Riscaldamento dell'elettrodo di fluidi liquidi
Metodo per riscaldare un elettrodo utilizzato per riscaldare fili II mil: acqua, latte, succhi di frutta e bacche, terra, cemento, ecc. Il riscaldamento degli elettrodi è molto diffuso nelle caldaie ad elettrodi, caldaie per acqua calda e vapore, nonché nei processi di pastorizzazione e sterilizzazione di fluidi liquidi e umidi, trattamento termico dei mangimi.
Il materiale viene posto tra gli elettrodi e riscaldato da una corrente elettrica che passa attraverso il materiale da un elettrodo all'altro. Il riscaldamento dell'elettrodo è considerato riscaldamento diretto: qui il materiale funge da mezzo in cui l'energia elettrica viene convertita in calore.
Il riscaldamento degli elettrodi è il modo più semplice ed economico per riscaldare i materiali; non richiede alimentatori speciali o riscaldatori realizzati con leghe costose.
Gli elettrodi forniscono corrente al mezzo da riscaldare e loro stessi non sono praticamente riscaldati dalla corrente. Gli elettrodi sono realizzati con materiali non carenti, molto spesso metalli, ma possono anche essere non metallici (grafite, carbonio). Per evitare l'elettrolisi, utilizzare solo corrente alternata.
La conduttività dei materiali umidi è determinata dal contenuto d'acqua, pertanto, nel seguito, il riscaldamento dell'elettrodo sarà considerato principalmente per il riscaldamento dell'acqua, ma le dipendenze fornite sono applicabili anche per il riscaldamento di altri mezzi umidi.
Riscaldamento in un elettrolita
Nell'ingegneria meccanica e nella produzione di riparazioni, usano il riscaldamento in un elettrolita... Il prodotto metallico (parte) viene posto in un bagno elettrolitico (soluzione al 5-10% Na2CO3 e altri) e collegato al polo negativo della sorgente di corrente continua. Come risultato dell'elettrolisi, l'idrogeno viene rilasciato al catodo e l'ossigeno all'anodo. Lo strato di bolle di idrogeno che ricopre la parte rappresenta un'elevata resistenza alla corrente. La maggior parte del calore viene rilasciata al suo interno, riscaldando la parte. All'anodo, che ha una superficie molto più ampia, la densità di corrente è bassa. In determinate condizioni, la parte viene riscaldata da scariche elettriche che si verificano nello strato di idrogeno. Lo strato di gas allo stesso tempo funge da isolamento termico, impedendo il raffreddamento dell'elettrolita della parte.
Il vantaggio del riscaldamento nell'elettrolita è una significativa densità di energia (fino a 1 kW / cm2), che fornisce un'elevata velocità di riscaldamento. Tuttavia, ciò si ottiene attraverso un maggiore consumo di energia.
Resistenza elettrica dei fili II mil
Conduttori di tipo II chiamati elettroliti... Includono soluzioni acquose di acidi, basi, sali, nonché vari materiali liquidi e contenenti umidità (latte, mangime umido, suolo).
L'acqua distillata è disponibile resistenza elettrica circa 104 ohm x m e praticamente non conduce elettricità, e l'acqua chimicamente pura è un buon dielettrico. L'acqua "ordinaria" contiene sali disciolti e altri composti chimici le cui molecole si dissociano in acqua in ioni, dando conduttività ionica (elettrolitica).La resistenza elettrica specifica dell'acqua dipende dalla concentrazione di sali e può essere approssimativamente determinata dalla formula empirica
p20 = 8 x 10 / C,
dove p20 - resistenza specifica dell'acqua a 200 C, Ohm x m, C - concentrazione totale di sali, mg / g
L'acqua atmosferica contiene non più di 50 mg/l di sali disciolti, acqua di fiume — 500 — 600 mg/l, acque sotterranee — da 100 mg/l a diversi grammi per litro. I valori più comuni per la resistenza elettrica effettiva p20 per l'acqua sono compresi tra 10 e 30 Ohm x m.
La resistenza elettrica dei conduttori di tipo II dipende in modo significativo dalla temperatura. Man mano che aumenta, aumenta il grado di dissociazione delle molecole di sale in ioni e la loro mobilità, per cui la conduttività aumenta e la resistenza diminuisce. Per qualsiasi temperatura T prima dell'inizio dell'evaporazione notevole, la conduttività elettrica specifica dell'acqua, Ohm x m -1, è determinata dalla dipendenza lineare
yt = y20 [1 + a (t-20)],
dove y20 — conduttività specifica dell'acqua a una temperatura di 20 o C, a — coefficiente di temperatura di conduttività pari a 0,025 — 0,035 o° C-1.
Nei calcoli ingegneristici, di solito usano la resistenza piuttosto che la conduttività.
pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)
e la sua dipendenza semplificata p (t), prendendo a = 0.025 o° C-1.
Quindi l'impermeabilità è determinata dalla formula
pt = 40 p20 / (t +20)
Nell'intervallo di temperatura 20 — 100 OS, la resistenza all'acqua aumenta di 3 — 5 volte, allo stesso tempo cambia la potenza consumata dalla rete.Questo è uno degli svantaggi significativi del riscaldamento dell'elettrodo, che porta a una sopravvalutazione della sezione trasversale dei cavi di alimentazione e complica il calcolo delle installazioni di riscaldamento dell'elettrodo.
La resistenza specifica dell'acqua obbedisce alla dipendenza (1) solo prima dell'inizio dell'evaporazione evidente, la cui intensità dipende dalla pressione e dalla densità di corrente negli elettrodi. Il vapore non è un conduttore di corrente e quindi la resistenza dell'acqua aumenta durante l'evaporazione. Nei calcoli, questo viene preso in considerazione dal coefficiente bv in funzione della pressione e della densità di corrente:
desktop pcm = strv b = pv a e k J
dove desktop m — resistenza specifica della miscela acqua — vapore, strc — resistenza specifica dell'acqua senza evaporazione evidente, a — una costante pari a 0,925 per l'acqua, k — valore che dipende dalla pressione nella caldaia (puoi prendere k = 1,5 ), J — densità di corrente sugli elettrodi, A / cm2.
A pressione normale, l'effetto di evaporazione è efficace a temperature superiori a 75 °C. Per le caldaie a vapore, il coefficiente b raggiunge il valore di 1,5.
Sistemi di elettrodi e loro parametri
Sistema di elettrodi: un insieme di elettrodi, collegati in un certo modo tra loro e alla rete di alimentazione, progettati per fornire corrente all'ambiente riscaldato.
I parametri dei sistemi di elettrodi sono: numero di fasi, forma, dimensione, numero e materiale degli elettrodi, distanza tra loro, circuito elettrico connessioni («stella», «triangolo», connessione mista, ecc.).
Quando si calcolano i sistemi di elettrodi, vengono determinati i loro parametri geometrici, che garantiscono il rilascio di una data potenza nell'ambiente riscaldato ed escludono la possibilità di modalità anormali.
Alimentazione di un sistema di elettrodi trifase in collegamento a stella:
P = U2l / Rf = 3Uf / Re
Alimentazione di un sistema di elettrodi trifase con collegamento a triangolo:
P = 3U2l / Re
Ad una data tensione Ul il sistema di elettrodi di potenza P è determinato dalla resistenza di fase Rf, che è la resistenza del corpo riscaldante chiuso tra gli elettrodi che formano la fase. La forma e le dimensioni del corpo dipendono dalla forma, dalle dimensioni e dalla distanza tra gli elettrodi. Per il sistema di elettrodi più semplice con elettrodi piatti ogni b, altezza h e la distanza tra loro:
Rf = pl / S = pl / (bh)
dove, l, b, h — parametri geometrici del sistema piano-parallelo.
Per i sistemi complessi, la dipendenza di Re dai parametri geometrici non sembra così facile da esprimere. Nel caso generale, può essere rappresentato come Rf = s x ρ, dove c è un coefficiente determinato dai parametri geometrici del sistema di elettrodi (può essere determinato dai libri di riferimento).
Le dimensioni degli elettrodi per garantire il valore richiesto Rf, possono essere calcolate se si conosce la descrizione analitica del campo elettrico tra gli elettrodi, nonché la dipendenza p dai fattori che lo determinano (temperatura, pressione, ecc.).
Il coefficiente geometrico del sistema di elettrodi si trova come k = Re h / ρ
La potenza di qualsiasi sistema di elettrodi trifase può essere rappresentata come P = 3U2h / (ρ k)
Inoltre, è importante garantire l'affidabilità del sistema di elettrodi, per escludere danni al prodotto e guasti elettrici tra gli elettrodi. Queste condizioni vengono soddisfatte limitando l'intensità di campo nello spazio interelettrodico, la densità di corrente sugli elettrodi e la scelta corretta del materiale dell'elettrodo.
L'intensità ammissibile del campo elettrico nello spazio tra gli elettrodi è limitata dall'esigenza di prevenire guasti elettrici tra gli elettrodi e interrompere il funzionamento degli impianti. Sollecitazione ammissibile Eadd i campi sono selezionati in base alla rigidità dielettrica Epr i campi sono selezionati in base alla rigidità dielettrica Epr del materiale, tenendo conto del fattore di sicurezza: Edop = Epr / (1,5 … 2)
Il valore Edon determina la distanza tra gli elettrodi:
l = U / Edop = U / (Jadd ρT),
dove Jadd — densità di corrente ammissibile sugli elettrodi, ρt è la resistenza dell'acqua alla temperatura di esercizio.
Secondo l'esperienza nella progettazione e nel funzionamento degli scaldacqua a elettrodi, il valore di Edon è compreso nell'intervallo (125 ... 250) x 102 W / m, il valore minimo corrisponde alla resistenza dell'acqua a una temperatura di 20 О A meno di 20 Ohm x m, il massimo è la resistenza dell'acqua a una temperatura di 20 OC superiore a 100 Ohm x m.
La densità di corrente consentita è limitata a causa della possibilità di contaminazione dell'ambiente riscaldato con prodotti dannosi di elettrolisi agli elettrodi e decomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno, che formano un gas esplosivo nella miscela.
La densità di corrente consentita è determinata dalla formula:
Jadd = Edop / ρT,
dove ρt è la resistenza all'acqua alla temperatura finale.
Massima densità di corrente:
Jmax = kn AzT / C,
dove, kn = 1,1 ... 1,4 - un coefficiente che tiene conto dell'irregolarità della densità di corrente sulla superficie dell'elettrodo, Azt è la forza della corrente di lavoro che scorre dall'elettrodo alla temperatura finale, C è l'area di la superficie attiva dell'elettrodo.
In tutti i casi, deve essere soddisfatta la seguente condizione:
ДжаNS aggiungere
I materiali degli elettrodi devono essere elettrochimicamente neutri (inerti) rispetto all'ambiente riscaldato. È inaccettabile realizzare elettrodi in alluminio o acciaio zincato. I migliori materiali per gli elettrodi sono il titanio, l'acciaio inossidabile, la grafite elettrica, gli acciai grafitati. Quando si riscalda l'acqua per esigenze tecnologiche, viene utilizzato il normale acciaio al carbonio (nero). Tale acqua non è potabile.
Regolazione della potenza del sistema di elettrodi possibile modificando i valori U e R... Molto spesso, quando si regola la potenza dei sistemi di elettrodi, ricorrono alla modifica dell'altezza di lavoro degli elettrodi (l'area del attivo superficie degli elettrodi) introducendo schermi dielettrici tra gli elettrodi o modificando il coefficiente geometrico del sistema di elettrodi (determinato dai libri di riferimento a seconda dei diagrammi dei sistemi di elettrodi).