¿Cómo funciona un calentador PTC?

La resistencia de los dispositivos de calentamiento PTC difiere significativamente del calentamiento resistivo tradicional. La resistencia cambia de forma inversamente proporcional a la temperatura del dispositivo pero de forma no lineal.

Un dispositivo resistivo en un circuito inhibe el flujo de corriente y crea calor pero en una cantidad fija. La resistencia del dispositivo no cambia. La corriente y la potencia del circuito se mantienen constantes según la ley de los ohmos.

E = IR, el voltaje es igual a la corriente X la resistencia 

Para los dispositivos electrónicos, esta ecuación es la base fundamental de todo diseño. 

Cómo calcular el flujo de corriente en un circuito

I = E/R, la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia

Corriente = A(amperios), E = V(voltaje), R = Omega(Ohms)

Este gráfico ayudará a los que no son ingenieros electrónicos o matemáticos a resolver cada variable.

Si el voltaje es de 24 voltios y la resistencia es de 200 ohmios, la corriente que fluye por el circuito será de 0,12 amperios. 

Disminuir la resistencia a 6 ohmios proporciona una cantidad muy diferente de corriente que fluye a través del circuito. E/R o 24 voltios/6 ohmios = 4 amperios

Si el circuito se corta y no tiene resistencia, la ecuación es 24 voltios / 0 ohmios = 24 amperios. La ecuación para un circuito eléctrico doméstico que se cortocircuita es 120 v / 0 ohmios = 120 amperios, que dispara un interruptor con una chispa o fuego acompañante.

La resistencia en un circuito produce energía térmica, lo que equivale a calor. El níquel, una aleación no magnética de níquel y cromo, es uno de los cables de resistencia más comunes. El material tiene una alta resistencia a la corriente y a la oxidación a altas temperaturas.

Otros materiales y aleaciones se utilizan para aplicaciones específicas para crear calor con algunos revestidos con materiales conductores de calor que protegen los elementos de la oxidación a altas temperaturas. Las longitudes típicas de cada tipo de alambre producen el calentamiento deseado.  

Se utilizan intercambiadores de calor de aire forzado o de convección natural para transferir el calor a la atmósfera, a los sólidos y a los líquidos. Este dispositivo de calefacción se ha utilizado durante mucho tiempo para la calefacción eléctrica en los hogares, el transporte y las aplicaciones industriales.  

La resistencia se elige en función de los requisitos de temperatura, voltaje y corriente. En la mayoría de las aplicaciones, se requieren sensores de temperatura y componentes limitadores de corriente para mantener la temperatura adecuada.

La corriente a través de tales resistencias de alambre es casi constante y no cambia con la temperatura, ni tampoco la resistencia del alambre.

La Ley de Ohm todavía se aplica al voltaje, la corriente y la resistencia en un circuito que contiene un El elemento calefactor del PTC pero el propio elemento cambia la resistencia en función de su temperatura.

La temperatura ambiente de las piedras cerámicas que componen un elemento calefactor PTC tiene un coeficiente de temperatura positivo (PTC). A medida que la temperatura aumenta, la resistencia del dispositivo aumenta.  

Esta característica no es lineal como en la ecuación de la Ley de Ohm. Es la escala logarítmica. La resistencia aumenta de forma logarítmica, aumentando rápidamente a medida que el dispositivo se acerca a su temperatura de consigna.

Obsérvese el rápido aumento de la resistencia a medida que aumenta la temperatura. Los dispositivos PTC están diseñados con una temperatura máxima específica. Este diseño hace que el circuito se autorregule en que la resistencia aumenta a medida que la temperatura alcanza la máxima y apaga la corriente en el circuito.

La ley de Ohm se parece más a esto, junto con el gráfico de temperatura y resistencia.

A 50°C, la resistencia en ohmios es de 10² o 100 ohmios. 

Corriente (I) = 24v/100 o 0.24 amperios

A 90°C, la resistencia es de aproximadamente 104 o 10.000 ohmios.

Corriente (I) = 24v/10.000 = 0.00024 amperios

A 90°C, el flujo de corriente se detiene debido a la alta resistencia.

Corriente máxima fija

Sin componentes adicionales de seguridad del circuito como fusibles y controladores de temperatura, un diseñador sabe la corriente máxima para un voltaje establecido a una temperatura determinada. Estas características simplifican el diseño del cableado y los requisitos de potencia.

Temperatura máxima fija

El elemento cerámico del PTC está construido para un rango de temperatura específico y una temperatura máxima. El dispositivo compensa automáticamente las temperaturas ambientales más bajas o más altas.  

A baja temperatura ambiente, la resistencia es menor y la corriente mayor calienta rápidamente un dispositivo PTC. Habrá más resistencia a la corriente con temperaturas más altas, limitando la velocidad de aumento de la temperatura.

La temperatura del dispositivo nunca superará la temperatura de consigna debido al flujo de corriente en el circuito, lo que disminuye la posibilidad de sobrecalentamiento y de daños en el circuito o incendio. Este factor de seguridad incorporado hace que los calentadores del elemento PTC sean muy fiables.

DBK USA tiene expertos esperando para responder a sus preguntas. Los especialistas en elementos calefactores y aplicaciones de PTC pueden ayudarle a seleccionar los componentes adecuados para su aplicación.

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