Un elemento calefactor convierte la energía eléctrica en calor mediante el proceso de calentamiento Joule . La corriente eléctrica a través del elemento encuentra resistencia, lo que resulta en el calentamiento del elemento. A diferencia del efecto Peltier, este proceso es independiente de la dirección de la corriente.
Hilo calefactor: los elementos calefactores de resistencia metálica pueden ser de hilo o cinta, rectos o enrollados. Se utilizan en dispositivos calefactores comunes como tostadoras y secadores de pelo, hornos para calefacción industrial, calefacción por suelo radiante, calefacción de techos, calefacción de caminos para fundir la nieve, secadores, etc. Las clases más habituales de materiales utilizados incluyen:
Las referencias a los elementos calefactores de carburo de silicio existen desde principios del siglo XX, cuando fueron producidos por Acheson's Carborundum Co. en Estados Unidos y EKL en Berlín. El carburo de silicio ofreció mayores temperaturas de funcionamiento en comparación con los calentadores metálicos. Los elementos de carburo de silicio se utilizan hoy en día en la fusión de vidrio y metales no férricos, tratamiento térmico de metales, producción de vidrio flotado, producción de componentes cerámicos y electrónicos, encendido en luces piloto por calentadores de gas, etc.
Los calefactores de película gruesa son un tipo de calefactor resistente que puede imprimirse sobre un sustrato delgado. Los calefactores de película gruesa presentan varias ventajas sobre los elementos de resistencia convencionales con funda metálica. Por lo general, los elementos de película gruesa se caracterizan por su factor de forma de perfil bajo, uniformidad de temperatura mejorada, respuesta térmica rápida debido a la baja masa térmica, bajo consumo de energía, alta densidad de vatios y una amplia gama de compatibilidad de voltaje. Normalmente, los calefactores de película gruesa se imprimen en sustratos planos, así como en tubos con distintos patrones de calefactor. Estos calefactores pueden alcanzar densidades de vatios de hasta 100 vatios W/ cm2 en función de las condiciones de transferencia de calor.[5] Los patrones de calefactor de película gruesa son altamente personalizables en función de la resistencia de la hoja de la pasta de resistencia impresa.
Estos calefactores pueden imprimirse en una variedad de sustratos, como metal, cerámica, vidrio, polímero mediante pastas de película gruesa cargadas con metal/aleación.[5] Los sustratos más comunes utilizados para imprimir calefactores de película gruesa son el aluminio 6061-T6, el acero inoxidable y las láminas de mica de moscovita o flogopita . Las aplicaciones y características operativas de estos calefactores varían ampliamente en función de los materiales de sustrato escogidos. Esto se atribuye principalmente a las características térmicas del sustrato del calefactor.
Existen diversas aplicaciones convencionales de los calefactores de película gruesa. Se pueden utilizar en planchas, planchas de gofres, calefacción eléctrica de fogones, humidificadores, tetera, dispositivos de sellado térmico, calefactores de agua, planchas de ropa y vapores, planchas de cabello, calderas, camas calentadas por impresoras 3D, cabezales de impresión térmica, pistolas de cola, equipos de calefacción de laboratorio, secadores de ropa, calefactores de zócalos, bandejas de calentamiento, intercambiadores de calor, dispositivos de descongelación/desentelado para parabrisas de coches, espejos laterales, descongelación de neveras, etc.[6]
Para la mayoría de las aplicaciones, el rendimiento térmico y la distribución de la temperatura son los dos parámetros clave del diseño. Para evitar cualquier punto caliente y mantener una distribución uniforme de la temperatura a través de un sustrato, el diseño del circuito puede optimizarse cambiando la densidad de potencia localizada del circuito de resistencia. Un diseño de calefactor optimizado ayuda a controlar la salida del calefactor y modular las temperaturas locales a través del sustrato del calefactor. En los casos en que se requieran 2 o más zonas de calefacción con diferente potencia de salida en un área relativamente pequeña, se puede diseñar un calefactor de película gruesa para conseguir un patrón de calefacción zonal en un solo sustrato.
Los calefactores de película gruesa pueden caracterizarse en gran medida en dos subcategorías: coeficiente de temperatura negativo (NTC) o coeficiente de temperatura positivo (PTC), basado en el efecto del aumento de temperatura sobre la resistencia del elemento. Los calefactores tipo NTC se caracterizan por una disminución de la resistencia a medida que aumenta la temperatura del calefactor y, por tanto, tienen una potencia de salida más alta a temperaturas más altas para una tensión de entrada determinada. Los calefactores PTC se comportan de manera opuesta con un aumento de la resistencia y una disminución de la potencia del calefactor a temperaturas elevadas. Esta característica de los calefactores PTC los hace también autorregulables, puesto que su potencia de salida se satura a una temperatura fija. Por otro lado, los calefactores de tipo NTC generalmente requieren un termostato o un termopar para controlar la fuga del calefactor. Estos calefactores se utilizan en aplicaciones que requieren un rápido aumento de la temperatura del calefactor hasta un punto de consigna predeterminado, ya que suelen actuar con mayor rapidez que los calefactores de tipo PTC.
Los elementos calefactores pueden fabricarse con materiales de caucho PTC conductores donde la resistividad aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura. Este calefactor producirá gran potencia cuando esté frío y se calentará rápidamente hasta una temperatura constante. Debido al aumento exponencial de la resistividad, el calefactor nunca puede calentarse a una temperatura superior a ésta. Por encima de esa temperatura, el caucho actúa como aislante eléctrico. La temperatura puede elegirse durante la producción del caucho. Las temperaturas típicas están entre 0 y 80 grados Celsius (32,0 y 176 °F) .
Es un calefactor autorregulado puntual y un calefactor autolimitante. La autorregulación significa que cada punto del calefactor de forma independiente mantiene una temperatura constante sin necesidad de regulación electrónica. La autolimitación significa que el calefactor nunca puede superar una determinada temperatura en ningún punto y no requiere ninguna protección contra el sobrecalentamiento.
Una caldera de electrodos utiliza la electricidad que fluye a través de unas corrientes de agua para crear vapor.
