Iradiatoare si instalatii pentru incalzirea cu infrarosu a animalelor

În agricultură, lămpile cu incandescență de uz general, lămpile incandescente, emițătoarele cu tub și încălzitoarele electrice cu tub (TEN) sunt folosite ca surse de radiație infraroșie pentru încălzirea animalelor.

Lămpi cu incandescență.

Lămpile cu incandescență diferă în funcție de tensiune, putere și design. Designul lămpilor cu incandescență depinde de scopul lor. Becul de sticlă, al cărui diametru este determinat de puterea lămpii, este întărit cu un mastic special la bază. Pe bază există un filet pentru fixare în priză, cu care lampa este conectată la rețea. Tungstenul este folosit pentru a face filamentul lămpii. Pentru a reduce împrăștierea wolframului, lampa este umplută cu un gaz inert (de exemplu, argon, azot etc.).

Principalii parametri ai lămpii cu incandescență:

• Tensiune nominală,

• energie electrica,

• flux luminos,

• durata medie de ardere.

Lămpile cu incandescență de uz general sunt disponibile în 127 și 220 V.

Puterea electrică a lămpilor cu incandescență este specificată ca valoare medie pentru tensiunea nominală pentru care este proiectată lampa. În agricultură, se folosesc în principal lămpi cu incandescență cu o gamă de putere de la 40 la 1500 W.

Fluxul luminos al unei lămpi cu incandescență este direct proporțional cu puterea electrică a lămpii și cu temperatura filamentului; pentru lămpile care au ars 75% din durata de viață nominală, este permisă o scădere a fluxului luminos cu 15-20% din valoarea inițială.

Când folosiți lămpi de iluminat pentru a încălzi animalele, fiți conștienți de faptul că nivelurile ridicate de lumină pot irita animalele.

Timpul mediu de ardere al unei lămpi cu incandescență este determinat în principal de pulverizarea tungstenului. Pentru majoritatea lămpilor cu incandescență de uz general, durata medie de ardere este de 1000 de ore.

Modificările tensiunii de rețea în comparație cu valoarea nominală vor avea ca rezultat modificări ale fluxului emis de lampă, precum și ale ieșirii și duratei de viață. Când tensiunea se modifică cu ± 1%, fluxul luminos al lămpii se modifică cu ± 2,7%, iar timpul mediu de ardere cu ± 13%.

Lămpi incandescente cu un strat reflectorizant. Pentru a direcționa fluxul de radiații către o anumită zonă, lămpile sunt utilizate cu o oglindă și un strat reflectorizant difuz, care este aplicat din interior spre partea superioară a becului.

Lămpi cu emisie de căldură.

Aceste surse de radiație sunt emițători de „lumină” formați dintr-o bobină de tungsten și un reflector, care este suprafața interioară aluminizată a becului cu un profil special. Curba de distribuție a fluxului de radiație Ф (λ) de-a lungul spectrului pentru lămpi de tip IKZ este prezentată în fig. 1.

Orez. 1.Distribuția fluxului de radiație de-a lungul spectrului lămpilor IKZ 220-500 și IKZ 127-500.

Orez. 2. Distribuția fluxului de radiație de-a lungul spectrului lămpilor IKZK 220-250 și IKZK 127-250.

În fig. 2 prezintă curba de distribuție a fluxului de radiație de-a lungul spectrului lămpilor de tipurile IKZK 220-250 și IKZK 127-250.

În denumirea tipului de lămpi, literele înseamnă: IKZ — oglindă cu infraroșu, IKZK 220-250 — oglindă cu infraroșu cu un bec vopsit; cifrele de după litere indică tensiunea rețelei și puterea sursei de radiație. Lampa este un bec din sticlă paraboloid. O parte din suprafața lămpii este acoperită din interior cu un strat subțire de argint reflectorizant pentru a concentra fluxul radiant într-o direcție dată.

Un parametru foarte important al becurilor din sticlă, care afectează durata de viață a lămpilor, este rezistența lor la căldură, adică capacitatea de a rezista la schimbări bruște de temperatură. Pentru a crește rezistența la căldură prin modificarea compoziției încărcăturii în timpul topirii sticlei, este necesar să se reducă capacitatea sa de căldură și coeficientul de temperatură de dilatare liniară, precum și să se mărească conductivitatea termică.

În funcție de forma becului, lămpile au o distribuție diferită a fluxului de radiații: fie concentrate de-a lungul axei (cu un bec parabolic), fie lată, la un unghi solid de aproximativ 45 ° (cu un bec sferic). De remarcat avantajul utilizării lămpilor cu bec sferic în producția agricolă, aceste lămpi asigură o distribuție mai uniformă a radiațiilor în zona de încălzire.

Un corp de filament de wolfram este fixat în interiorul becului. Materialul filamentului din corpul filamentului se evaporă în vid, depunându-se pe suprafața interioară a becului și formând o acoperire neagră.Acest lucru duce la o scădere a fluxului de lumină ca urmare a absorbției sale mai intense de către sticlă.

Pentru a crește durata de viață a lămpii și a reduce rata de evaporare a corpului filamentului, balonul este umplut cu un amestec de gaze inerte (argon și azot).

Prezența gazului creează pierderi de căldură datorită conducției și convecției căldurii. În lămpile cu gaz, becul este încălzit nu numai prin radiația din filament, ci și prin convecție și conducție din gazul de umplere. Deci, încălzirea gazului într-o lampă de 500 W consumă 9% din energia furnizată.

În lămpile puternice cu un corp cu filament masiv, creșterea pierderii de căldură prin gaz este complet compensată de scăderea bruscă a dispersiei filamentului, astfel încât acestea sunt întotdeauna eliberate cu gaz.

Spre deosebire de lămpile cu vid, temperatura secțiunilor individuale ale baloanelor cu gaz inert depinde de poziția lor de funcționare. De exemplu, răsturnând balonul cu susul în jos, puteți reduce încălzirea joncțiunii metal-sticlă de la 383-403 la 323-343 K.

Fluxul de radiație depinde de temperatura corpului filamentului. O creștere a temperaturii accelerează evaporarea wolframului și crește proporția de lumină vizibilă în fluxul de radiație. Prin urmare, în lămpile de tip IKZ, unde radiația infraroșie este eficientă, temperatura de lucru a filamentului este redusă de la 2973 K (ca într-o lampă cu incandescență) la 2473 K cu o scădere a eficienței luminoase de 60%. Acest lucru permite conversia a până la 70% din energia electrică consumată în radiații infraroșii.

Scăderea temperaturii filamentului a făcut posibilă creșterea duratei de viață a lămpilor cu infraroșu de la 1000 la 5000 de ore.Radiația corpului incandescent cu o lungime de undă mai mare de 3,5 microni (7-8% din fluxul total) este absorbită de sticla becului, motiv pentru care frecventele defecțiuni premature ale lămpilor din cauza creșterilor de temperatură.

Iradierea de la o lampă de tip IKZ la o distanță de 50-400 mm până la suprafața încălzită variază de la 2 la 0,2 W / cm2.

Diagrame ale radiației energetice create de o lampă cu oglindă cu infraroșu IKZ cu o putere de 250 W la o înălțime de suspensie: 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7 — 80 cm...

Pentru transferul de căldură prin radiație, se pot folosi lămpi obișnuite cu incandescență cu bobină de tungsten și bec în formă de bilă. Creșterea eficienței radiațiilor este asigurată de tensiunea de alimentare, a cărei valoare este cu 5-10% mai mică decât cea nominală; în plus, în dispozitiv trebuie instalate reflectoare din aluminiu lustruit.

Emițători de infraroșu cu tub.

Prin proiectare, sursele tubulare de radiație infraroșie sunt împărțite în două grupuri - cu corpuri de încălzire din aliaje rezistive metalice și wolfram. Primul este un tub de sticlă obișnuită sau refractară cu un diametru de 10–20 mm; În interiorul tubului, de-a lungul axei centrale, se află un corp cu un fir sub formă de spirală, la capetele căruia se aplică o tensiune de alimentare. Astfel de emițători nu sunt utilizați pe scară largă. Ele sunt de obicei folosite pentru încălzirea spațiilor.

Emițătoarele cu filament de wolfram sunt similare ca design cu lămpile cu tub incandescent. Corpul de încălzire sub formă de spirală de wolfram este situat de-a lungul axei tubului și este fixat pe suporturi din molibden lipite pe o tijă de sticlă. Un radiator tub poate fi realizat cu un reflector extern sau interior format prin evaporarea argintului sau aluminiului în vid. În fig.3 prezintă construcția unui astfel de emițător IR.

Distribuția spectrală a radiației de la emițătorii cu tub este apropiată de cea a emițătorilor cu tub; temperatura de încălzire este de 2100-2450 K.

Orez. 3. Construcția unei surse IR tubulare convenționale. 1 — bază; 2 — tijă; 3 — arc care susține tija; 4 — suporturi pentru molibden; 5 — tijă de sticlă; 6 — electrozi; 7 — fir de wolfram; 8 — tub de sticlă.

Radiatoarele tubulare de putere redusă (100 W) pot fi utilizate pe scară largă în agricultură pentru încălzirea animalelor tinere și a păsărilor de curte. Așa că în Franța sunt folosite pentru a încălzi puii de curte în cuști. Radiatoarele sunt instalate direct pe tavanul cuștii, la o înălțime de 45 cm și asigură o încălzire uniformă pentru 40 de găini.

Lămpile cu tub pot fi folosite cu succes în realizarea de instalații combinate de iradiere și iluminare pentru animalele tinere de fermă și păsările de curte, mai ales dacă avem în vedere că lămpile UV și lămpile pentru iluminarea eritemului au și un design tubular.

Emițători IR de cuarț.

Emițătorii IR de cuarț sunt similari cu cei descriși mai sus, cu excepția faptului că se folosește un tub de sticlă de cuarț. Aici ne vom limita la a lua în considerare emițătoarele IR din cuarț cu elemente de încălzire din wolfram.

Orez. 4. Dispozitiv pentru lampă infraroșu cu filament tip KI 220-1000.

Figura 4 prezintă dispozitivul unui emițător cu tub de cuarț - o lampă de tip KI (KG). Balonul cilindric 1 cu diametrul de 10 mm este realizat din sticla de cuart, care are transmisie maxima in regiunea spectrala IR. Într-un balon se pun 1-2 mg de iod și se umplu cu argon. Corpul de lumină 2, realizat sub formă de monobobină, este montat de-a lungul axei tubului pe suporturile de wolfram 3.

Introducerea lămpii se realizează folosind electrozi de molibden lipiți în picioare de cuarț 4. Capetele spiralei filamentului sunt înșurubate pe partea interioară a manșoanelor 5. Bazele cilindrice 6 sunt realizate dintr-o bandă de nichel cu o cusătură în care firele exterioare din molibden sunt sudate 7. Temperatura bazelor emițătorilor de cuarț nu trebuie să depășească 573 K. În acest sens, este obligatoriu ca radiatoarele să fie răcite în timpul funcționării în instalațiile de iradiere.

În combinație cu un reflector de oglindă sub formă de cilindru eliptic, lămpile de cuarț creează o iradiere foarte mare. Dacă lămpile cu oglindă furnizează radiații de până la 2-3 W / cm2, atunci radiația de până la 100 W / cm2 poate fi obținută dintr-o lampă de cuarț cu reflector.

Emițătoarele de cuarț cu elemente de încălzire din wolfram sunt produse de companii precum Osram, Philips, General Electric etc. W pentru tensiune 110/130 și 220/250 V. Durata de viață a acestor lămpi este de 5000 de ore.

Distribuția energiei de radiație a lămpii KI-220-1000 pe spectru este prezentată în fig. 5. Compoziția spectrală a radiației generate de lămpile cu cuarț se caracterizează prin faptul că există un al doilea maxim în zona lungimii de undă mai mari de 2,5 microni, cauzat de radiația provenită dintr-un tub încălzit. Adăugarea de iod la bec va reduce pulverizarea tungstenului și, astfel, va crește durata de viață a lămpii. În lămpile cu cuarț cu infraroșu, creșterea tensiunii peste valoarea nominală nu duce la o scădere bruscă a duratei de viață, motiv pentru care este posibilă ajustarea fără probleme a fluxului de radiație prin modificarea tensiunii aplicate.

Orez. 5. Distribuția spectrului de energie de radiație al unei lămpi de tip KI 220-1000 la diferite tensiuni ale lămpii.

Lămpile de cuarț cu infraroșu cu ciclu de iod au următoarele avantaje:

• densitate mare de radiație specifică;

• stabilitatea fluxului de radiaţii pe durata de exploatare. Fluxul de radiații la sfârșitul vieții este de 98% din inițial;

• dimensiuni reduse;

• capacitatea de a rezista la suprasolicitari mari si pe termen lung;

• capacitatea de a regla fără probleme debitul de radiație într-o gamă largă prin schimbarea tensiunii de alimentare.

Principalele dezavantaje ale acestor lămpi:

• la temperaturi de manşon peste 623 K, cuarţul este distrus prin dilatarea termică;

• Lămpile pot fi acționate numai în poziție orizontală, altfel corpul incandescent se poate deforma sub propria greutate și ciclul iodului ca urmare a concentrației de iod în partea inferioară a tubului va fi perturbat.

Lămpile cu infraroșu cu un ciclu de iod sunt folosite pentru uscarea vopselelor și lacurilor pe diverse locuri agricole; pentru încălzirea animalelor de fermă (viței, purcei etc.).

Iradiatoare cu lămpi cu infraroșu.

Pentru a proteja lămpile cu infraroșu de daune mecanice și picături de apă, precum și pentru a redistribui fluxul de radiații în spațiu, se folosesc fitinguri speciale. Sursa de radiație împreună cu dispozitivul de fixare se numește sursă de alimentare.

Iradiatoarele cu diverse lămpi cu infraroșu sunt utilizate pe scară largă în creșterea animalelor pentru încălzirea locală a animalelor tinere de fermă și a păsărilor de curte.