Escalfament d'elèctrodes de medis líquids
Mètode per escalfar un elèctrode utilitzat per escalfar cables II mil: aigua, llet, sucs de fruites i baies, terra, formigó, etc. L'escalfament d'elèctrodes està molt estès a les calderes d'elèctrodes, calderes d'aigua calenta i vapor, així com en els processos de pasteurització i esterilització de mitjans líquids i humits, tractament tèrmic de pinsos.
El material es col·loca entre els elèctrodes i s'escalfa mitjançant un corrent elèctric que travessa el material d'un elèctrode a l'altre. L'escalfament d'elèctrodes es considera calefacció directa; aquí, el material serveix com a mitjà en què l'energia elèctrica es converteix en calor.
L'escalfament d'elèctrodes és la forma més senzilla i econòmica d'escalfar materials; no requereix fonts d'alimentació especials ni escalfadors fets d'aliatges cars.
Els elèctrodes subministren corrent al medi que cal escalfar, i ells mateixos pràcticament no s'escalfen pel corrent. Els elèctrodes estan fets de materials no deficients, sovint metalls, però també poden ser no metàl·lics (grafit, carboni). Per evitar l'electròlisi, feu servir només corrent altern.
La conductivitat dels materials humits està determinada pel contingut d'aigua, per tant, a continuació, l'escalfament d'elèctrodes es considerarà principalment per escalfar aigua, però les dependències donades també són aplicables per escalfar altres mitjans humits.
Escalfament en un electròlit
En enginyeria mecànica i producció de reparacions, utilitzen la calefacció en un electròlit... El producte metàl·lic (peça) es col·loca en un bany d'electròlits (solució 5-10% Na2CO3 i altres) i es connecta al pol negatiu de la font de corrent continu. Com a resultat de l'electròlisi, s'allibera hidrogen al càtode i oxigen a l'ànode. La capa de bombolles d'hidrogen que cobreix la peça representa una alta resistència al corrent. La major part de la calor s'allibera, escalfant la peça. A l'ànode, que té una superfície molt més gran, la densitat de corrent és baixa. En determinades condicions, la peça s'escalfa per descàrregues elèctriques que es produeixen a la capa d'hidrogen. La capa de gas al mateix temps serveix com a aïllament tèrmic, evitant que l'electròlit de la peça es refredi.
L'avantatge de l'escalfament a l'electròlit és una densitat d'energia important (fins a 1 kW / cm2), que proporciona una alta velocitat d'escalfament. No obstant això, això s'aconsegueix mitjançant un major consum d'energia.
Resistència elèctrica dels cables II mil
Conductors tipus II anomenats electròlits... Inclouen solucions aquoses d'àcids, bases, sals, així com diversos materials líquids i que contenen humitat (llet, pinso humit, terra).
Hi ha aigua destil·lada disponible resistència elèctrica uns 104 ohms x m i pràcticament no condueix l'electricitat, i l'aigua químicament pura és un bon dielèctric. L'aigua "ordinària" conté sals dissoltes i altres compostos químics les molècules dels quals es dissocien a l'aigua en ions, donant conductivitat iònica (electròlit).La resistència elèctrica específica de l'aigua depèn de la concentració de sals i es pot determinar aproximadament per la fórmula empírica
p20 = 8 x 10 / C,
on p20 — resistència específica de l'aigua a 200 C, Ohm x m, C — concentració total de sals, mg/g
L'aigua atmosfèrica no conté més de 50 mg/l de sals dissoltes, aigua de riu — 500 — 600 mg/l, aigua subterrània — de 100 mg/l a diversos grams per litre. Els valors més comuns per a la resistència elèctrica efectiva p20 per a l'aigua es troben entre 10 i 30 Ohm x m.
La resistència elèctrica dels conductors tipus II depèn significativament de la temperatura. A mesura que augmenta, augmenta el grau de dissociació de les molècules de sal en ions i la seva mobilitat, de manera que augmenta la conductivitat i disminueix la resistència. Per a qualsevol temperatura T abans de l'inici de l'evaporació notable, la conductivitat elèctrica específica de l'aigua, Ohm x m -1, està determinada per la dependència lineal
yt = y20 [1 + a (t-20)],
on y20 — conductivitat específica de l'aigua a una temperatura de 20 o C, a — coeficient de conductivitat de temperatura igual a 0,025 — 0,035 o° C-1.
En els càlculs d'enginyeria, solen utilitzar la resistència en lloc de la conductivitat.
pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)
i la seva dependència simplificada p (t), prenent a = 0,025 o° C-1.
Aleshores, la resistència a l'aigua es determina mitjançant la fórmula
pt = 40 p20 / (t +20)
En el rang de temperatura 20 - 100 OS, la resistència a l'aigua augmenta de 3 a 5 vegades, al mateix temps que canvia l'energia consumida per la xarxa.Aquest és un dels desavantatges significatius de l'escalfament d'elèctrodes, que comporta una sobreestimació de la secció transversal dels cables d'alimentació i complica el càlcul de les instal·lacions de calefacció d'elèctrodes.
La resistència específica de l'aigua obeeix a la dependència (1) només abans de l'inici de l'evaporació notable, la intensitat de la qual depèn de la pressió i la densitat de corrent en els elèctrodes. El vapor no és conductor del corrent i, per tant, la resistència de l'aigua augmenta durant l'evaporació. En els càlculs, això es té en compte pel coeficient bv en funció de la pressió i la densitat de corrent:
pcm d'escriptori = strv b = pv a e k J
on escriptori m — resistència específica de l'aigua de la mescla — vapor, strc — resistència específica de l'aigua sense evaporació notable, a — una constant igual a 0,925 per a l'aigua, k — valor en funció de la pressió a la caldera (podeu prendre k = 1,5 ), J — densitat de corrent als elèctrodes, A / cm2.
A pressió normal, l'efecte d'evaporació és efectiu a temperatures superiors a 75 °C. Per a les calderes de vapor, el coeficient b arriba a un valor d'1,5.
Sistemes d'elèctrodes i els seus paràmetres
Sistema d'elèctrodes: un conjunt d'elèctrodes, connectats d'una manera determinada entre si i a la xarxa d'alimentació, dissenyats per subministrar corrent a l'ambient escalfat.
Els paràmetres dels sistemes d'elèctrodes són: nombre de fases, forma, mida, nombre i material dels elèctrodes, distància entre ells, circuit elèctric connexions («estrella», «delta», connexió mixta, etc.).
Quan es calculen els sistemes d'elèctrodes, es determinen els seus paràmetres geomètrics, que asseguren l'alliberament d'una determinada potència a l'ambient escalfat i exclouen la possibilitat de modes anormals.
Subministrament d'un sistema d'elèctrodes trifàsics en una connexió en estrella:
P = U2l / Rf = 3Uf / Re
Subministrament d'un sistema d'elèctrodes trifàsics amb una connexió delta:
P = 3U2l / Re
A un voltatge donat, el sistema d'elèctrodes de potència Ul P està determinat per la resistència de fase Rf, que és la resistència del cos de calefacció tancat entre els elèctrodes que formen la fase. La forma i la mida del cos depèn de la forma, la mida i la distància entre els elèctrodes. Per al sistema d'elèctrodes més senzill amb elèctrodes plans cadascun, b, alçada h i la distància entre ells:
Rf = pl / S = pl / (bh)
on, l, b, h — paràmetres geomètrics del sistema pla-paral·lel.
Per a sistemes complexos, la dependència de Re dels paràmetres geomètrics no sembla tan fàcil d'expressar. En el cas general, es pot representar com Rf = s x ρ, on c és un coeficient determinat pels paràmetres geomètrics del sistema d'elèctrodes (es pot determinar a partir de llibres de referència).
Les dimensions dels elèctrodes per assegurar el valor requerit Rf, es poden calcular si es coneix la descripció analítica del camp elèctric entre els elèctrodes, així com la dependència p dels factors que el determinen (temperatura, pressió, etc.).
El coeficient geomètric del sistema d'elèctrodes es troba com a k = Re h / ρ
La potència de qualsevol sistema d'elèctrodes trifàsics es pot representar com P = 3U2h / (ρ k)
A més, és important garantir la fiabilitat del sistema d'elèctrodes, per excloure danys al producte i avaria elèctrica entre els elèctrodes. Aquestes condicions es compleixen limitant la força de camp a l'espai interelèctrode, la densitat de corrent als elèctrodes i l'elecció correcta del material de l'elèctrode.
La força admissible del camp elèctric a l'espai interelèctrodes està limitada pel requisit d'evitar avaria elèctrica entre els elèctrodes i interrompre el funcionament de les instal·lacions. Tensió permesa Eadd els camps es seleccionen segons la rigidesa dielèctrica Epr els camps es seleccionen segons la rigidesa dielèctrica Epr del material, tenint en compte el factor de seguretat: Edop = Epr / (1,5 … 2)
El valor d'Edon determina la distància entre els elèctrodes:
l = U / Edop = U / (Jadd ρT),
on Jadd — densitat de corrent admissible als elèctrodes, ρt és la resistència de l'aigua a la temperatura de funcionament.
Segons l'experiència del disseny i el funcionament dels escalfadors d'aigua d'elèctrode, el valor d'Edon es pren en el rang (125 ... 250) x 102 W / m, el valor mínim correspon a la resistència de l'aigua a una temperatura de 20 О A menys de 20 Ohm x m, el màxim és la resistència de l'aigua a una temperatura de 20 OC més de 100 Ohm x m.
La densitat de corrent admissible està limitada a causa de la possibilitat de contaminació de l'ambient escalfat amb productes nocius d'electròlisi als elèctrodes i la descomposició de l'aigua en hidrogen i oxigen, que formen un gas explosiu a la mescla.
La densitat de corrent admissible es determina per la fórmula:
Jadd = Edop / ρT,
on ρt és la resistència a l'aigua a la temperatura final.
Densitat de corrent màxima:
Jmax = kn AzT / C,
on, kn = 1,1 ... 1,4 — un coeficient tenint en compte la irregularitat de la densitat de corrent a la superfície de l'elèctrode, Azt és la força del corrent de treball que flueix des de l'elèctrode a la temperatura final, C és l'àrea de la superfície activa de l'elèctrode.
En tots els casos, s'ha de complir la condició següent:
ДжаNS afegir
Els materials dels elèctrodes han de ser electroquímicament neutres (inerts) respecte a l'ambient escalfat. És inacceptable fer elèctrodes d'alumini o acer galvanitzat. Els millors materials per als elèctrodes són el titani, l'acer inoxidable, el grafit elèctric, els acers grafitats. En escalfar aigua per a necessitats tecnològiques, s'utilitza acer al carboni normal (negre). Aquesta aigua no és apta per beure.
Ajustar la potència del sistema d'elèctrodes possible canviant els valors U i R... Molt sovint, quan s'ajusten la potència dels sistemes d'elèctrodes, recorren a canviar l'alçada de treball dels elèctrodes (l'àrea de l'actiu superfície dels elèctrodes) introduint pantalles dielèctriques entre els elèctrodes o canviant el coeficient geomètric del sistema d'elèctrodes (determinat per llibres de referència en funció dels esquemes dels sistemes d'elèctrodes).