um transportador de calor com uma temperatura de 105 graus. Para obter uma temperatura de 70 graus no sistema de aquecimento de retorno da casa. A temperatura inicial na sala é tomada como 18 graus Celsius.

o refrigerante é aquecido a 105 graus

DT= (temperatura do meio de alimentação + temperatura do meio de retorno)/2, menos a temperatura ambiente. Em seguida, multiplique os dados no passaporte do produto pelo fator de correção, que são fornecidos em livros de referência especiais para diferentes valores de DT. Na prática, fica assim:

• O sistema de aquecimento funciona em fornecimento direto de 90 graus no processamento de 70 graus, temperatura ambiente de 20 graus.
• A fórmula é (90+70)/2-20=60, DT= 60

De acordo com o livro de referência, estamos procurando um coeficiente para este valor, é igual a 0,82. No nosso caso, multiplicamos o fluxo de calor 204 por um fator de 0,82, obtemos o fluxo de potência real = 167 W.

Comparação de energia térmica

Se você estudou cuidadosamente a seção anterior, deve entender que a transferência de calor é muito afetada pelas temperaturas do ar e do refrigerante, e essas características não dependem muito do próprio radiador. Mas há um terceiro fator - a área de superfície de troca de calor, e aqui o design e a forma do produto desempenham um papel importante. Portanto, é difícil comparar idealmente um aquecedor de painel de aço com um de ferro fundido, suas superfícies são muito diferentes.

O quarto fator que afeta a transferência de calor é o material do qual o aquecedor é feito. Compare você mesmo: 5 seções do radiador de alumínio GLOBAL VOX com uma altura de 600 mm fornecerão 635 W a DT = 50 °C. A bateria retro de ferro fundido DIANA (GURATEC) com a mesma altura e o mesmo número de seções só pode fornecer 530 W nas mesmas condições (Δt = 50 °C). Esses dados são publicados nos sites oficiais dos fabricantes.

Observação. As características dos produtos de alumínio e bimetálicos em termos de potência térmica são quase idênticas, não vale a pena compará-los.

Você pode tentar comparar o alumínio com um radiador de painel de aço, pegando o tamanho padrão mais próximo que seja adequado ao tamanho. Os mencionados 5 perfis de alumínio GLOBAL de 600 mm de altura têm um comprimento total de cerca de 400 mm, o que corresponde ao painel de aço KERMI 600x400. Acontece que mesmo um dispositivo de aço de três fileiras (tipo 30) fornecerá apenas 572 W a Δt = 50 °C. Mas tenha em mente que a profundidade do radiador GLOBAL VOX é de apenas 95 mm e os painéis KERMI são quase 160 mm. Ou seja, a alta transferência de calor do alumínio se faz sentir, o que se reflete nas dimensões.

Nas condições de um sistema de aquecimento individual de uma casa particular, as baterias da mesma potência, mas de metais diferentes, funcionarão de maneira diferente. Portanto, a comparação é bastante previsível:

1. Produtos bimetálicos e de alumínio aquecem e esfriam rapidamente. Dando mais calor durante um período de tempo, eles retornam água mais fria ao sistema.
2. Os radiadores de painel de aço ocupam uma posição intermediária, pois transferem calor não tão intensamente. Mas eles são mais baratos e fáceis de instalar.
3. Os mais inertes e caros são os aquecedores de ferro fundido, caracterizados por um longo aquecimento e resfriamento, o que causa um pequeno atraso na regulação automática do fluxo de refrigerante por cabeças termostáticas.

Do exposto, uma simples conclusão sugere-se.

Não importa de que material é feito o radiador, o principal é que ele seja selecionado corretamente em termos de potência e se adapte ao usuário em todos os aspectos. Em geral, para comparação, não custa conhecer todas as nuances da operação de um determinado dispositivo, bem como onde ele pode ser instalado

Cálculo de energia térmica

Para organizar o aquecimento do ambiente, é necessário conhecer a potência necessária para cada um deles e, em seguida, calcular a transferência de calor do radiador. O consumo de calor para aquecer uma sala é determinado de maneira bastante simples. Dependendo da localização, o valor do calor para aquecer 1 m3 de uma sala é 35 W / m3 para o lado sul do edifício e 40 W / m3 para o norte. O volume real da sala é multiplicado por este valor e obtemos a potência necessária.

Atenção! O método acima de calcular a potência necessária é ampliado, seus resultados são levados em consideração apenas como orientação. Para calcular baterias de alumínio ou bimetálicas, deve-se partir das características especificadas na documentação do fabricante

De acordo com os padrões, a potência de 1 seção do radiador é fornecida em DT = 70. Isso significa que 1 seção fornecerá o fluxo de calor especificado a uma temperatura do líquido refrigerante no fornecimento de 105 ºС e no retorno - 70 ºС. Neste caso, assume-se que a temperatura calculada do ambiente interno é de 18 ºС

Para calcular baterias de alumínio ou bimetálicas, deve-se partir das características especificadas na documentação do fabricante. De acordo com os padrões, a potência de 1 seção do radiador é fornecida em DT = 70. Isso significa que 1 seção fornecerá o fluxo de calor especificado a uma temperatura do líquido refrigerante no fornecimento de 105 ºС e no retorno - 70 ºС. Nesse caso, assume-se que a temperatura de projeto do ambiente interno é de 18 ºС.

Com base em nossa tabela, a transferência de calor de uma seção de um radiador bimetálico com tamanho interaxial de 500 mm é de 204 W, mas apenas a uma temperatura no tubo de alimentação de 105 ºС. Nos sistemas modernos, especialmente os individuais, não há temperatura tão alta, respectivamente, e a potência de saída diminuirá. Para descobrir o fluxo de calor real, você deve primeiro calcular o parâmetro DT para as condições existentes usando a fórmula:

DT = (tsub + trev) / 2 - troom, onde:

• tpod - temperatura da água na tubulação de abastecimento;
• tobr - o mesmo, na linha de retorno;
• troom é a temperatura dentro da sala.

Depois disso, a transferência de calor da placa de identificação do radiador de aquecimento é multiplicada pelo fator de correção, tomado dependendo do valor de DT de acordo com a tabela:

Por exemplo, com uma programação de refrigeração de 80 / 60 ºС e uma temperatura ambiente de 21 ºС, o parâmetro DT será igual a (80 + 60) / 2 - 21 = 49 e o fator de correção será de 0,63. Então o fluxo de calor de 1 seção do mesmo radiador bimetálico será 204 x 0,63 = 128,5 W. Com base neste resultado, o número de seções é selecionado.

https://youtube.com/watch?v=nSewFwPhHhM

Impurezas em ligas de cobre

daqui

As impurezas contidas no cobre (e, claro, interagindo com ele) são divididas em três grupos.

Soluções sólidas formando com cobre

Tais impurezas incluem alumínio, antimônio, níquel, ferro, estanho, zinco, etc. Esses aditivos reduzem significativamente a condutividade elétrica e térmica. As classes que são usadas principalmente para a produção de elementos condutores incluem M0 e M1. Se o antimônio estiver contido na composição da liga de cobre, seu trabalho a quente por pressão é muito mais difícil.

Impurezas que não se dissolvem no cobre

Estes incluem chumbo, bismuto, etc. Não afetando a condutividade elétrica do metal base, tais impurezas dificultam o processamento sob pressão.

Impurezas que formam compostos químicos frágeis com cobre

Este grupo inclui enxofre e oxigênio, o que reduz a condutividade elétrica e a resistência do metal base. A presença de enxofre na liga de cobre facilita muito sua usinabilidade por corte.