Directrices para la selección, instalación y aplicación de los calentadores de cartucho

COMPONENTES - Calentadores de cartucho

Directrices para las aplicaciones

  • Hasta 1,297 in de diámetro
  • Hasta 60 in de longitud
  • Hasta 11.500 vatios
  • 120 y 240 voltios
  • Hasta 1.400 °F (760 °C) de temperatura máxima de funcionamiento
  • Posibilidad de modificación para adaptarse a las aplicaciones del cliente

Logotipo de RLLogotipo de CSA

Los calentadores de cartucho de tipo CIR se utilizan con frecuencia en la calefacción de partes metálicas al insertarlos en orificios practicados. Para facilitar la instalación, los calentadores se fabrican ligeramente más pequeños con respecto a su diámetro nominal.

Determinación del ajuste: Al trabajar con una densidad de vatios alta, un ajuste ceñido resulta fundamental. El ajuste es la diferencia existente entre el diámetro mínimo del calentador y el diámetro máximo del orificio. Por ejemplo, el calentador de cartucho de tipo CIR con un diámetro de 1/2 in tiene en realidad 0,498 + 0,000 - 0,005 in. Si el calentador se inserta en un orificio que se perfora y escaria hasta obtener un diámetro de 0,503 in, el ajuste será de 0,01 in (0,503 - 0,493 = 0,01).

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Determinación de la densidad de vatios: La densidad de vatios se refiere al flujo térmico o la carga superficial. Es la cantidad de vatios por centímetro cuadrado (o pulgada cuadrada) del área de superficie calefactada. A fin de realizar cálculos, los calentadores de cartucho de tipo CIR que tenemos en existencias cuentan con un fragmento de 1/4 in de longitud sin calefactar en cada extremo. Por lo tanto, el cálculo de la densidad de vatios correspondiente a un calentador de 1/2 x 12 in y valor nominal de 1.000 vatios será el siguiente:

Densidad de vatios = W / p x D x LC

Donde:

  • W = vataje = 1.000 W; D = diámetro = 0,5 in
  • LC = longitud calefactada = 11,5 in
  • Densidad de vatios = 1.000 / 3,14 x 0,5 x 11,5 = 55 W/in2

Selección de tamaños y valores nominales: El cálculo de los requisitos térmicos totales correspondientes a una aplicación.

Determinación de la cantidad, el tamaño y los valores nominales: Una vez se determinen los requisitos térmicos totales, es posible establecer la cantidad, el tamaño y los valores nominales de los calentadores de cartucho. Utilice calentadores suficientes para obtener una temperatura uniforme en toda la parte durante el calentamiento y el funcionamiento. El sensor empleado para controlar la temperatura debe colocarse próximo a la superficie de trabajo para que el control sea preciso.

Cálculo de la densidad de vatios y el ajuste: Después de determinar el vataje de cada calentador, es necesario calcular la densidad de vatios y el ajuste. Utilice el gráfico G-235 para asegurarse de que la densidad de vatios se encuentra dentro de los límites permitidos. Por ejemplo, un calentador de tipo CIR de 1/2 x 12 in y valor nominal de 1.000 vatios tiene una densidad de vatios de 55 W/in2. Si se utilizase en una parte con una temperatura de funcionamiento de 1.000 °F (538 °C) con un ajuste de 0,01 in, la densidad de vatios permitida de acuerdo con el gráfico sería de 90 W/in2. Por lo tanto, la densidad de vatios de 55 W/in2 se encuentra muy por debajo del máximo permitido. De este modo, se trabaja con un margen de seguridad considerable y es posible obtener una mayor confiabilidad.

Si el calentador seleccionado tuviese una densidad de vatios mayor que la permitida según el gráfico, puede llevar a cabo alguno de los siguientes cambios:

  1. Utilice más calentadores con una densidad de vatios menor.
  2. Utilice calentadores de mayor longitud o tamaño.
  3. Mejore el ajuste.
  4. Reduzca la necesidad de calor al reducir su pérdida o aumentar el tiempo de calentamiento.

Utilización del gráfico de densidad de vatios máxima permitida: El siguiente gráfico resulta útil para elegir el calentador de cartucho de tipo CIR adecuado. Las curvas son indicativas, no límites precisos.

El gráfico está basado en una temperatura del alambre de resistencia de 1.600 °F (871 °C) situada en el interior del calentador de cartucho, con el calentador instalado en un bloque de acero dulce oxidado. Los valores de densidad de vatios recogidos en el gráfico deben reducirse cerca de un 10 % o más si se utilizan otros materiales que presenten una conductividad térmica o emisividad menores que el acero dulce oxidado. Comuníquese con su oficina local de ventas de Chromalox.

Gráfico G-235

Directrices para la selección de cartuchos

Calentador de tipo CIR de alta densidad de vatios

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Estructura interna avanzada y terminales estampados: El desafío al que se enfrentaron los ingenieros de Chromalox consistía en diseñar un calentador de cartucho cuyo rendimiento superase a los de otras marcas, en todo tipo de condiciones, y garantizar que el cliente obtuviese y siga obteniendo el mejor desempeño y la vida útil más duradera posible para su inversión.

Calentador de cartucho de tipo CIR: incluye numerosos y significativos avances en tecnología de calentadores de cartucho. Sus características de elevado rendimiento han sido comprobadas, además de en laboratorio, en equipos de clientes que enfrentaban determinados problemas y a temperaturas de funcionamiento de 1.500 °F (816 °C) o superiores.

Calentadores de tipo C-LD, C-HD y C-DE

Densidad de vatios media

Calentador de cartucho de tipo C de gran diámetro: Para aplicaciones de media y baja densidad de vatios. El aislamiento refractario de gran compactibilidad proporciona una excelente transferencia de calor a la vaina de acero inoxidable de paredes gruesas. De este modo, el alambre de resistencia trabaja a temperaturas más bajas que las unidades de la competencia con aislamiento de relleno y, por consiguiente, se alarga su vida útil. Su estructura resistente también proporciona una elevada rigidez dieléctrica, así como resistencia a los impactos y las vibraciones, necesaria en numerosas aplicaciones industriales.

Calentador eléctrico de varilla de tipo CBH: Se utiliza para ajustar pernos o varillas con llave a fin de lograr un ajuste por contracción.

Calentador de cuartos pequeños de tipo SCB: La base de rosca Edison se instala en el portalámparas estándar de porcelana para calentar espacios muy reducidos.

Guía para la selección de calentadores de cartucho

Modelo Aplicaciones Temp. máx. funcionamiento (°F) Vatios Dimensiones (in) Longitud Diám. Material vaina Temp. vaina (°F) Tipo terminal Vida útil Página
CIR Moldes, troqueles, platinas, placas calefactoras, cierres 1.400 75-5.000 1-1/4 - 48 1/4-3/4 INCOLOY® 1.500 Terminales estampados Superior A-102
SST QST Moldes, troqueles, platinas y prensas 1.400 Variable 5-120 3/8-1 INCOLOY® 1.600 Terminales flexibles Estándar A-111
C-LD, C-HD, C-DE Troqueles de extrusión de aluminio, calentadores de contenedores 600 450-1.750 8-25 15/16-1-19/64 Acero inoxidable y latón 750 Perno Estándar A-107
A-108
MZ Moldeo de metales mediante prensas calefactoras, control de zonas 1800 Variable 18-180 0,495, 0,685, 0,935 INCONEL® 600 2000 Tapón Estándar A-109
CBH1 Ajuste por contracción 1.200 1.150-11.500 18-60 0,553-1,106 Acero 1.600 Caja octogonal estándar con asa Estándar A-115
SCB Calefacción de cuartos de gabinetes de control y armarios 600 50-200 4-3/4 1-3/8 Latón 1.000 Base de rosca Edison (portalámparas de bombilla) Estándar A-113
HTRC Recubrimiento de transferencia y desprendimiento de calor A-101
Nota: sin reconocimiento de UL ni certificación de CSA.

Recomendaciones para la instalación y aplicación de los calentadores de cartucho

Aplicaciones

Aplicaciones sometidas a alta densidad de vatios: los calentadores de cartucho de tipo CIR se diseñan y fabrican para que su rendimiento con respecto a la densidad de vatios sea el mejor del mercado. A fin de prolongar su vida útil al máximo en situaciones con las densidades de vatios más altas permitidas por la curva G-235, incluida en Directrices para las aplicaciones, preste especial atención a los detalles de la aplicación.

  • A. Para obtener un ajuste más ceñido y una mejor transferencia de calor, los orificios deben ser perforados y escariados, no solo perforados hasta obtener el diámetro final con una broca convencional.
  • B. El sensor de control de temperatura debe colocarse entre la superficie de trabajo de la parte y los calentadores. Para seleccionar la densidad de vatios máxima permitida en el gráfico, se utiliza la temperatura de la parte a una distancia aproximada de 1/2 in de los calentadores.
  • C. El control de la energía es un aspecto importante que se debe tener en cuenta en las aplicaciones de alta densidad de vatios. Con frecuencia, se utiliza un control de encendido/apagado, pero puede provocar grandes oscilaciones en la temperatura del calentador y las partes en funcionamiento. Los controles de energía de SCR permiten prolongar la vida útil de los calentadores de alta densidad de vatios, ya que suprimen con eficacia el ciclo de encendido/apagado.

Aplicaciones con densidad de vatios media: la curva G-235, en Directrices para las aplicaciones, muestra la densidad de vatios máxima permitida para diversos ajustes y temperaturas de funcionamiento. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones no requieren un valor de W/in2 máximo. Utilice una densidad de vatios únicamente tan alta como sea necesario. Aproveche el margen de seguridad provisto al emplear valores nominales inferiores a los máximos permitidos. Seleccione los calentadores y dispóngalos de manera que se obtenga un patrón de calefacción uniforme y no a fin de conseguir el vataje más alto posible por calentador.

En el caso que la densidad de vatios sea media, las brocas convencionales suelen ser adecuadas para practicar los orificios. Normalmente, se obtienen orificios de 0,003 a 0,008 in con respecto al tamaño normal de la broca, por lo que los encajes resultantes son de 0,01 a 0,015 in. Claro está que, desde el punto de vista de la transferencia de calor, se busca un ajuste lo más ceñido posible, pero los ajustes ligeramente holgados facilitan la instalación y extracción de los calentadores de cartuchos, en especial los largos. Se recomienda horadar la parte totalmente para que la extracción del calentador resulte más sencilla. Después de la perforación, es necesario limpiar.

Funcionamiento en vacío: Cuando los calentadores trabajan en un bloque sometido a vacío, debe oxidarse previamente el interior de los orificios para mejorar la emisividad. Normalmente, es necesario reducir sustancialmente la densidad de vatios máxima permitida cuando se trata de funcionamiento en vacío. Si es posible, la instalación debe diseñarse de manera que el extremo del terminal del calentador permanezca fuera del vacío. Cuando el extremo del terminal se encuentre en el vacío, se recomienda que la tensión sea de 120 voltios o menos. En calentadores sin sellar, es posible que se tenga que desgasificar.

Funcionamiento en ranurado recto: Los calentadores de cartucho redondo de tipo CIR se puede instalar en ranuras rectas o en V, en caso de que se estime conveniente. El interior de la ranura debe tratarse para incrementar su emisividad (mediante oxidación o anodizado). Se puede estimar una densidad de vatios permitida de W/in2 al emplear la línea de ajuste de 0,05 in del gráfico, siempre y cuando la ranura recta sea aproximadamente del mismo ancho que el diámetro nominal del calentador.

Funcionamiento a 480 V: Los calentadores de cartucho de tipo CIR de Chromalox con diámetros de 5/8 in y superiores pueden someterse a ambientes de trabajo de 480 voltios. Una posibilidad consiste en utilizar dos calentadores de 240 voltios, en existencias, y conectarlos en serie para obtener 480 voltios. Otra opción es solicitar un calentador de cartucho con un valor nominal específico de 480 voltios. Su oficina local de ventas de Chromalox le dará recomendaciones.

Dado que en el interior del calentador se produce una mayor tensión, se debe utilizar la densidad de vatios más baja permitida en aplicaciones de 480 voltios, ya sea en casos en los que se utilizan dos calentadores de 240 voltios conectados en serie o unidades con un valor nominal específico de 480 voltios. Para determinar la densidad de vatios máxima permitida con 480 voltios, ingrese en la curva G-235 una temperatura de funcionamiento de 200 °F (93,3 °C) más que la temperatura real. Se recomienda utilizar una temperatura máxima de funcionamiento de 1.000 °F (538 °C).

Recomendaciones para la comprobación de los calentadores de cartucho

Recomendaciones para la comprobación: se aconseja realizar comprobaciones que simulen las condiciones de funcionamiento en casos en los que los fabricantes de equipos diseñen productos nuevos. Los calentadores de cartucho del tamaño físico que corresponda funcionan con un transformador variable hasta que la emisión de calor alcanza el nivel apropiado. Entonces, se podrá medir la tensión y la corriente para calcular el vataje nominal necesario. A continuación, se solicitan los calentadores con el vataje nominal correcto para el producto diseñado.

Recomendaciones para la instalación de los calentadores de cartucho

  1. Si se trata de maquinaria en movimiento, sujete los terminales con firmeza. Debe procurarse que el movimiento sea el mínimo posible cerca del lugar en el que los terminales emergen del calentador. Al crear un bucle con el cable conductor, normalmente se prolonga su vida útil. Si las condiciones de la aplicación producen la flexión constante de los terminales, inserte los terminales del calentador de cartucho en un bloque de terminales que se desplace con el conjunto calefactado. La flexión se produce así en los terminales de extensión, cuyo reemplazo resulta económico.
  2. En equipos con vibraciones rápidas, utilice el bloque de terminales descrito anteriormente. Los terminales que van desde el calentador hasta el bloque deben ser cortos y contar con una buena sujeción a fin de evitar su desplazamiento debido a la vibración.
  3. Proteja los terminales de rociados, aceites y abrasiones. Si en los calentadores de cartucho sin sellar penetran líquidos o vapores contaminantes, se puede averiar el aislamiento.
  4. Evite aplicar cintas adhesivas en la parte de los terminales que emerge del calentador. El material adhesivo podría ingresar al calentador y transformarse en carbón, que es un conductor eléctrico. Si no es posible evitar el uso de cinta de fibra de vidrio, se recomienda utilizar una con adhesivo a base de silicona.
  5. Diseñe la instalación de forma que los terminales se encuentren a temperatura ambiente que no supere los valores nominales indicados en su aislamiento (842 °F [450 °C] para terminales estándar). Cuando la temperatura así lo exija, utilice cables de níquel o de cobre niquelado con aislamiento de fluoropolímero, Fiberglas® impregnado de silicona o Rockbestos® para ampliar los terminales.
  6. En general, se desaconseja el uso de grafito y otros lubricantes para facilitar la inserción del calentador de cartucho en el orificio, dado que son conductores eléctricos y pueden transferirse a los extremos de los terminales del calentador a menos que se preste el máximo cuidado. Utilice el recubrimiento de transferencia y desprendimiento de calor de Chromalox.
  7. A mayor temperatura de funcionamiento, mayor debe ser el aislamiento térmico de las partes calefactadas para conservar el calor. El aislamiento térmico permite reducir el vataje necesario y, por consiguiente, disminuye la densidad de vatios empleada en los calentadores. También se obtienen otros beneficios, como una temperatura de funcionamiento más uniforme y mayor seguridad y confort para el operador.
  8. Los terminales no deben penetrar en el orificio que contenga el calentador de cartucho. Normalmente, el extremo del terminal de la vaina del calentador debe encontrarse al mismo nivel que la superficie del orificio o 1/16 in más largo.

Modificaciones y opciones de los calentadores de cartucho

Los calentadores de cartucho pueden personalizarse fácilmente para adaptarse a las particularidades de aplicaciones especiales. Solo tiene que elegir, de las diversas opciones y características estándar que ofrecemos, aquellas que se adapten mejor a las necesidades de su calentador. Si pretende personalizar el diseño o consultar opciones alternativas, comuníquese con su representante de ventas de Chromalox para conocer los plazos de entrega de los productos deseados.

  • Tipos de cables de terminal
  • Opciones de sellado de extremos
  • Opciones de terminales
  • Opciones de montaje
  • Termopar incorporado

Tipos de cables de terminal

Descripción Voltios Temperatura de funcionamiento (°F) (°C)
Aislamiento de mica Fiberglas® 300 V estándar 600 V 842 450
Fluoropolímero 300 V 600 V 392 200

Opciones de sellado

Tipo Descripción/Aplicación
Epoxi Sello de epoxi disponible para los terminales anteriores al anular el extremo de la vaina y rellenar con epoxi para crear una barrera frente a la humedad.
Fluoropolímero Sello estampado que proporciona resistencia adicional frente a la humedad.
RTV Para aplicaciones en las que es necesario contar con una barrera frente a la humedad.
Hermético Sello de cerámica-metal idóneo para elementos con temperaturas de hasta 1.000 °F (538 °C). Indique la longitud del fragmento de calentador que sobresale del sello. La porción metálica del sello se superpone 3/16 in a la vaina del calentador.
MR SEOT2 Cumple con los requisitos del archivo SEOT2.SA 12768 de UL

Temperatura límite de los sellos de extremos

Descripción Temperatura de funcionamiento (°F) (°C)
Cemento estándar de secado al aire 1000 538
Sello de epoxi 194 90
Sello de fluoropolímero 392 200
Sello de RTV 284
392
140
200
Sello hermético 1.000 538
MR SEOT2 374 190

Opciones de sellado de extremos

Sello hermético
Sello de cerámica-metal idóneo para elementos con temperaturas de hasta 1.000 °F (538 °C). Indique la longitud del fragmento de calentador que sobresale del sello. La porción metálica del sello se superpone a la vaina del calentador. Para situaciones de lavado.
Sello hermético

Opciones de terminales

Terminales flexibles de ángulo recto
Terminales flexibles de ángulo recto

Amortiguador de deformaciones
Ofrece apoyo a los terminales para reducir su curvado, ondulación y rotura.
Amortiguador de deformaciones

Conducto de acero inoxidable flexible
Proporciona protección a los cables de los terminales frente a la abrasión y los cantos afilados, además de facilitar su manipulación en entornos rigurosos. Disponible en ángulo recto y totalmente recto.
Conducto de acero inoxidable flexible

Resorte protector
Disponible en ángulo recto y totalmente recto, este resorte ofrece una protección sólida y, a la vez, flexible a los cables de los terminales, al evitar que se curven, desgasten o doblen.
Resorte protector

Trenza metálica
La trenza metálica de acero inoxidable protege los cables de los terminales de la abrasión y los cantos afilados, al tiempo que ofrece flexibilidad y facilita la instalación. La trenza metálica está disponible en ángulo recto y totalmente recta.
Trenza metálica

Cordones cerámicos
Ofrecen aislamiento a los cables de los terminales frente a temperaturas ambientales elevadas de hasta 1.200 °F (649 °C). Al realizar el pedido, indique la longitud de las cuentas cerámicas y la longitud adicional de los terminales.
Cuentas cerámicas

Terminales de sujeción roscada
Los terminales de sujeción permiten conectar barras colectoras o conectores en anillo u horquilla de forma firme y segura. Disponible solo en calentadores con 5/8 y 3/4 in de diámetro.
Terminales de sujeción roscada

Opciones de montaje

Accesorios rosados
Los accesorios roscados facilitan la instalación del calentador en un orificio roscado en aplicaciones de inmersión. Disponibles con roscado sencillo o doble. Los accesorios se superponen 1/4 in a la vaina del calentador. Indique "de latón".
Accesorios roscados

Tamaños de los accesorios roscados
Diám. nominal calentador (in) Tamaño NPT (in) Tamaño hexagonal (in)
1/4 1/8-27 7/16
3/8 1/4-18 9/16
1/2 3/8-18 11/16
5/8 1/2-14 7/8
3/4 3/4-14 1-1/16

Brida de montaje
Facilita el montaje y la disposición determinada.
Brida de montaje

Tirador de cable
Facilita la extracción del calentador.
Tirador de cable

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