UNIVERSITATEA ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICA

SI TEHNOLOGIA INFORMATIEI

TEZA DE DOCTORAT

STUDIUL OBTINERII PARAMETRILOR

DE CONVERSIE ENERGETICA

NECESARI PENTRU USCAREA MATERIALELOR

PRIN INCALZIRE INDUCTIVA

rezumat

Coordonator stiintific:

Prof. univ. dr. ing. TEODOR MAGHIAR

Doctorand:

Ing. DINICU BRAGHINA

O R A D E A

2009

STUDIUL OBTINERII PARAMETRILOR DE CONVERSIE

ENERGETICA NECESARI PENTRU USCAREA

MATERIALELOR PRIN INCALZIRE INDUCTIVA

I. Scopul cercetarii

Lucrarea de doctorat, pe care cu permisiunea dvs. o voi prezenta public in

rezumat, cu titlul Studiul obtinerii parametrilor de conversie energetica necesari

pentru uscarea materialelor prin incalzire inductiva mi-a fost propusa de

coordonatorul meu stiintific prof. univ.dr.ing. Teodor Maghiar, ca urmare unei

sugestii venita din partea unui colegiu tehnic de a cerceta si proiecta o instalatie de

incalzire inductiva de mici dimensiuni, cu care s-ar putea dota un laborator de

specialitate.

Tehnologiile moderne, care au la baz nclzirea prin inducie, cunosc o

dezvoltare rapid n ultima vreme, n contextul economiei de material i energie,

al automatizrii proceselor industriale. Metoda are o larg aplicabilitate la

topire, nclzirea pentru deformare plastic, tratamentul superficial, sudur etc.

Comparativ cu alte metode de nclzire, nclzirea prin inducie se realizea

z n instalaii complexe care permit includerea de linii automate de fabricaie.

Metoda asigur productiviti ridicate i acuratee deosebit a prelucrrii. n

ara noastr instalaiile electrotehnice industriale reprezint elemente indispen

sabile obinerii oelurilor aliate de calitate i altor aliaje metalice. Incalzirea prin

inductie electromagnetica constituie un procedeu principal al electrotehnologiei.

Cat priveste utilizarea metodei amintite, ea se poate aplica in doua mari

domenii practice: pe de oparte, in metalurgie, in tratamente speciale, prelucrari la

cald, (calirea superficiala a pieselor din otel inalt aliat, in topirea aliajelor, sau la

deformari plastice, pe de alta parte, in industria usoara sau alimentara la usca-

rea unor materiale sau la prepararea unor alimente.

1

Structurarea lucrarii pe capitole si subcapitole:

Cap.1. Studiu despre nclzirea inductiva

1.1. Legea induciei electromagnetice

1.2. Efectul pelicular

1.3. Efectul de proximitate

1.4. Componentele instalaiei i metodele de nclzire inductiv

1.5. Clasificarea i domeniile de utilizarea a incalzirii inductive

Cap.2. Regimuri termice la nclzirea pieselor feromagnetice

2.1. Regimuri termice de baz

2.2. Schimbri ale proprietilor oelului n procesul nclzirii inductive

2.3. Modificarea puterii n nclzirea inductiva. Etapele incalzirii inductive

Cap.3. Aspecte privind nclzirea materialelor

3.1. Regimurile de lucru ale inductorului n procesul nclzirii inductive

3.2. Determinarea fiei de nclzit

Cap.4. Tipuri de inductoare speciale

4.1. Tipuri de baz ale inductoarelor speciale

4.2. Inductoare cu ecran electromagnetic

4.3. Inductoare transformatoare

Cap.5. Construcia inductoarelor

5.1. Construcia elementelor de baz ale inductoarelor

Cap.6. Schema electric echivalenta a ansamblului inductor-pies de

nclzit i indicatorii energetici ai nclzirii

6.1. Schema electric echivalent a unui cilindru feromagnetic

6.2. Indicatori energetici ai nclzirii inductive

2

Cap.7. Calcularea inductoarelor pentru piese feromagnetice

7.1. Calcularea inductanei proprii a inductorului

7.2. Tensiunea de alimentare ale inductorului

7.3. Calcularea rezistenei i reactanei conductorului inductor

7.4. Calcularea inelor de alimentare

7.5. Randamentul electric

7.6. Alegerea frecvenei

Cap.8. Rezultatele calculelor

8.1. Calcularea inductanei proprii ale inductoarelor

8.2. Calcularea puterii specifice pe unitate de suprafa

8.3. Calcularea factorului de putere

8.4. Calcularea reactanelor inductoarelor

8.5. Calcularea cderilor de tensiune

8.6. Calcularea randamentului inductor-pies

8.7. Calcularea presiunii din inductor

8.8. Calcularea rcirii cu ap a inductorului

Cap.9. Uscarea materialelor prin nclzire inductiva

9.1. Suprauscarea cu vapori de apa

9.2. Descrierea procedeului

9.3. Configuraia sistemului

9.4. Sistemul nclzitor

9.5. Rezultate experimentale

3

Am proiectat o instalaie de nclzire inductiv care poate utila un laborator

scolar i am studiat un procedeu capabil s corecteze profilul de umiditate final al

materialului.

n primele dou capitole am realizat descrierea prilor componente ale

instalaiei , metodele de nclzire, clasificarea i domeniile de utilizare ale acestora,

prezentarea Legii induciei electromagnetice, a Efectului pelicular i al Efectului de

proximitate, regimurile termice de baz, schimbri ale proprietilor oelului n

procesul nclzirii, modificarea puterii folosite i etapele nclzirii.

n capitolul al 3-lea am prezentat aspecte privind nclzirea materialelor n

vederea tratrii lor la diferite regimuri: rece, intermediar, fierbinte. Am calculat

inductorul pentru nclzirea materialelor i am determinat fia de nclzit.

In capitolul al 4-lea am prezentat tipuri de baz ale inductoarelor speciale,

cum ar fi : inductoare cu ecran electromagnetic i inductoare-transformatoare.

n capitolul al 5-lea am prezentat procedeul de construcie a elementelor de

baz ale inductoarelor.

n capitolul 6 am descris schema electric echivalent a ansamblului

inductor-corp de nclzit i indicatorii energetici a unui cilindru feromagnetic de

seciune circular, precum i indicatorii energetici ai nclzirii, respectiv

randamentul electric.

Capitolul al 7-lea descrie bazele generale ale calculului inductoarelor pentru

piese feromagnetice, acestea fiind: calculul inductanei proprii, tensiunea de

alimentare a inductorului, calculul rezistenei i reactanei conductorului inductor,

calculul inelor de alimentare, randamentul electric i nu n ultimul rnd alegerea

frecvenei.

n capitolul al 8-lea am prezentat rezultatele calculelor obinute n urma

dimensionarii inductorului. Pe baza acestor rezultate am realizat o instalaie de

4

nclzire inductiv utilizat pentru studierea profilului de umiditate final al produ-

sului nclzit.

n capitolul al 9-lea am prezentat procedeul utilizat pentru uscarea,

configuraia sistemului, sistemul nclzitor i rezultatele obinute n urma

experimentelor.

Metoda studiat pentru meninerea unei umiditi peste tot acceptabil

const n a suprausca ansamblul produsului, acionnd asupra presiunii vaporilor

(Pv) i a vitezei de rotaie a cilindrului (Vrc).

n urma analizrii rezultatelor experimentale, am constatat c utilizarea

captatorilor de temperaturi infraroii este posibil ca un mijloc de a controla

umiditatea final a produsului.

Rezultatele prezentate n capitolul 9, arat c nclzirea prin inducie posed

o bun potenialitate pentru omogenizarea profilului, coninutul n ap final a

produsului uscat pe cilindru, dar trebuie inut cont de ineria termic a sistemului.

Tot n acest capitol 9, n urma analizrii rezultatelor experimentale am observat c

nclzirea prin inducie la aceast putere 1100 W / 25 cm nu se face instantaneu,

exist un anuit timp de rspuns nainte s se ajung la temperatura dorit.

Metoda nclzirii inductive se bazeaz pe urmatoarele legi si efecte:

1. Legea induciei electromagnetice;

2. Efectul pelicular;

3. Efectul de proximitate;

4. Variatia proprietatilor otelului in procesul incalzirii;

Fenomenele fizice ale incalzirii inductive sunt:

-transferul energiei de la inductor la corpul de nclzit;

-transformarea n cldur, a energiei electrice, prin efectul Joule;

-transmiterea cldurii n ntreaga mas, prin conducie termic.

5

nclzirea prin inducie s-a dezvoltat ca unul dintre principalele procedee ale

electrotehnologiei si este utilizat pentru:

-topirea, meninerea n stare cald i supranclzirea metalelor (oel, font,

cupru, aluminiu, zinc, magneziu i aliajele lor) n cuptoare cu creuzet sau cu canal;

-nclzirea n profunzime a semifabricatelor din oel, cupru, aluminiu .a.,

sub form de blocuri, bolari, bare, table, srme .a., ce urmeaz a fi prelucrate la