Inst Rezistoare Lipan

INSTALAII ELECTRICE DE NCLZIRE CU REZISTOARE

Sl.dr.ing. Laureniu LIPAN

Voi face o prezentare

nclzire prin rezistenta

Incalzirea reyistiva este de 2 feluri:
directa: curentul electric parcurge direct obiectul supus incalzirii;indirecta: curentul electric parcurge elemente incalzitoare care transmit caldura prin conductie, convectie, radiaie catre obiectul procesat.
Instalaii de nclzire

cu rezisten electric

Instalaii cu nclzire direct

Instalaii cu nclzire indirect

Instalaii

de nclzire direct a semifabricatelor

Instalaii

de nclzire

a lichidelor:

( nclzirea sticlei lichide;

( nclzirea apei.

Instalaii

cu radiaii

Instalaii

cu nclzire

prin convecie

Istalatii de sudare/lipire

electrica

in puncte

de tip deschis

(cu radiaii infraroii).

de tip nchis

(inst electrotermice

- tip incinta).

Fig. 1 ( Instalaii de nclzire cu rezisten electric.

Electrotermie

Utilizarea instalaiilor electrotermice este caracterizat de avantaje importante fa de instalaiile de nclzire cu combustibil:
temperatura poate fi reglat cu precizie;exist posibilitatea dozrii cldurii n funcie de necesitile procesului tehnologic, precum i a unui control permanent i precis al energiei electrice transformate n cldur;se pot obine temperaturi de peste 2200K;unele procese tehnologice din industria modern necesit temperaturi de pn la 20 000K care pot fi obinute numai n cuptoarele cu plasm;spaiul de lucru fiind nchis, prelucrarea termic se poate realiza i n atmosfer controlat, cu gaze de protecie sau n vid;se poate asigura funcionarea intermitent, instalaia putnd fi adus repede n stare de funcionare la parametrii nominali;valori reduse ale consumurilor specifice de energie (deoarece concentraia de energie termic, n materialele supuse nclzirii, este relativ mare, funcionarea instalaiilor electrotermice se caracterizeaz prin);prin introducerea calculatoarelor de proces exist posibilitatea automatizrii complete a funcionrii instalaiilor electrotermice.

Ecuaia de nclzire

Ecuatia de bilant termic al rezistorului

Pdt = mcd + S( - 0)dt =>

P dt - energia disipat de elementul rezistiv

mc d - caldura corespunzatoare cresterii de temperatura d
S ( - 0 ) dt - caldura transmisa incintei
c - cldura specific a materialului rezistorului

m - masa rezistorului

S - capacitatea de transmisie a fluxului termic

S - aria (suprafaa) lateral a obiectului

- coeficientul global de transmisie a caldurii (conv. si radiatie)

- temperatura rezistorului

0 - temperatura mediului ambiant

Notaii: m c = C - capacitatea termic a rezistorului

S = A - capacitatea de transmisie a piesei

T = C / A - constanta de timp a procesului de nclzire

= max (1 - e-t/T) + I e-t/T

APLICAII ALE NCLZIRII PRIN REZISTEN ELECTRIC
tratamente termice de volum;topirea i meninerea metalelor neferoase;coacerea i emailarea ceramicii;nclzirea fluidelor (gaz, ap, bi n metalurgie, etc.);nclzirea diverselor formelor din industria metalurgica;uscarea pudrelor i a diverselor materiale.

APLICAII N INDUSTRIA METALELORTOPIRE. MENINERENCLZIREA NAINTE DE PRELUCRARETRATAMENTE TERMICEAPLICAII N INDUSTRIA CERAMICINDUSTRIA ALIMENTAR
APLICAII ALE NCLZIRII PRIN REZISTEN ELECTRIC

nclzire cu rezistoare - Direct

Utilizarea acestei tehnologii de nclzire, n cazul prelucrrii la cald a unor obiecte n cadrul unui flux continuu, determin o eficien ridicat a procesului, dar conectrile i deconectrile rapide ale instalaiei pentru nlocuirea piesei nclzite pot conduce la variaii importante ale tensiunii la barele de alimentare.

Instalaiile uzuale pentru nclzirea rezistiv cu aciune direct sunt conectate ntre dou faze, ceea ce poate determina importante nesimetrii n reeaua electric de alimentare. Pentru reducerea nesimetriilor aceste instalaii sunt conectate la reeaua electric prin intermediul unei scheme de simetrizare S. Condensatorul C conectat la bornele transformatorului T, de curent mare, asigur un factor de putere unitar n circuitul de alimentare a transformatorului.

3(230/400 V; 50 Hz

A

B C

I

C

T

S

K1 K2

Figura 10.8 ( Instalaie de nclzire direct.

nclzire cu rezistoare - Indirect

BR bloc de reglaje; RBP regulator bipoziional; C comparator; BVD bloc de reglare a valorilor dorite ale temperaturii; BA bloc de adaptare; T traductor termic;CR cuptor cu rezistoare.

Instalaiile de nclzire cu aciune indirect cuprind o larg gam de echipamente care funcioneaz cu randamente ridicate, productivitate mare, cu reducerea important a polurii mediului ambiant i care asigur posibilitatea automatizrii i robotizrii produciei.

Cuptoarele electrice cu rezistoare cu nclzire indirect au o larg utilizare n industria modern. Ele exist ntr-o mare varietate de tipuri constructive i au o gam foarte divers de aplicaii. Aceste tipuri de cuptoare pot fi utilizate pentru efectuarea de tratamente termice, producerea la cald a unor materiale plastice, tratamentul termic al pieselor din sticl, uscarea produselor ceramice, a lemnului, hrtiei etc.

n aceast categorie sunt incluse i cuptoarele de laborator, aparatele electrocasnice, precum i numeroase instalaii de uscare din industria chimic i alimentar.

Realizarea elementelor rezistive de temperatur nalt poate conduce la dezvoltarea unor aplicaii tehnologice de temperaturi mari, cu randament ridicat. Pentru toate tipurile de cuptoare cu rezisten electric, cu aciune indirect, reglarea temperaturii n cuptor, astfel nct s obin valoarea optim pentru prelucrare, are un rol important n obinerea unor produse de calitate ridicat, n condiiile unui consum corespunztor de energie electric.

d

0

u, i,

P

P

0

P

uA = uA iA

nclzire

Rcire

uA

((

((

A

B

C

BR

T

BA

ur

RBP

ud

C

iA

CR

F

3 ( 230/400 V

uA

BVD

uA

a)

0 t1 t

t

c)

P

P

((

((

0 (d (

b)

Fig. 10.10 ( Reglajul bipoziional al temperaturii din cuptorul electric.

nclzire cu rezistoare - Indirect

n figura 10.11 [7] este prezentat forma i spectrul de amplitudini a curentului electric n cazul controlului temperaturii unui cuptor electric utiliznd o schem cu reglare asimetric (fig. 10.11 b)) sau cu reglare simetric (fig. 10.11 c)).

Analiza curbelor din figura 10.11 b) pune n eviden faptul c, n cazul reglrii asimetrice, rezult, att un spectru important de armonice k, ct i un important defazaj ntre curba tensiunii i componenta fundamental a curentului electric. Aceste dou aspecte limiteaz utilizarea sistemului de reglare numai pentru echipamente de nclzire cu puteri nominale relative mici (sub 10 kW). n cazul reglrii simetrice (fig. 10.11 c)), curba componentei fundamentale a curentului electric este n faz cu tensiunea aplicat.

10 20 30 40 50 60 70 80 (grade)

c)

uA

iA

uA iA

iA1

0 2 3 1(t

Ik/I1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

20 40 60 80 100 120 140 160 (grade)

k = 1

k = 3

k = 5

k = 7

b)

uA

iA

uA iA

iA1

0 ( 2 3 1(t

Ik/I1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

k = 1

k = 3

k = 5

k = 7

( ( (0, ()

( ( (0, (/2)

A

B

C

BR

T

BA

ur

R

ud

C

a)

BC

iA

F

CR

3 ( 230/400 V; 50 Hz

uA

uA

r

BVD

Fig. 10.11 ( Reglarea continu a temperaturii cuptorului electric cu rezistoare.

APLICAII N INDUSTRIA METALELOR - TOPIRE. MENINERE
topirea metalelor i n special a celor neferoase Instalaii de galvanizare: piesele de galvanizat se scufund n bi de zinc topit la 450 C (fig. 5.1);cuvele:a. metalice
b. ceramice
consumul mediu de energie: 180 - 200 kWh/t piese tratate.Instalaii de topire-meninere a aluminiului:cuptoare cu bazin sau cu creuzet.consumul specific: cca. 1 kWh/kg de metal topitcapacitile cuvelor: 30 - 600 kgdebitul: 20 kg/hputerea: 30-150 kW.Instalaii de topire-meninere pentru aliaje de cupru: temperaturi mai mari de 1500 C.Tip creuzet (fig.5.3)Echipate cu rezistoare de nalt temperatur nemetalice:bare de carbur de siliciu sau grafit,ace de bisiliciur de molibden.

Instalaii de galvanizare

Instalaii de topire-meninere a aluminiului

Instalaii de topire-meninere pentru aliaje de cupru

APLICAII N INDUSTRIA METALELOR - NCLZIREA NAINTE DE PRELUCRARE
nclzire direct (prin conducie)nclzirea indirect:
- renclzirea metalelor neferoase: aluminiu la 500 C, titan la 900 C => cuptoare tunel, investiia fiind foarte redus fa de celelate tehnici de nclzire;

- nclzirea produselor cu forma geometric complex, care nu ii ating temperatura la prima trecere a acestora prin instalatia de incalzire => recirculare a.. s se ating temperaturi de 1150 - 1200 C.

- n locul cuptoarelor cu sol turnant cu gaz (folosite curent) i care au un randament foarte sczut ( instalaiile electrice cu sol turnant cu rezistoare

- elementele nclzitoare:carbur de siliciu

bisiliciur de molibden

APLICAII N INDUSTRIA METALELOR TRATAMENTE TERMICE

Tratamentele sunt destinate:
reconstituirea structurii normale a metalului pentru o pies n timpul elaborrii ei; temperaturile 200 - 800 Cmbuntirea procentului de carbon sau azot a suprafeei pieselor metalice (cementare, nitrurare carbonitrurare sub atmosfer controlat).
Tratamentul termic al pieselor metalurgice const n a le face s urmeze o diagrama de temperatur dat (fig.5.4) format dintr-o succesiune de creteri i descreteri controlate ale gradientului de temperatur pe paliere succesive de temperatur

Tratamentele sunt destinate:

reconstituirea structurii normale a metalului pentru o pies n timpul elaborrii ei; temperaturile 200 - 800 C n funcie de:

metal i tipul de tratament recoacere, revenire, detensionare) sunt de;

mbuntirea procentului de carbon sau azot a suprafeei pieselor metalic (cementare, nitrurare carbonitrurare sub atmosfer controlat).

Consumuri specifice n cazul instalaiilor electrice de nclzire pentru tratamente termice ale metalelor

APLICAII N INDUSTRIA METALELOR TRATAMENTE TERMICE
- cementarea gazoas a pieselor de otel400-1 200 kWh/t- carbonitrurarea pieselor de otel300 - 900 kWh/t- nclzirea nainte de nmuiere a pieselor de otel200 - 600 kWh/t- revenirea pieselor de otel70 - 200 kWh/t- recoacerea produselor de otel120 - 300 kWh/t- tratarea termic a aliajelor de aluminiu150-400kWh/t
n cazul cuptoarelor pentru tratamente termice ale metalelor consumul specific variaz foarte mult i depinde de numeroi factori: arja cuptorului, masa suporilor, felul tratamentului termic i al pieselor, nivelul temperaturii, durata unui ciclu. Valorile ntlnite sunt date n tabelul 5.1.

APLICAII N INDUSTRIA CERAMIC

Produse:
refractaresanitare.
Operaiile ce intervin n fabricarea acestor produse:
uscareacoacerea.
Tipuri constructive:
Instalaie electric de nclzire cu camerInstalaie electric de nclzire continuu.
Consumul specific total: 0,6 - 1,2 kWh/kg pies

i depinde de:
umplerea cuptorului,temperatur,durata ciclului termic,natura pieselor,recuperarea de energie, .a. Putere [kW]8199126168220arja [kg]500-600650-8501000-12001500-18002200-2650Consum specific de energie [kWh/kg]0,65-0,750,6-0,70,6-0,70,55-0,650,5-0,6

APLICAII N INDUSTRIA CERAMIC

Fig.5.5. Schema de ansamblu a unui cuptor tunel de coacere a ceramicii, cu dou tipuri de producie posibile;

- - - evacuare gaze de coacere,

---- recuperare de energie pentru:

1 - usctor,

2 - prencalzire n zona de intrare.

Rezistoarele:
fier-crom-aluminiu (1250-1300 C)bisiliciur de molibden (>1300 C).
Consumul specific de energie electric

este de 0,75 kWh/kg de pies tratat

Figura 5.5 prezint ciclul termic al unui cuptor de coacere de vase culinare, capacitate 8 t/zi, avnd 50 m lungime, 2,50 m lime i 2,80 m nlime.

Puterea total de nclzire este repartizat n 8 zone separate de alimentare i reglare: patru zone de precoacere (40 i 70 kW) i patru zone de coacere de 85 kW.

Rezistoarele sunt din conductor spiralat de Fe-Cr-Al dispuse pe pereii din crmizi refractare pentru primele patru zone i din tuburi verticale din alumina pentru celelalte zone (poziia este dictat de necesitatea unor nlocuiri rapide).

Consumul de energie este de 0,75 kWh/kg de pies tratat

Interesul pentru cuptorul continuu se datoreaz consumului redus de energie electric, cu condiia ca rata sa de ncrcare s fie corect, ntr-adevr, acest cuptor este nclzit odat pe an; pierderile se reduc la pierderile prin perei, pierderi datorate renclzirii crucioarelor i suporilor pieselor, ca i pierderilor prin convecie natural la extremitile cuptorului, n consecin, cuptorul este realizat din crmizi refractare izolante clasice.

Dac folosirea cuptorului este proast, adic utilizat foarte rar n regim nominal, consumul su de energie poate depi pe cel al cuptorului cu camer.

APLICAII N INDUSTRIA ALIMENTAR

Intalaiile electrice cu rezistoare sunt utilizate n procesele de:
uscare coacere sectoare foarte diverse.
Temperaturile (400 - 450 C)

Rezistoarele sunt din Ni-Cr.

SISTEME DE REGLARE A TEMPERATURII

nclzire cu rezistoare

Cuptoarele cu rezistoare permit obinerea unei precizii ridicate n reglarea temperaturii din interiorul cuptorului sau a temperaturii arjei, eventual n a le face s evolueze dup un ciclu prestabilit, astfel nct rezistoarele s nu depeasc temperatura maxim admis. Atingerea temperaturii dorite va depinde de repartiia i natura corpurilor de nclzit, de agitarea atmosferei ca i de modul adoptat pentru reglarea temperaturii. Primele trei caracteristici traduc calitatea concepiei termice a cuptorului i fac posibil reglarea unei temperaturi precise i omogene. Reglarea, ns, permite ajustarea fin a temperaturii.

Atingerea temperaturii dorite:
repartiia i natura corpurilor de nclzit,de agitarea atmosfereimodul adoptat pentru reglarea temperaturii.

SISTEME DE REGLARE A TEMPERATURII

Dpdv. al reglrii se disting dou categorii de instalaii electrice de nclzire:
de putere specific redus (< 15 kW/m2 de suparafa de perete) reglare clasic;de putere mare i de inerie mic soluie mai elaborat (de regulatoare PID)

Schema generala a unui echipament electrotermic

Instalaiile electrice de nclzire cu rezistoare comport n general dou tipuri de reglaj:
puterii electrice temperaturii:temperatura arjeicea a rezistenei.

Sistemul de reglare al temperaturii
detectoare care msoar temperatura cuptorului (sau a rezistorului) => mrime electric echivalentpirometru sond pirometric cu termocuplu:fier -constantan la o temperatur de pn la 900Ccrom-aluminiu la o temperatur de pn la 1200C,platin - platina - rhodiu pn la 1600Caparat de msurare al temperaturii timpul de rspuns (intervalul de timp n care vor indica o temperatur de 95 % din valoarea real).dispozitiv de comparare ntre temperatura msurat i cea de consemn: mecanic, fotoelectric sau de inducie:sunt detectoarele electrice sau electronice calcularea direct a abaterii dintre valoarea msurat i cea de consemnsistem de comand i de variaie a puterii

! Poziia sondelor ntr-un cuptor este fundamental. Sonda care regleaz temperatura arjei trebuie s primeasc direct radiaia acesteia, n timp ce sonda care regleaz temperatura rezistorului trebuie amplasat n punctul cel mai cald punct (zon) din imediata vecintate a rezistorului.

!! Dac transferul de cldur se face prin convecie i radiaie, sonda trebuie situat n imediata vecintate a arjei (o alta sond poate fi plasat n interiorul arjei pentru a putea aprecia sfritul nclzirii).

REGLAREA PUTERII PRIN CONTACTOARE REGLARE CONTINUAMODULAREA PUTERII

Dezavantaje:
riscul de topire a contactoarelor;necesitatea de a avea un "diferenial": ntreruperea nu se poate face la aceeai temperatur ca anclanarea sonda pirometric.variaii permanente ale temperaturii rezistenelor ntre temperatura cuptorului (contactor deschis) i temperatura de supranclzire datorate puterii disipate (contactor nchis).

1. REGLAREA PUTERII PRIN CONTACTOARE

REGLAREA

in 2 trepte

in 3 trepte


2. REGLAREA CONTINU

Valoarea puterii aplicate va fi modulat:
n funcie de diferena dintre temperatura msurat i temperatura de consemn a cuptoruluimodul de evoluie a acesteia n timp Reglare analogicReglare autoadaptivReglare numeric

REGLAREA

in 2 trepte

Reglarea "tot sau nimic":a - Schema de principiu, b-Creterea de temperatura a atmosferei din cuptor (I) i a rezistoarelor (II).

2. REGLAREA CONTINU

Reglare analogic dispozitive de tip PID

Reglarea dispozitivelor de tip PID

Corecia const ntr-o " recalare" a temperaturii de consemn. Acesta a doua corecie este de tip "integral". Pentru a dovedi acesta, s considerm curba de evoluie a temperaturii ntre timpul t0 i timpul t, adic arcul TOT, scopul fiind atingerea temperaturii de consemn rcons (fig.3.8). Aciunea integral este proporional cu suprafaa de sub curba POTOTP. Aceast a doua corecie are acelai sens cu cea "proporional": n timpul creterii temperaturii ea are tendina s deschid tiristorul.

Dac creterea de vitez este rapid, ansamblul celor dou corecii permite s se ating temperatura de consemn, dar probabil prin valori superioare, adic dup o depire a valorii de consemn (numit uneori suprareglaj).

Reglarea arjei cu dispozitive de tip PID
faz I - temperatura rezistoarelor crete pn la valoarea de consemn, puterea furnizat este maxim i constant;faz II - rezistoarele se menin la temperatura de consemn, puterea furnizat diminueaz progresiv;faz III - se intr n banda proporional a regulatorului cnd acesta va prelua controlul nclzirii cuptorului i temperatura rezistoarelor va scdea pentru a se stabili la o valoare uor superioar temperaturii arjei.

3. MODULAREA PUTERII
Metode clasiceModularea cu ajutorul tiristoarelor

Metode clasice


2. Modularea cu ajutorul tiristoarelor

impulsurile sunt forte scurte, mai mici de 1/100 secunde: tiristorul nu las s treac curentul dect pe o fraciune din alternan, adic funcionarea n "unghi defaz"(fig.3.12, a).impulsurile sunt relativ lungi: tiristorul las s treac curentul n "trenuri de unde" (durata unei unde este de 0,02 secunde) (fig.3.13, d);


n cazul funcionrii n unghi de faz, valoarea instantanee a curentului :



Valoarea efectiv a curentului i(t) i puterea activ P vor fi:



Variatorii de putere permit, oricare ar fi modul de funcionare, reglarea mai mult sau mai puin continu a puterii injectate n cuptor. Pot apare unele inconveniente. De aceea este necesar a se analiza: factorul de putere al inst alaiei, energia reactiv consumat de instalaie, regimul deformant generat de instalaie, problema paraziilor i a flickerului.

Posibiliti practice de reducere a consumurilor energetice n cazul:

recuperarea cldurii n procesul de rcire a pieselor (camere de rcire n care se introduc piesele care urmeaz a fi nclzite camere cu flux dublu);

reducerea pierderilor n cuptor (limitarea pierderilor prin prile deschise ale cuptorului, limitarea pierderilor prin acumulare de cldur n perei utilizarea de fibre ceramice pentru realizarea pereilor limitarea temperaturii mantalei exterioare la 60 80C);

modificri n procesul tehnologic pentru limitarea intervalelor de subncrcare a cuptorului pe durata unui ciclu;

reglarea temperaturii n funcie de proces (se sigur limitarea pierderilor de caldur i calitatea produsului finit);

sisteme de reglare a temperaturii (pot determina importante perturbaii electromagnetice n reeaua electric de alimentare).


n figura este prezentat bilanul energetic comparativ pentru nclzirea unui produs (bar) n cuptor cu flacr (fig. 10.9 a)) i prin procedee electrice (fig. 10.9 b)). Analiza datelor din figura 10.9 pune n eviden faptul c, la nclzirea electric, realizarea unui randament energetic superior poate fi obinut prin creterea randamentelor de producere a energiei electrice din combustibil.

a) b)

Bilanul energetic la nclzirea unei bare:

a) nclzirea n cuptor cu combustibil gazos; b) nclzirea electric direct.

Energie

util

8,9 % Pierderi

prin metal ars

3,3 %Pierderi

la distribuia

combustibilului

44,4 % Pierderi

prin gaze arse

18,9% Pierderi prin

pereii cuptorului

5,6% Pierderi prin ra-

diaie la deschide-

rea cuptorului

3,3 %

Procese de oxidare a metalului

22,2 %

100 %

Energie

util

2,6 % Pierderi

prin metal ars

65,8% Pierderi la

producerea energiei

electrice

3,4 % Pierderi prin

radiaie

3,2 % Pierderi n

transformatorul de

adaptare i contacte

100%

1,3 % Procese

de oxidare

26,3 %

Energie primar

Energie primar

CALCULUL CUPTOARELOR ELECTRICE CU NCLZIRE INDIRECT

Proiectarea cuptoarelor electrice cu rezistoare cuprinde urmtoarele etape:
calculul termic i construcia zidriei cuptorului;calculul electric al rezistoarelor cuptorului
Calculul electric al cuptoarelor electrice cu rezistoare se face n scopul dimensionrii rezistoarelor astfel nct consumul specific de energie s fie minim

La calculul cuptoarelor electrice cu rezistoare se precizeaz urmtoarele date: materialul ce urmeaz a fi nclzit, forma ncrcturii, regimul tehnologic necesar (temperatura de nclzire, timpul de nclzire etc.), condiii tehnologice speciale (de exemplu atmosfer de protecie) i productivitatea cuptorului

Calculul electric al cuptoarelor cu rezistoare

Calculul electric al cuptorului cu rezistoare const n:
alegerea materialului rezistoarelor;stabilirea schemei de conexiuni;determinarea dimensiunilor rezistoarelor;amplasarea rezistoarelor n interiorul cuptorului;determinarea randamentului i a consumului specific de energie al cuptorului.
Datele necesare pentru calcul sunt:
puterea instalat a cuptorului Pi,tensiunea de alimentare U;temperatura maxim de lucru a cuptorului cm sau a zonei termice respective.

Materialul rezistoarelor

Calculul electric al cuptoarelor cu rezistoare

se alege astfel nct temperatura sa maxim de lucru s depeasc cu circa 2...10% temperatura maxim a cuptorului

Puterea specific a rezistoarelor

P este puterea rezistorului, n W;

A suprafaa lateral a rezistorului, n m2.

Durata de funcionare a rezistoarelor este determinat de puterea lor specific Ps, adic fluxul termic pe care-l pot emite n condiiile date din cuptor

Puterea specific a rezistoarelor din cuptoarele cu temperatur joas (sub 700C)

puterea specific

P [W] este puterea rezistorului;

A [m2] suprafaa lateral a rezistorului;

c [W/m2C ] coeficientul de transmitere a cldurii prin convecie;

1 temperatura rezistorului;

2 temperatura maxim a fluidului care spal rezistorul

Dimensionarea rezistoarelor

Pf [W] este puterea rezistoarelor pe o faz;

Uf [V] tensiunea aplicat rezistoarelor;

R [ ] rezistena pe o faz a rezistoarelor;

[ mm2/m] rezistivitatea materialului rezistorului la temperatura de lucru;

l [m] lungimea pe o faz a rezistorului;

s [mm2] seciunea rezistorului;

Psa [W/m2] puterea specific admisibil a rezistorului;

A [m2] suprafaa lateral a rezistorului.

Rezistoarele trebuie s fie astfel dimensionate nct s asigure consumul de cldur al cuptorului la o durat ct mai mare de funcionare a rezistoarelor

Pentru rezistoare din srm cu diametrul d:

Dimensionarea rezistoarelor

diametrul

lungimea

Diametrul mediu D al spirei nclzitorului se alege din condiia de stabilitate mecanic. n mod obinuit D = (410)d. Pentru pasul p al spiralei se impune condiia: p < 2d

Pentru rezistoare din band, notnd m = b/a, se obin dimensiunile benzii:

lungimea:

Pentru firul rezistiv de seciune dreptunghiular, , nlimea elementului rezistiv A < 100a (din considerente mecanice) i se recomand ca pasul spirei s ndeplineasc condiia p < 2b.

Elemente nclzitoare ale instalaiilor cu rezistoare:

a - rezistoare din srm

b rezistoare din band

Amplasarea rezistoarelor n cuptor se face astfel nct s se asigure cea mai bun transmitere a cldurii la materialul de nclzit; de exemplu n cazul pieselor aezate vertical, rezistoarele se vor plasa n pereii laterali, iar n cazul pieselor plate, se vor plasa pe bolt i sub vatr.

Concluzii
Cuptoarele cu rezistoare sunt larg utilizate n industrie i au puteri nominale relativ mari.Aceste instalaii pot determina perturbaii importante n reeaua electric de alimentare i pot conduce la consumuri specifice ridicate.n prezent sunt realizate elemente nclzitoare cu temperaturi de lucru pn la 2000 0C.Utilizarea cuptoarelor cu rezistoare n procesele de tratare termic a semifabricatelor, cu consumuri importante de energie electric, impune analiza aspectelor privind utilizarea eficient a energiei.ncrcarea la capacitatea nominal a cuptorului, reducerea pierderilor prin perei, precum i recuperarea cldurii n procesele de rcire sunt principalele mijloace privind utilizarea raional a energiei electrice

Avantaje ale procesarii electrotermice cu rezistoare
Gama larg de temperaturi disponibile Posibilitatea reglrii precise a temperaturii => dozarea energiei termice n funcie de cerinele procesului corelarea puterii electrice absorbite cu cerinele tehnologicePosibilitatea concentrrii energiei termice => consumuri specifice reduse Spaiu de lucru nchis => posibilitatea controlului atmosferei int. Posibilitatea controlului automat al procesului tehnologic Posibilitatea funcionrii n regim intermitent Spaiu de lucru relativ redus Gama larg a puterilor unitare: sute W zeci MW.
Concluzii

Reducerea consumului de energie =>

cantitatea de dioxid de carbon (CO2) evitat

Fiecare kWh economisit reprezint, din punct de vedere al polurii, 1 kg CO2 mai puin n atmosfer

Gestionarea raional a energiei = proces de evaluare a necesarului de energie pentru realizarea unui produs sau unui serviciu i a metodelor pentru reducerea a consumului, fr a afecta calitatea produsului sau serviciului.

Gestionarea raional a energiei

Concluzii

Dei nu este singurul element poluator, CO2 reprezint un factor important de poluare, care nsoete majoritatea proceselor energetice.

n acest sens, eficiena msurilor pentru reducerea consumului de energie poate fi evaluat, ntr-o prim aproximaie, prin cantitatea de dioxid de carbon (CO2) evitat.

Reducerea consumului de energie poate fi evaluat, prin cantitatea de dioxid de carbon (CO2) evitat (de alt fel, acesat definitie corespunde si eficientei energetice).

arderea combustibililor fosili n centralele electrice reprezint sursa cea mai important de emisii poluante n atmosfer dintre toate etapele - extragere, transport i utilizare a acestora.

Limitarea nivelului de poluare a mediului i meninerea rezervelor de materii prime i de energie pentru generaiile viitoare sunt principalele inte ale analizelor privind eficiena energetic prin prisma conceptului de dezvoltare durabil. n acest sens, eficiena msurilor pentru reducerea consumului de energie poate fi evaluat, ntr-o prim aproximaie, prin cantitatea de dioxid de carbon (CO2) evitat. Dei nu este singurul element poluator, CO2 reprezint un factor important de poluare, care nsoete majoritatea proceselor energetice.

Deoarece ntr-un sistem electroenergetic exist centrale termoelectrice care utilizeaz diferite tipuri de combustibil, se poate considera, cu o bun aproximaie, c fiecare kWh economisit reprezint, din punct de vedere al polurii, 1 kg CO2 mai puin n atmosfer.

INSTALAII CU RADIAII INFRAROII

nclzirea cu radiaii infraroii i gsete utilizarea n procese care necesit cantiti precise de energie radiant, de obicei cu lungimi de und determinate i care pot fi direcionate spre obiectul de nclzit, evitndu-se astfel nclzirea aerului sau a altor pri din echipament

Avantaje:
randament ridicat < = > randamentul surselor de RI i modalitatea transmiterii energiei ntre surs i corp < = > absorbie redus a radiaiei de atmosferele gazoase;inerie termic redus (temp. de func. < = > 5 min. i vitez mare de cretere a temperaturii);densiti de putere ridicate < = > reducerea duratei procesului de nclzire i a pierderilor termice;nclzire omogen datorit penetrrii RI (limitat la cteva zeci de mm);productivitate ridicat;condiii de curenie i siguran a exploatrii;instalaii de nclzire relativ simple i ieftine, de dimensiuni reduse, permind modificri constructive uor de realizat;reglarea temperaturii se poate face continuu i precis, cu timpi mori redui.
APLICAII ALE INSTALAIILOR CU RADIAII INFRAROII

Sursele electrice de RI avantaje fa de sursele neelectrice:
varietate mare a surselor, dpdv al puterilor i al domeniilor de lungimi de und;randament general mai ridicat;intrare i ieire din funciune practic instantanee;ntreinere redus;absena poluriietc.

! Soarele nu este singurul generator de radiaii infraroii, ci toate obiectele calde cele aflate peste temperatura de 0 absolut emit radiaii infraroii.

!! Cu cat un obiect este mai cald cu att emite mai mult energie sub form de radiaii infraroii, micorndu-i lungimea de und a radiaiei din spectrul corespunzator.

Lungimile de und ale diferitelor domenii ale undelor electromagnetice.
UltravioletVizibilBanda infraroiiMicroundeUndescurtemediilungihertzienem 0,38 0,76 2 4 101000

nclzirea cu radiaii infraroii
Domeniul lungimilor de und utilizat pentru nclzirea cu radiaii infraroii este 0,76 10 m i este mprit n trei benzi:
RI scurte (A), cu = 0,76 2 m (1,4 m);

RI medii (B), cu = 2 4 m (1,4 3 m);

RI lungi (C), cu = 4 10 m (3 10 m).
nclzirea cu radiaii infraroii i gsete utilizarea n procese care necesit cantiti precise de energie radiant, de obicei cu lungimi de und determinate i care pot fi direcionate spre obiectul de nclzit, evitndu-se astfel nclzirea aerului sau a altor pri din echipament
*

nclzirea cu radiaii infraroii
Alegerea domeniului de RI se bazeaz pe proprietile chimice i fizice care determin spectrul de absorbie n infrarou al produsului, fiind de dorit ca radiaia emis s aib un maxim de emisie pe lungimi de und n zona valorii maxime a factorului spectral de absorbie
a

0,8

0,6

0,4

0,2

0

1,6 3,2 4,8 6,4 8,0 [m]

Acordarea caracteristicilor sursei RI (curba 2) cu spectrul de absorbie al produsului (curba 1).

1

2

*

Domeniu de utilizarePutere specific necesar In kW/m2 sau consumul specific de energie in kWh/kgUscarea suprafeei vopsite5-15kW/m2Uscarea hrtiei i cartonului3-20 kW/m2Uscarea materialeleor textile1,4-1,8 kWh/kg ap eliminatUscarea materialeleor ceramice i minerale0,2-0,3 kWh/kgUscarea miezurilor de turntorie0,1-0,25 kWh/kgUscarea produselor agricole0,1 5-0,20 kWh/kgUscarea legumelor i a fructelor0,7-0,2 kWh/kgUscarea fainii si a pastelor ftinoase0,28-0,38 kWh/kgUscarea pielriei i a nclmintei0,7-1 kWh/kgUscarea cauciucului i a materialelor impegnate0,5-0,6 kWh/kgCoacerea pinii i a biscuiilor5-20 kW/m2Prjirea crnii< 40 kW/m2

uscarea, arderea sau polimerizarea straturilor de protecie sau ornamentale depuse pe diferite suporturi:grunduri, vopsele sau emailuri pe metal, lemn, sticl sau hrtie;depuneri pe piele brut sau prelucrat;acoperiri cu PVC sau cauciuc;straturi de teflon pe ustensile casnice; tehnologia componentelor integrate (creteri epitaxiale) etc;deshidratri i uscri pariale:hrtie, textile, forme de turnare, obiecte metalice dup splare i cltire, cerneluri i acuarele, frunze de tutun, produse farmaceutice etc;nclziri diverse:nclzirea materialelor plastice i a sticlei nainte de turnare,nclzirea metalelor pentru diferite tratamente termice,arderea smalului, pasteurizarea i sterilizarea produselor alimentare, sterilizarea ambalajelor.

! Chiar i corpul omenesc emite radiaii infraroii n lungimea de unda 9-11 m Pe aceste radiaii se bazeaz aparatele de vedere pe timp de noapte sau cele care creaz imaginea termica a unui obiect sau a unei persoane.

Puterea specific a rezistoarelor din cuptoarele cu temperatur nalt (peste 700C)

se consider un cuptor electric ideal, n care nu exist pierderi prin cptueal (Q p= 0) iar rezistorul este executat sub forma unei table subiri care nconjoar ncrctura, ecuaia schimbului de cldur prin radiaie este

temperatura rezistorului

puterea specific a rezistorului ideal

P [W] este puterea rezistorului;

A [m2] este suprafaa lateral a rezistorului;

T1, T2 [K] sunt temperaturile rezistorului i piesei;

C12 [W/m2K4] este coeficientul redus de radiaie.

Puterea total degajat de rezistoare se transmite prin radiaie piesei i suprafeei interioare a pereilor

Puterea absorbit de pies este egal cu suma fluxului termic radiat direct de rezistor i a fluxului termic provenit direct de la suprafaa interioar a pereilor cuptorului:

Puterea consumat pentru acoperirea pierderilor de cldur prin pereii cuptorului:

A12, A13 i A32 sunt suprafeele reciproce de radiaie

Temperatura rezistorului va fi

n care mrimea

suprafaa efectiv a rezistorului

Suprafaa efectiv exprimat n funcie de suprafaa real A1 a rezistorului

ef este coeficientul de eficien a radiaiei rezistorului (depinde de coeficienii redui de radiaie C12, C13, C32, de suprafeele reciproce A12, A13, A32 i de mrimea relativ a pierderilor de cldur P3/P1

Puterea specific a rezistorului real

Concluzii
n Romnia, n prezent, exist mari posibiliti de reducere a consumurilor energetice. De cele mai multe ori, informarea i contientizarea specialitilor are un rol important n determinarea factorilor de decizie pentru efectuarea investiiilor necesare creterii eficienei energetice.Preocuparea pentru mediul ambiant i pentru utilizarea cu grij a resurselor pentru a beneficia i generaiile viitoare, reprezint elementul definitoriu n analiza problemelor legate de gestiunea eficient a energiei electrice.

Concluzii
Conform prognozei Comisiei Europene pentru Energie i transport, pn n anul 2030 consumul de energie electric n Europa va crete cu circa 60% , dar emisiile de CO2 vor crete doar cu 13,7% , n special datorit cresterii eficientei energetice. Preocuparea pentru creterea eficienei n utilizarea energiei va asigura att creterea cantitii de bunuri i servicii la dispoziie, dar i o dezvoltare durabil a societii. Pentru Europa va nsemna i creterea securitii energetice prin limitarea dependenei de resursele din afar.
Instalaii de nclzire

cu rezisten electric

Instalaii cu nclzire

direct

Instalaii cu nclzire

indirect

Instalaii

de nclzire

direct a semi

-

fab

r

icatelor

Instalaii

de nclzire

a lichidelor:

nclzirea

s

ticlei lichide;

nclzirea

apei.

Instalaii

cu radiaii

Instalaii

cu nclzire

prin convecie

Is

talatii de

sudare/lipire

electrica

in pu

n

cte

de tip deschis

(cu radiaii

infraroii).

de tip nchis

(

inst

electrotermice

-

tip incinta

).

Fig.

1

-

Instalaii de nclzire cu rezisten electric.

3

230/400 V; 50 Hz

A

B

C

I

C

T

S

K

1

K

2

Figura 10.8

-

Insta

-

laie de nclzire

direct.

d

0

u, i,

P

P

0

P

u

A

= u

A

i

A

nclzire

Rcire

u

A

A

B

C

BR

T

BA

u

r

RBP

u

d

C

i

A

CR

F

3 230/400 V

u

A

BVD

u

A

a)

0 t

1

t

t

c)

P

P

0

d

b)

Fig. 10.10 Reglajul bipoziional al temperaturii din cuptorul electric.

10 20 30 40 50 60 70 80 (grade)

c)

u

A

i

A

u

A

i

A

i

A1

0 2 3

1

t

I

k

/I

1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

20 40 60 80 100 120 140 160 (grade)

k = 1

k = 3

k = 5

k = 7

b)

u

A

i

A

u

A

i

A

i

A1

0 2 3

1

t

I

k

/I

1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

k = 1

k = 3

k = 5

k = 7

(0,

)

(0, /2)

A

B

C

BR

T

BA

u

r

R

u

d

C

a)

BC

i

A

F

CR

3 230/400 V; 50 Hz

u

A

u

A

r

BVD

Fig. 10.11 Reglarea continu a temperaturii cuptorului electric cu rezistoare.

a)

b)

Bilanul energetic la nclzirea unei bare:

a) nclzirea n cuptor cu combustibil gazos; b) nclzirea electric direct.

Energie

util

8,9

%

Pierderi

prin metal ars

3,3

%

Pierderi

la distribuia

combustibilului

44,4

%

Pierderi

prin gaze arse

18,

9

%

Pierderi prin

pereii cuptorului

5,6

%

Pierderi prin ra

-

diaie la deschide

-

rea cuptorului

3,3 %

Procese

de oxi

-

dare a

meta

lu

lui

22,2

%

100

%

Energie

util

2,6

%

Pierderi

prin metal ars

65,8

%

Pierderi la

producerea energiei

electrice

3,4

%

Pierderi prin

radiaie

3,2

%

Pierderi n

transformatorul de

adaptare i contacte

100

%

1,3

% P

rocese

de oxidare

26,3

%

Energie primar

Energie primar

s

P

P

A

=

(

)

12

sc

P

P

A

aqq

==-

22

ff

f

UU

P

l

R

s

r

==

f

sa

P

P

A

=

3

sa

2

f

2

2

f

P

U

P

4

d

p

r

=

sa

f

P

d

P

l

p

=

(

)

3

sa

2

f

2

f

P

U

1

m

m

P

a

+

=

r

a

m

b

=

(

)

sa

f

P

1

m

a

2

P

l

+

=

15

...

5

a

b

m

=

=

44

12

12

100100

TT

PCA

=-

4

2

4

1

12

100

100

T

P

T

CA

=+

44

12

12

100100

sid

TT

P

PC

A

==-

4

444

3

121

1121312121313

100100100100

T

TTT

PCACA

ff

=+=-+-

4

444

3

122

2123212123232

100100100100

T

TTT

PCACA

ff

=+=-+-

44

44

33

12

3133213133232

100100100100

TT

TT

PCACA

ff

=+=---

4

12

1

12

100

100

ef

PT

T

CA

=+

121213131313323212123232

3

1313323212

1

1

ef

CACACACACACA

A

P

CACAC

P

++

=

-+

1

efef

AA

a

=

44

112

12

1

100100

sef

PTT

PC

A

a

==-

Documents

Inst Rezistoare Lipan