Irradiatori e impianti per il riscaldamento a raggi infrarossi degli animali

In agricoltura, lampade a incandescenza per uso generico, lampade a incandescenza, tubi emettitori e riscaldatori elettrici a tubo (TEN) vengono utilizzati come fonti di radiazione infrarossa per il riscaldamento degli animali.

Lampade a incandescenza.

Le lampade a incandescenza differiscono per voltaggio, potenza e design. Il design delle lampade a incandescenza dipende dal loro scopo. Il bulbo di vetro, il cui diametro è determinato dalla potenza della lampada, è rinforzato alla base con uno speciale mastice. Sulla base è presente una filettatura per il fissaggio nella presa, con la quale la lampada è collegata alla rete. Il tungsteno viene utilizzato per realizzare il filamento della lampada. Per ridurre la dispersione del tungsteno, la lampada viene riempita con un gas inerte (es. argon, azoto, ecc.).

I parametri principali della lampada ad incandescenza:

• Voltaggio nominale,

• energia elettrica,

• flusso luminoso,

• durata media dell'ustione.

Le lampade a incandescenza per uso generico sono disponibili a 127 e 220 V.

La potenza elettrica delle lampade a incandescenza è specificata come valore medio per la tensione nominale per la quale la lampada è progettata. In agricoltura vengono utilizzate principalmente lampade a incandescenza con una gamma di potenza da 40 a 1500 W.

Il flusso luminoso di una lampada ad incandescenza è direttamente proporzionale alla potenza elettrica della lampada e alla temperatura del filamento; per le lampade che hanno esaurito il 75% della loro vita utile nominale, è consentita una diminuzione del flusso luminoso del 15-20% del valore iniziale.

Quando si utilizzano lampade di illuminazione per riscaldare gli animali, tenere presente che alti livelli di luce possono irritare gli animali.

Il tempo medio di combustione di una lampada a incandescenza è determinato principalmente dallo sputtering del tungsteno. Per la maggior parte delle lampade a incandescenza per uso generico, il tempo di combustione medio è di 1000 ore.

Variazioni della tensione di rete rispetto al valore nominale comportano variazioni del flusso emesso dalla lampada, nonché della resa e della durata. Quando la tensione cambia di ± 1%, il flusso luminoso della lampada cambia di ± 2,7% e il tempo medio di combustione di ± 13%.

Lampade a incandescenza con uno strato riflettente. Per dirigere il flusso di radiazione verso una determinata area, vengono utilizzate lampade con uno specchio e uno strato riflettente diffuso, che viene applicato dall'interno alla parte superiore del bulbo.

Lampade che emettono calore.

Queste sorgenti di radiazione sono emettitori "luminosi" costituiti da una mono-bobina in tungsteno e da un riflettore, che è la superficie interna alluminata del bulbo con un profilo speciale. La curva di distribuzione del flusso di radiazione Ф (λ) lungo lo spettro per lampade del tipo IKZ è mostrata in fig. 1.

Riso. 1.Distribuzione del flusso di radiazione lungo lo spettro delle lampade IKZ 220-500 e IKZ 127-500.

Riso. 2. Distribuzione del flusso di radiazione lungo lo spettro delle lampade IKZK 220-250 e IKZK 127-250.

Nella fig. 2 mostra la curva di distribuzione del flusso di radiazione lungo lo spettro delle lampade dei tipi IKZK 220-250 e IKZK 127-250.

Nella designazione del tipo di lampade, le lettere significano: IKZ - specchio a infrarossi, IKZK 220-250 - specchio a infrarossi con lampadina verniciata; i numeri dopo le lettere indicano la tensione di rete e la potenza della sorgente di radiazione. La lampada è un bulbo di vetro paraboloide. Parte della superficie della lampada è ricoperta dall'interno da un sottile strato d'argento riflettente per concentrare il flusso radiante in una determinata direzione.

Un parametro molto importante dei bulbi di vetro, che influisce sulla vita delle lampade, è la loro resistenza al calore, cioè la capacità di sopportare sbalzi di temperatura improvvisi. Per aumentare la resistenza al calore modificando la composizione della carica durante la fusione del vetro, è necessario ridurne la capacità termica e il coefficiente di temperatura dell'espansione lineare, nonché aumentare la conducibilità termica.

A seconda della forma del bulbo, le lampade hanno una diversa distribuzione del flusso di radiazione: o concentrata lungo l'asse (con bulbo parabolico) o ampia, ad angolo solido di circa 45° (con bulbo sferico). Va notato il vantaggio di utilizzare lampade con bulbo sferico nella produzione agricola, queste lampade forniscono una distribuzione più uniforme della radiazione nella zona di riscaldamento.

Un corpo di filamento di tungsteno è fissato all'interno del bulbo. Il materiale del filamento del corpo del filamento evapora nel vuoto, depositandosi sulla superficie interna del bulbo e formando un rivestimento nero.Ciò porta a una diminuzione del flusso luminoso a causa del suo assorbimento più intenso da parte del vetro.

Per aumentare la durata della lampada e ridurre la velocità di evaporazione del corpo del filamento, il pallone viene riempito con una miscela di gas inerti (argon e azoto).

La presenza di gas crea dispersioni termiche per conduzione e convezione termica. Nelle lampade a gas, il bulbo viene riscaldato non solo per irraggiamento del filamento, ma anche per convezione e conduzione del gas di riempimento. Quindi, riscaldare il gas in una lampada da 500 W consuma il 9% dell'energia fornita.

Nelle lampade potenti con un corpo a filamento massiccio, l'aumento della perdita di calore attraverso il gas è completamente compensato dalla forte diminuzione della dispersione del filamento, quindi vengono sempre rilasciati con il gas.

A differenza delle lampade a vuoto, la temperatura delle singole sezioni dei palloni di gas inerte dipende dalla loro posizione operativa. Ad esempio, capovolgendo il pallone, è possibile ridurre il riscaldamento della giunzione metallo-vetro da 383-403 a 323-343 K.

Il flusso di radiazione dipende dalla temperatura corporea del filamento. Un aumento della temperatura accelera l'evaporazione del tungsteno e aumenta la percentuale di luce visibile nel flusso di radiazione. Pertanto, nelle lampade del tipo IKZ, dove la radiazione infrarossa è efficace, la temperatura di lavoro del filamento si riduce da 2973 K (come in una lampada ad incandescenza) a 2473 K con una diminuzione dell'efficienza luminosa del 60%. Ciò consente di convertire fino al 70% dell'elettricità consumata in radiazione infrarossa.

L'abbassamento della temperatura del filamento ha permesso di aumentare la durata delle lampade a infrarossi da 1000 a 5000 ore.La radiazione del corpo incandescente con una lunghezza d'onda superiore a 3,5 micron (7-8% del flusso totale) viene assorbita dal vetro del bulbo, motivo dei frequenti guasti prematuri delle lampade dovuti a sbalzi di temperatura.

L'irradiazione da una lampada di tipo IKZ a una distanza di 50-400 mm dalla superficie riscaldata varia da 2 a 0,2 W / cm2.

Diagrammi della radiazione energetica creata da una lampada a specchio a infrarossi IKZ con una potenza di 250 W ad un'altezza di sospensione: 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7 — 80 cm...

Per il trasferimento di calore per irraggiamento si possono utilizzare normali lampade ad incandescenza con bobina di tungsteno e bulbo sferico. L'aumento dell'efficienza di radiazione è fornito dalla tensione di alimentazione, il cui valore è inferiore del 5-10% rispetto a quello nominale; inoltre, nel dispositivo devono essere installati riflettori in alluminio lucidato.

Emettitori infrarossi a tubo.

In base alla progettazione, le sorgenti a tubo di radiazione infrarossa sono divise in due gruppi: con corpi riscaldanti realizzati in leghe metalliche resistive e tungsteno. Il primo è un tubo di vetro ordinario o refrattario con un diametro di 10-20 mm; All'interno del tubo, lungo l'asse centrale, è presente un corpo con un filo a forma di spirale, alle cui estremità è applicata una tensione di alimentazione. Tali emettitori non sono ampiamente utilizzati. Di solito sono usati per il riscaldamento degli ambienti.

Gli emettitori di filamenti di tungsteno sono simili nel design alle lampade a tubo a incandescenza. Il corpo riscaldante a forma di spirale di tungsteno è posizionato lungo l'asse del tubo ed è fissato su supporti in molibdeno saldati a una bacchetta di vetro. Un radiatore tubolare può essere realizzato con un riflettore esterno o interno formato evaporando argento o alluminio sotto vuoto. Nella fig.3 mostra la costruzione di un tale emettitore IR.

La distribuzione spettrale della radiazione dei tubi emettitori è vicina a quella dei tubi emettitori; la temperatura di riscaldamento è di 2100-2450 K.

Riso. 3. Costruzione di una sorgente IR a tubo convenzionale. 1 — basamento; 2 — asta; 3 - molla che sostiene l'asta; 4 — titolari per molibdeno; 5 - bacchetta di vetro; 6 — elettrodi; 7 - filo di tungsteno; 8 — tubo di vetro.

I radiatori tubolari di bassa potenza (100 W) trovano largo impiego in agricoltura per il riscaldamento di animali giovani e pollame. Quindi in Francia vengono utilizzati per riscaldare il pollame giovane nelle gabbie. I radiatori sono installati direttamente sul soffitto della gabbia, ad un'altezza di 45 cm e forniscono un riscaldamento uniforme per 40 polli.

Le lampade a tubo possono essere utilizzate con successo nella realizzazione di impianti combinati di irraggiamento e illuminazione per giovani animali da allevamento e pollame, soprattutto se si considera che anche le lampade UV e le lampade per l'illuminazione degli eritemi hanno un design tubolare.

Emettitori IR al quarzo.

Gli emettitori IR al quarzo sono simili a quelli sopra descritti, tranne per il fatto che viene utilizzato un tubo di vetro al quarzo. Qui ci limiteremo a considerare gli emettitori IR al quarzo con elementi riscaldanti in tungsteno.

Riso. 4. Dispositivo per lampada ad infrarossi con filamento tipo KI 220-1000.

La Figura 4 mostra il dispositivo di un emettitore a tubo di quarzo - una lampada del tipo KI (KG). Il pallone cilindrico 1 con un diametro di 10 mm è realizzato in vetro di quarzo, che ha la massima trasmissione nella regione spettrale IR. 1-2 mg di iodio vengono posti in un pallone e riempiti con argon. Il corpo luminoso 2, realizzato in forma di monobobina, è montato lungo l'asse del tubo su supporti in tungsteno 3.

L'ingresso alla lampada viene effettuato utilizzando elettrodi di molibdeno saldati nelle gambe di quarzo 4. Le estremità della spirale del filamento sono avvitate alla parte interna dei manicotti 5. Le basi cilindriche 6 sono costituite da una striscia di nichel con una cucitura in cui il i fili esterni di molibdeno sono saldati 7. La temperatura delle basi degli emettitori di quarzo non deve superare i 573 K. A questo proposito, è obbligatorio che i radiatori siano raffreddati durante il funzionamento in impianti irradianti.

In combinazione con un riflettore a specchio a forma di cilindro ellittico, le lampade al quarzo creano un irraggiamento molto elevato. Se le lampade a specchio forniscono radiazioni fino a 2-3 W / cm2, è possibile ottenere radiazioni fino a 100 W / cm2 da una lampada al quarzo con riflettore.

Gli emettitori al quarzo con elementi riscaldanti in tungsteno sono prodotti da aziende come Osram, Philips, General Electric, ecc. W per tensione 110/130 e 220/250 V. La durata di queste lampade è di 5000 ore.

La distribuzione dell'energia di radiazione della lampada KI-220-1000 sullo spettro è mostrata in fig. 5. La composizione spettrale della radiazione generata dalle lampade al quarzo è caratterizzata dal fatto che esiste un secondo massimo nella regione delle lunghezze d'onda superiori a 2,5 micron, causato dalla radiazione di un tubo riscaldato. L'aggiunta di iodio al bulbo ridurrà lo sputtering del tungsteno e quindi aumenterà la durata della lampada. Nelle lampade al quarzo a infrarossi, l'aumento della tensione al di sopra del valore nominale non comporta una netta riduzione della durata, motivo per cui è possibile regolare uniformemente il flusso di radiazione modificando la tensione applicata.

Riso. 5. Distribuzione dello spettro energetico della radiazione di una lampada di tipo KI 220-1000 a diverse tensioni di lampada.

Le lampade al quarzo a infrarossi a ciclo di iodio presentano i seguenti vantaggi:

• elevata densità di radiazione specifica;

• stabilità del flusso di radiazione durante la vita operativa. Il flusso di radiazione a fine vita è il 98% di quello iniziale;

• piccole dimensioni;

• capacità di resistere a sovraccarichi di lunga durata e di grandi dimensioni;

• la capacità di regolare uniformemente il flusso di radiazione in un'ampia gamma modificando la tensione fornita.

I principali svantaggi di queste lampade:

• a temperature del manicotto superiori a 623 K, il quarzo viene distrutto dall'espansione termica;

• Le lampade possono funzionare solo in posizione orizzontale, altrimenti il ​​corpo incandescente potrebbe deformarsi sotto il proprio peso e il ciclo dello iodio a causa della concentrazione di iodio nella parte inferiore del tubo sarà disturbato.

Le lampade a infrarossi con ciclo allo iodio vengono utilizzate per l'essiccazione di pitture e vernici in vari siti agricoli; per il riscaldamento degli animali da allevamento (vitelli, maialini, ecc.).

Irradiatori con lampade a infrarossi.

Per proteggere le lampade a infrarossi da danni meccanici e gocce d'acqua, nonché per ridistribuire il flusso di radiazioni nello spazio, vengono utilizzati raccordi speciali. La fonte di radiazione insieme all'apparecchio è chiamata alimentatore.

Gli irradiatori con varie lampade a infrarossi sono ampiamente utilizzati nell'allevamento di animali per il riscaldamento locale di giovani animali da allevamento e pollame.