Irradiateurs et installations pour le chauffage infrarouge des animaux

Dans l'agriculture, les lampes à incandescence à usage général, les lampes à incandescence, les émetteurs à tube et les radiateurs électriques à tube (TEN) sont utilisés comme sources de rayonnement infrarouge pour chauffer les animaux.

Lampes incandescentes.

Les lampes à incandescence diffèrent par la tension, la puissance et la conception. La conception des lampes à incandescence dépend de leur objectif. L'ampoule en verre, dont le diamètre est déterminé par la puissance de la lampe, est renforcée par un mastic spécial à la base. Sur la base, il y a un filetage pour la fixation dans la douille, avec laquelle la lampe est connectée au réseau. Le tungstène est utilisé pour fabriquer le filament de la lampe. Pour réduire la diffusion du tungstène, la lampe est remplie d'un gaz inerte (par exemple argon, azote, etc.).

Les principaux paramètres de la lampe à incandescence:

• Tension nominale,

• énergie électrique,

• flux lumineux,

• durée moyenne de combustion.

Les lampes à incandescence à usage général sont disponibles en 127 et 220 V.

La puissance électrique des lampes à incandescence est spécifiée comme une valeur moyenne de la tension nominale pour laquelle la lampe est conçue. Dans l'agriculture, les lampes à incandescence d'une gamme de puissance de 40 à 1500 W sont principalement utilisées.

Le flux lumineux d'une lampe à incandescence est directement proportionnel à la puissance électrique de la lampe et à la température du filament ; pour les lampes qui ont brûlé 75% de leur durée de vie nominale, une diminution du flux lumineux de 15 à 20% de la valeur initiale est autorisée.

Lorsque vous utilisez des lampes d'éclairage pour chauffer les animaux, sachez que des niveaux élevés de lumière peuvent irriter les animaux.

La durée de combustion moyenne d'une lampe à incandescence est principalement déterminée par la pulvérisation de tungstène. Pour la plupart des lampes à incandescence à usage général, la durée de combustion moyenne est de 1000 heures.

Les variations de la tension du secteur par rapport à la valeur nominale entraîneront des modifications du flux émis par la lampe, ainsi que de la puissance et de la durée de vie. Lorsque la tension change de ± 1%, le flux lumineux de la lampe change de ± 2,7% et le temps de combustion moyen de ± 13%.

Lampes à incandescence avec une couche réfléchissante. Pour diriger le flux de rayonnement vers une certaine zone, des lampes sont utilisées avec un miroir et une couche réfléchissante diffuse, qui est appliquée de l'intérieur vers la partie supérieure de l'ampoule.

Lampes émettant de la chaleur.

Ces sources de rayonnement sont des émetteurs de "lumière" constitués d'une mono-bobine de tungstène et d'un réflecteur, qui est la surface interne aluminisée de l'ampoule avec un profil spécial. La courbe de distribution du flux de rayonnement Ф (λ) le long du spectre pour les lampes de type IKZ est illustrée à la fig. 1.

Riz. 1.Répartition du flux de rayonnement le long du spectre des lampes IKZ 220-500 et IKZ 127-500.

Riz. 2. Répartition du flux de rayonnement le long du spectre des lampes IKZK 220-250 et IKZK 127-250.

En figue. 2 montre la courbe de distribution du flux de rayonnement le long du spectre des lampes des types IKZK 220-250 et IKZK 127-250.

Dans la désignation du type de lampes, les lettres signifient : IKZ — miroir infrarouge, IKZK 220-250 — miroir infrarouge avec une ampoule peinte ; les chiffres après les lettres indiquent la tension secteur et la puissance de la source de rayonnement. La lampe est une ampoule en verre paraboloïde. Une partie de la surface de la lampe est recouverte de l'intérieur d'une fine couche d'argent réfléchissante pour concentrer le flux rayonnant dans une direction donnée.

Un paramètre très important des ampoules en verre, qui affecte la durée de vie des lampes, est leur résistance à la chaleur, c'est-à-dire leur capacité à résister aux changements brusques de température. Afin d'augmenter la résistance à la chaleur en modifiant la composition de la charge lors de la fusion du verre, il est nécessaire de réduire sa capacité thermique et son coefficient de température de dilatation linéaire, ainsi que d'augmenter la conductivité thermique.

Selon la forme de l'ampoule, les lampes ont une répartition différente du flux de rayonnement : soit concentrée le long de l'axe (avec une ampoule parabolique) soit large, selon un angle solide d'environ 45° (avec une ampoule sphérique). Il convient de noter l'avantage d'utiliser des lampes à ampoule sphérique dans la production agricole, ces lampes permettent une répartition plus uniforme du rayonnement dans la zone de chauffage.

Un corps en filament de tungstène est fixé à l'intérieur de l'ampoule. Le matériau du filament du corps du filament s'évapore sous vide, se dépose sur la surface intérieure de l'ampoule et forme un revêtement noir.Ceci conduit à une diminution du flux lumineux du fait de son absorption plus intensive par le verre.

Pour augmenter la durée de vie de la lampe et réduire le taux d'évaporation du corps du filament, le ballon est rempli d'un mélange de gaz inertes (argon et azote).

La présence de gaz crée des pertes de chaleur par conduction thermique et convection. Dans les lampes à gaz, l'ampoule est chauffée non seulement par rayonnement du filament, mais également par convection et conduction du gaz de remplissage. Ainsi, chauffer le gaz dans une lampe de 500 W consomme 9 % de l'énergie fournie.

Dans les lampes puissantes avec un corps de filament massif, l'augmentation de la perte de chaleur à travers le gaz est entièrement compensée par la forte diminution de la dispersion du filament, de sorte qu'elles sont toujours libérées avec du gaz.

Contrairement aux lampes à vide, la température des sections individuelles des flacons à gaz inerte dépend de leur position de fonctionnement. Par exemple, en retournant le ballon, vous pouvez réduire l'échauffement de la jonction métal-verre de 383-403 à 323-343 K.

Le flux de rayonnement dépend de la température corporelle du filament. Une augmentation de la température accélère l'évaporation du tungstène et augmente la proportion de lumière visible dans le flux de rayonnement. Par conséquent, dans les lampes de type IKZ, où le rayonnement infrarouge est efficace, la température de fonctionnement du filament est réduite de 2973 K (comme dans une lampe à incandescence) à 2473 K avec une diminution de l'efficacité lumineuse de 60 %. Cela permet de convertir jusqu'à 70% de l'électricité consommée en rayonnement infrarouge.

L'abaissement de la température du filament a permis d'augmenter la durée de vie des lampes infrarouges de 1000 à 5000 heures.Le rayonnement du corps incandescent d'une longueur d'onde supérieure à 3,5 microns (7-8% du flux total) est absorbé par le verre de l'ampoule, ce qui est à l'origine des fréquentes pannes prématurées des lampes dues aux surtensions.

L'irradiation d'une lampe de type IKZ à une distance de 50 à 400 mm de la surface chauffée varie de 2 à 0,2 W / cm2.

Diagrammes du rayonnement énergétique créé par une lampe à miroir infrarouge IKZ d'une puissance de 250 W à une hauteur de suspension : 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7 — 80 cm...

Pour le transfert de chaleur par rayonnement, des lampes à incandescence ordinaires avec une bobine de tungstène et une ampoule en forme de boule peuvent être utilisées. L'augmentation de l'efficacité du rayonnement est assurée par la fourniture d'une tension dont la valeur est inférieure de 5 à 10% à la valeur nominale; de plus, des réflecteurs en aluminium poli doivent être installés dans l'appareil.

Émetteurs infrarouges à tube.

De par leur conception, les sources tubulaires de rayonnement infrarouge sont divisées en deux groupes - avec des corps chauffants en alliages métalliques résistifs et en tungstène. Le premier est un tube de verre ordinaire ou réfractaire d'un diamètre de 10 à 20 mm ; À l'intérieur du tube, le long de l'axe central, se trouve un corps avec un filetage en forme de spirale, aux extrémités duquel une tension d'alimentation est appliquée. De tels émetteurs ne sont pas largement utilisés. Ils sont généralement utilisés pour le chauffage des locaux.

Les émetteurs à filament de tungstène sont de conception similaire aux lampes à tube à incandescence. Le corps chauffant en forme de spirale de tungstène est situé le long de l'axe du tube et est fixé sur des supports en molybdène soudés à une tige de verre. Un radiateur tubulaire peut être réalisé avec un réflecteur externe ou interne formé par évaporation d'argent ou d'aluminium sous vide. En figue.La figure 3 montre la construction d'un tel émetteur IR.

La distribution spectrale du rayonnement des émetteurs à tube est proche de celle des émetteurs à tube ; la température de chauffage est de 2100-2450 K.

Riz. 3. Construction d'une source IR à tube classique. 1 - socle ; 2 - tige; 3 - ressort supportant la tige; 4 - supports pour molybdène ; 5 - tige de verre ; 6 — électrodes ; 7 - fil de tungstène ; 8 — tube de verre.

Les radiateurs tubulaires de faible puissance (100 W) peuvent être largement utilisés en agriculture pour le chauffage des jeunes animaux et des volailles. Ainsi en France on les utilise pour chauffer les jeunes volailles en cages. Les radiateurs sont installés directement au plafond de la cage, à une hauteur de 45 cm et assurent un chauffage uniforme pour 40 poulets.

Les lampes à tube peuvent être utilisées avec succès dans la création d'installations combinées d'irradiation et d'éclairage pour les jeunes animaux de ferme et la volaille, surtout si l'on considère que les lampes UV et les lampes pour l'éclairage de l'érythème ont également une conception tubulaire.

Émetteurs IR à quartz.

Les émetteurs IR à quartz sont similaires à ceux décrits ci-dessus, sauf qu'un tube en verre de quartz est utilisé. Ici, nous nous limiterons à considérer des émetteurs IR à quartz avec des éléments chauffants en tungstène.

Riz. 4. Dispositif pour lampe infrarouge avec filament type KI 220-1000.

La figure 4 montre le dispositif d'un émetteur à tube de quartz - une lampe de type KI (KG). Le ballon cylindrique 1 d'un diamètre de 10 mm est en verre de quartz, qui a une transmission maximale dans la région spectrale IR. 1 à 2 mg d'iode sont placés dans un ballon et remplis d'argon. Le corps lumineux 2, réalisé sous la forme d'un monocoil, est monté dans l'axe du tube sur des supports en tungstène 3.

L'entrée de la lampe s'effectue à l'aide d'électrodes de molybdène soudées dans des pattes de quartz 4. Les extrémités de la spirale de filament sont vissées à la partie interne des manchons 5. Les bases cylindriques 6 sont constituées d'une bande de nickel avec une couture dans laquelle le les fils extérieurs en molybdène sont soudés 7. La température des bases des émetteurs à quartz ne doit pas dépasser 573 K. À cet égard, il est obligatoire que les radiateurs soient refroidis pendant le fonctionnement dans les installations irradiantes.

En combinaison avec un réflecteur miroir sous la forme d'un cylindre elliptique, les lampes à quartz créent un rayonnement très élevé. Si les lampes à miroir fournissent un rayonnement jusqu'à 2-3 W / cm2, un rayonnement jusqu'à 100 W / cm2 peut être obtenu à partir d'une lampe à quartz avec un réflecteur.

Les émetteurs à quartz avec éléments chauffants en tungstène sont produits par des sociétés telles que Osram, Philips, General Electric, etc. W pour tension 110/130 et 220/250 V. La durée de vie de ces lampes est de 5000 heures.

La distribution de l'énergie de rayonnement de la lampe KI-220-1000 sur le spectre est illustrée à la fig. 5. La composition spectrale du rayonnement généré par les lampes à quartz est caractérisée par le fait qu'il existe un deuxième maximum dans la région des longueurs d'onde supérieures à 2,5 microns, provoqué par le rayonnement d'un tube chauffé. L'ajout d'iode à l'ampoule réduira la pulvérisation du tungstène et augmentera ainsi la durée de vie de la lampe. Dans les lampes à quartz infrarouges, l'augmentation de la tension au-dessus de la valeur nominale n'entraîne pas une forte diminution de la durée de vie, c'est pourquoi il est possible d'ajuster en douceur le flux de rayonnement en modifiant la tension appliquée.

Riz. 5. Répartition du spectre d'énergie de rayonnement d'une lampe de type KI 220-1000 à différentes tensions de lampe.

Les lampes à quartz infrarouges à cycle d'iode présentent les avantages suivants :

• densité de rayonnement spécifique élevée ;

• stabilité du flux de rayonnement pendant la durée de vie opérationnelle. Le flux de rayonnement en fin de vie est de 98 % du flux initial ;

• petites dimensions ;

• capacité à supporter des surcharges longues et importantes ;

• la possibilité d'ajuster en douceur le flux de rayonnement dans une large plage en modifiant la tension fournie.

Les principaux inconvénients de ces lampes :

• à des températures de gaine supérieures à 623 K, le quartz est détruit par dilatation thermique ;

• Les lampes ne peuvent fonctionner qu'en position horizontale, sinon le corps incandescent peut se déformer sous son propre poids et le cycle de l'iode du fait de la concentration d'iode dans la partie inférieure du tube sera perturbé.

Les lampes infrarouges à cycle iodé sont utilisées pour le séchage des peintures et vernis sur différents sites agricoles ; pour chauffer les animaux de la ferme (veaux, porcelets, etc.).

Irradiateurs avec lampes infrarouges.

Pour protéger les lampes infrarouges des dommages mécaniques et des gouttes d'eau, ainsi que pour redistribuer le flux de rayonnement dans l'espace, des raccords spéciaux sont utilisés. La source de rayonnement associée à l'appareil s'appelle l'alimentation électrique.

Les irradiateurs avec diverses lampes infrarouges sont largement utilisés dans l'élevage pour le chauffage local des jeunes animaux de ferme et de la volaille.