O que é o Aquecimento PTC Suplementar?

Os elementos de aquecimento eléctricos PTC são amplamente utilizados para aquecimento suplementar devido à sua simplicidade, fiabilidade, durabilidade, e segurança. O PTC, coeficiente positivo de temperatura, características tornam os pequenos elementos cerâmicos ideais para aquecimento suplementar numa grande variedade de aplicações.  

Os elementos de aquecimento PTC ganharam recentemente ainda mais popularidade com o rápido desenvolvimento dos veículos eléctricos.  Ambos convencionais e veículos eléctricos utilizam elementos de aquecimento PTC para o aquecimento suplementar.

Os veículos eléctricos encontraram o aquecimento por PTC como a solução.

O suporte para aquecimento auxiliar em automóveis, veículos de construção, comboios, e casas sempre foi a resistência eléctrica ao aquecimento. O típico excesso de calor do motor é demasiado tempo para aquecer a cabina e os componentes de funcionamento.

Os veículos que utilizam elementos de aquecimento resistivos de fio permitiram um aquecimento mais rápido pelo fluxo de corrente através dos elementos de aquecimento resistivos em linha com as condutas de aquecimento. Este método resolveu os problemas iniciais de aquecimento mas não foi muito eficiente, criou riscos de segurança devido à combustão, ocupou muito espaço e não foi tão durável como o necessário para os veículos todo-o-terreno.

Os VE utilizam bombas de calor para aquecimento e arrefecimento no compartimento dos passageiros, mas têm limitações para o aquecimento. A temperaturas inferiores a 40 graus F, a sua eficiência é drasticamente reduzida e requer um sistema de aquecimento suplementar. O aquecimento tradicional por resistência eléctrica ocupou espaço, acrescentou riscos de segurança, e não foi muito durável.

A resposta foi um sistema de aquecimento de estado sólido que ocupava pouco espaço, era muito durável, proporcionava isolamento de tensão e tinha características de aquecimento rápido. Esta solução foi adaptada aos elementos de aquecimento PTC para sistemas de aquecimento automóvel.

Leia mais sobre a utilização do aquecimento PTC para o gestão térmica do sistema de bateria. Go to Goo

A diferença entre o aquecimento por fio resistivo e o aquecimento por PTC.

Pense na sua lâmpada padrão em comparação com uma nova lâmpada LED que usamos nas nossas casas.  

A lâmpada tradicional utiliza um pequeno filamento de fio colocado no vácuo quando uma corrente eléctrica passa através do filamento e aquece produzindo calor e luz. O elemento fino precisa de estar num vácuo para evitar que se queime devido à combustão.

Uma lâmpada de LED tem um pequeno termistor electrónico de estado sólido que produz a luz e o calor quando a corrente passa através dela. O dispositivo de estado sólido semelhante a um elemento cerâmico de PTC não precisa de estar em vácuo porque não está a ocorrer nenhuma combustão.

Aquecimento resistivo do fio

O fio resistivo é suficientemente quente quando entra em contacto com algo combustível para poder atear um incêndio.

É por isso que o fio resistivo em torradeiras e outros aquecedores é encerrado por barreiras de isolamento ou de protecção para manter as mãos humanas ou os artigos combustíveis longe do contacto.  

O fio resistivo está a conduzir corrente a uma tensão e não isolado pode causar queimaduras, choques ou faíscas se entrar em contacto com metal ou dedos!

O aquecimento por fio resistivo, como se vê na sua torradeira de cozinha ou aquecedor de espaços, é composto por fio nu com uma resistência constante que aquece quando é aplicada corrente. Não se queimam quando expostos ao oxigénio, porque têm um diâmetro maior do que o filamento da lâmpada. 

O aquecimento resistivo segue a Lei de Ohm onde a actual I = Tensão V / Resistência R está em linha recta. Outra forma de o descrever é I = Constante x voltagem, onde a constante é a resistência.  

Na resistência de PTC a fórmula é I = uma variável em contínua mudança x voltagem porque a resistência está a mudar à medida que a temperatura aumenta.

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O aquecimento tradicional requer um controlador termostático para manter uma temperatura definida, e não sobreaquecer.

Aquecimento PTC

Os elementos de aquecimento cerâmicos PTC são semelhantes ao LED como um material sólido que tem resistência à electricidade. A energia do LED é libertada à medida que a corrente flui através do dispositivo, criando luz em vez de calor.

A grande diferença entre o aquecimento por fio resistivo e o aquecimento por PTC é a resistência às mudanças de corrente com a temperatura. Quando a corrente flui inicialmente através do elemento cerâmico de PTC, a resistência é próxima de 0 ohms. Quando o elemento começa a aquecer, a resistência começa a aumentar numa linha logarítmica, abrandando o fluxo de corrente. 

À temperatura máxima projectada de cerca de 158 graus Fahrenheit, a resistência torna-se tão elevada que a corrente deixa de fluir e evita o sobreaquecimento.  

A superfície é aquecida ou o ar que flui através da conduta de aquecimento nunca atinge os 158 graus. A corrente diminui rapidamente antes de atingir a temperatura e as perdas na transferência do calor do disco de silicone para as superfícies ou as perdas de ar. O disco real é incorporado num meio de transferência de calor que impede o contacto directo com o próprio elemento PTC.

Quando a temperatura ambiente é baixa, o aquecedor de PTC aquece rapidamente. Se a temperatura for mais alta, o aquecedor aquece mais lentamente porque a resistência já mudou com a temperatura.

Os elementos PTC são também um grande isolador de tensão de tal forma que não há qualquer hipótese de entrar em contacto com tensões que alimentem os dispositivos. Também não há necessidade de um sistema de controlo de temperatura para além de um interruptor de ligar/desligar.

Quem desenvolveu o elemento de aquecimento PTC?

A composição conhecida como cerâmica de nitrato de bário quando contém uma pequena quantidade de elementos de terras raras Y, Bi, Sb, Nb, e Ta exibiu uma semicondução que foi revelada num número de patente alemão. 631321 em 1951. Em 1967, uma patente japonesa n.º 42-3855 incluía doping com uma pequena quantidade de Bi ou Sb exibia um elevado coeficiente positivo de resistividade.

Em 1974, a Panasonic Corporation (US3975307A) abordou a composição do termistor PTC e o método de fabrico dos pequenos elementos cerâmicos. As patentes originais não eram para aquecimento, mas para utilização onde a rápida entrada de corrente diminuía rapidamente para a desmagnetização do tubo de imagem da televisão a cores.   

O elemento PTC permitiu um fluxo rápido de corrente através de uma bobina eléctrica que removeu qualquer resíduo magnético residual na superfície do tubo. O magnetismo residual na superfície do tubo distorceria os três grupos de pontos coloridos que compunham a matriz na face do tubo, produzindo imagens.

A distorção da curvatura das cores individuais que compõem cada pixel de cor causou uma desfocagem das imagens que vimos na frente do tubo de televisão. Os ecrãs de TV actuais funcionam de forma muito diferente dos primeiros tubos de raios catódicos e normalmente não requerem qualquer desmagnetização.

Desde então, a composição dos termistas de PTC evoluiu para aplicações específicas de aquecimento e temperaturas específicas.  

Leia mais sobre a construção de aquecedores PTC aqui.

Quais são as características de um aquecedor PTC?

Os elementos de aquecimento com coeficiente de temperatura positivo são mais conhecidos pela relação entre a corrente e a resistência demonstrada pelos elementos à medida que aquecem. Inicialmente, existe uma baixa resistência a uma corrente de corrente elevada. 

A alta corrente aquece o elemento rapidamente. Ao mesmo tempo, o aumento da temperatura aumenta a resistência do dispositivo e reduz rapidamente a corrente.

Tão importante como a curva de resistência actual e o controlo automático da temperatura são a durabilidade e a segurança dos dispositivos. Uma vez que não há peças móveis, a menos que seja utilizado um aquecedor com ventilador, não há necessidade de manutenção. Os próprios dispositivos revestidos de silicone e incorporados em caixa de transferência de calor são muito robustos.

Também não há combustão durante o aquecimento e com o limite de temperatura não há hipótese de criar ignição de materiais próximos. 

Enquanto alguns destes elementos de aquecimento funcionam em 12/24 Volts, a tensão DC/AC mais alta pode ser utilizada para mais potência de saída. Os elementos têm características de isolamento de alta voltagem que minimizam a necessidade de isolamento de voltagem adicional para segurança.

Leia mais sobre como funcionam os elementos de aquecimento PTC e as suas características.

Compreender a capacidade da bateria e as tensões nos veículos eléctricos.

Não há necessidade de um circuito de controlo da temperatura da corrente.

A característica de controlo automático da corrente também controla o aquecimento próximo da temperatura desejada sem outros circuitos de controlo para evitar o sobreaquecimento.  Antes do aquecimento do motor num veículo com motor de combustão convencional, o elemento pode aquecer o compartimento do passageiro.  

Os elementos cartucho ou aquecedores de superfície pode manter o óleo, baterias, ou outros fluidos quentes nos ambientes mais frios.

Os motores convencionais de combustão interna utilizam o calor em excesso dos motores para aquecer os compartimentos dos passageiros. Sem o excesso de calor dos motores eléctricos num veículo eléctrico, tem de haver calor suplementar para aquecer o compartimento dos passageiros.  

Este aquecimento suplementar de PTC é também utilizado para pré-aquecimento e manutenção das baterias quentes para uma carga eficiente em tempo frio.  

Muitos veículos eléctricos utilizam bombas de calor para manter a temperatura no compartimento de passageiros e arrefecer os conjuntos de baterias em tempo mais quente.  

As bombas de calor podem arrefecer e aquecer mas tornam-se ineficientes abaixo dos 40 graus, tornando um sistema de aquecimento suplementar uma necessidade.

Leia mais sobre como funcionam os sistemas de aquecimento PTC aqui.

Como são construídos os componentes dos elementos de aquecimento PTC?

O pequeno disco cerâmico dopado com os elementos de terras raras com características de PTC tem de ser incorporado em componentes de transferência de calor e com ligações por cabo para tirar partido das suas características únicas para aquecimento.

O disco cerâmico pode ser colocado em silicone, um bom condutor e isolador de tensão, e prensado numa caixa de alumínio ou aço inoxidável. O silício líquido é frequentemente utilizado para moldar ou fixar a uma superfície condutora de calor.  

Aquecedores com barbatanas PTC ou aquecedores de ar são compostos por uma matriz de pequenos discos utilizados numa tela quadrada redonda de alumínio ou de aço inoxidável para aquecimento de condutas. O ar que passa através do arranjo na conduta de um veículo ou aquecimento doméstico é aquecido à medida que entra em contacto com a estrutura de procura de metal. 

Outros tipos de estruturas de aquecimento PTC:

Aquecedores PTC em carros eléctricos.

Vários tipos de aquecedores PTC são utilizados em veículos eléctricos e convencionais para aquecimento suplementar. Para a maioria de nós, a tecnologia EV é nova, e ainda por ser amplamente compreendida. O equipamento e os mecanismos de conversão de energia eléctrica para conduzir a energia dos comboios são complicados. Embora o menor número de componentes necessários faça com que haja menos manutenção e maior durabilidade.

Na realidade, existem dois sistemas de tensão separados em veículos eléctricos. Um é o típico sistema de 12 Volts que fornece energia para todos os controlos e sistemas operacionais. O segundo é uma voltagem CC muito mais elevada que é convertida em voltagem CA para fazer funcionar os motores.

Saiba mais sobre as tensões de funcionamento dos veículos eléctricos aqui.

Os aquecedores PTC podem funcionar com tensões CA ou CC a 12/24 volts ou superiores 110 - 240 Volts e superiores, se necessário. Isto proporciona muita flexibilidade aos projectistas de sistemas EV.

Mais sobre aquecedores PTC utilizados em veículos eléctricos e sistemas eléctricos.

Onde posso obter um elemento de aquecimento PTC para o meu veículo?

Estes pequenos aquecedores compactos podem ser encomendados online em numerosos tamanhos e configurações para modificações OEM ou de bricolage em veículos actuais. Não obtendo calor suficiente rapidamente no seu camião ou carro antigo, os elementos de aquecimento 12C PTC estão disponíveis a preços muito razoáveis.

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