Calentamiento de electrodos de medios líquidos
Método para calentar un electrodo usado para calentar alambres II mil: agua, leche, jugos de frutas y bayas, tierra, concreto, etc. El calentamiento de electrodos está muy extendido en calderas de electrodos, calderas de agua caliente y vapor, así como en los procesos de pasteurización y esterilización de medios líquidos y húmedos, tratamiento térmico de alimentación.
El material se coloca entre los electrodos y se calienta mediante una corriente eléctrica que pasa a través del material de un electrodo al otro. El calentamiento de electrodos se considera calentamiento directo; aquí, el material sirve como un medio en el que la energía eléctrica se convierte en calor.
El calentamiento de electrodos es la forma más sencilla y económica de calentar materiales; no requiere fuentes de alimentación especiales ni calentadores hechos de aleaciones caras.
Los electrodos suministran corriente al medio a calentar, y ellos mismos prácticamente no son calentados por la corriente. Los electrodos están hechos de materiales no deficientes, la mayoría de las veces metales, pero también pueden ser no metálicos (grafito, carbono). Para evitar la electrólisis, utilice únicamente corriente alterna.
La conductividad de los materiales húmedos está determinada por el contenido de agua, por lo tanto, a continuación, el calentamiento de electrodos se considerará principalmente para calentar agua, pero las dependencias dadas también son aplicables para calentar otros medios húmedos.
Calentamiento en un electrolito
En ingeniería mecánica y producción de reparaciones, usan calentamiento en un electrolito... El producto metálico (parte) se coloca en un baño de electrolito (solución al 5-10% Na2CO3 y otros) y se conecta al polo negativo de la fuente de corriente continua. Como resultado de la electrólisis, se libera hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. La capa de burbujas de hidrógeno que cubre la pieza representa una alta resistencia a la corriente. La mayor parte del calor se libera en él, calentando la pieza. En el ánodo, que tiene un área de superficie mucho mayor, la densidad de corriente es baja. Bajo ciertas condiciones, la pieza se calienta por las descargas eléctricas que se producen en la capa de hidrógeno. La capa de gas al mismo tiempo sirve como aislamiento térmico, evitando que el electrolito de la pieza se enfríe.
La ventaja de calentar en el electrolito es una densidad de energía significativa (hasta 1 kW/cm2), lo que proporciona una alta tasa de calentamiento. Sin embargo, esto se logra mediante un mayor consumo de energía.
Resistencia eléctrica de alambres II mil
Conductores tipo II llamados electrolitos... Incluyen soluciones acuosas de ácidos, bases, sales, así como diversos materiales líquidos y que contienen humedad (leche, alimento húmedo, suelo).
El agua destilada está disponible. resistencia eléctrica unos 104 ohm x m y prácticamente no conduce la electricidad, y el agua químicamente pura es un buen dieléctrico. El agua "ordinaria" contiene sales disueltas y otros compuestos químicos cuyas moléculas se disocian en el agua en iones, dando conductividad iónica (electrolito).La resistencia eléctrica específica del agua depende de la concentración de sales y puede determinarse aproximadamente mediante la fórmula empírica
p20 = 8 x 10 / C,
donde p20 — resistencia específica del agua a 200 C, Ohm x m, C — concentración total de sales, mg / g
El agua atmosférica no contiene más de 50 mg/l de sales disueltas, el agua de río — 500 — 600 mg/l, el agua subterránea — de 100 mg/l a varios gramos por litro. Los valores más comunes para la resistencia eléctrica efectiva p20 para el agua están en el rango de 10 a 30 Ohm x m.
La resistencia eléctrica de los conductores de tipo II depende significativamente de la temperatura. A medida que aumenta, aumenta el grado de disociación de las moléculas de sal en iones y su movilidad, como resultado de lo cual aumenta la conductividad y disminuye la resistencia. Para cualquier temperatura T antes del comienzo de la evaporación perceptible, la conductividad eléctrica específica del agua, Ohm x m -1, está determinada por la dependencia lineal
yt = y20 [1 + a (t-20)],
donde y20 — conductividad específica del agua a una temperatura de 20 o C, a — coeficiente de temperatura de conductividad igual a 0,025 — 0,035 o° C-1.
En los cálculos de ingeniería, suelen utilizar la resistencia en lugar de la conductividad.
pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)
y su dependencia simplificada p(t), tomando a = 0.025 o° C-1.
Entonces la resistencia al agua está determinada por la fórmula.
pt = 40 p20 / (t +20)
En el rango de temperatura 20 — 100 OS, la resistencia al agua aumenta 3 — 5 veces, al mismo tiempo cambia la potencia consumida por la red.Esta es una de las desventajas significativas del calentamiento de electrodos, lo que conduce a una sobreestimación de la sección transversal de los cables de alimentación y complica el cálculo de las instalaciones de calentamiento de electrodos.
La resistencia específica del agua obedece a la dependencia (1) solo antes del comienzo de una evaporación notable, cuya intensidad depende de la presión y la densidad de corriente en los electrodos. El vapor no es conductor de corriente y por lo tanto la resistencia del agua aumenta durante la evaporación. En los cálculos, esto se tiene en cuenta mediante el coeficiente bv según la presión y la densidad de corriente:
escritorio pcm = strv b = pv a e k J
donde escritorio m — resistencia específica de la mezcla agua — vapor, strc — resistencia específica del agua sin evaporación apreciable, a — una constante igual a 0,925 para el agua, k — valor que depende de la presión en la caldera (puede tomar k = 1,5 ), J — densidad de corriente en los electrodos, A / cm2.
A presión normal, el efecto de evaporación es efectivo a temperaturas superiores a 75 °C. Para calderas de vapor, el coeficiente b alcanza un valor de 1,5.
Sistemas de electrodos y sus parámetros.
Sistema de electrodos: un conjunto de electrodos, conectados de cierta manera entre sí y a la red de suministro de energía, diseñados para suministrar corriente al ambiente calentado.
Los parámetros de los sistemas de electrodos son: número de fases, forma, tamaño, número y material de los electrodos, distancia entre ellos, circuito eléctrico conexiones («estrella», «triángulo», conexión mixta, etc.).
Al calcular los sistemas de electrodos, se determinan sus parámetros geométricos, que aseguran la liberación de una potencia dada en el ambiente calentado y excluyen la posibilidad de modos anormales.
Alimentación de un sistema de electrodos trifásico en conexión estrella:
P = U2l / Rf = 3Uf / Re
Alimentación de un sistema de electrodos trifásico con conexión en triángulo:
P = 3U2l/Re
A un voltaje dado Ul, el sistema de electrodos de potencia P está determinado por la resistencia de fase Rf, que es la resistencia del cuerpo calefactor cerrado entre los electrodos que forman la fase. La forma y tamaño del cuerpo depende de la forma, tamaño y distancia entre los electrodos. Para el sistema de electrodos más simple con electrodos planos cada b, altura h y la distancia entre ellos:
Rf = pl / S = pl / (bh)
donde, l, b, h — parámetros geométricos del sistema plano-paralelo.
Para sistemas complejos, la dependencia de Re de parámetros geométricos no parece tan fácil de expresar. En el caso general, se puede representar como Rf = s x ρ, donde c es un coeficiente determinado por los parámetros geométricos del sistema de electrodos (se puede determinar a partir de libros de referencia).
Las dimensiones de los electrodos para asegurar el valor Rf requerido, se pueden calcular si se conoce la descripción analítica del campo eléctrico entre los electrodos, así como la dependencia p de los factores que lo determinan (temperatura, presión, etc.).
El coeficiente geométrico del sistema de electrodos se encuentra como k = Re h / ρ
La potencia de cualquier sistema de electrodos trifásico se puede representar como P = 3U2h / (ρ k)
Además, es importante garantizar la fiabilidad del sistema de electrodos para excluir daños en el producto y averías eléctricas entre los electrodos. Estas condiciones se cumplen limitando la intensidad del campo en el espacio entre electrodos, la densidad de corriente en los electrodos y la elección correcta del material de los electrodos.
La fuerza admisible del campo eléctrico en el espacio entre electrodos está limitada por el requisito de evitar rupturas eléctricas entre los electrodos e interrumpir el funcionamiento de las instalaciones. Tensión admisible Eadd los campos se seleccionan en función de la rigidez dieléctrica Epr los campos se seleccionan en función de la rigidez dieléctrica Epr del material, teniendo en cuenta el factor de seguridad: Edop = Epr / (1,5 … 2)
El valor de Edon determina la distancia entre los electrodos:
l = U / Edop = U / (Jadd ρT),
donde Jadd — densidad de corriente admisible en los electrodos, ρt es la resistencia del agua a la temperatura de funcionamiento.
De acuerdo con la experiencia del diseño y operación de calentadores de agua de electrodos, el valor de Edon se toma en el rango (125 ... 250) x 102 W / m, el valor mínimo corresponde a la resistencia del agua a una temperatura de 20 О A menos de 20 Ohm x m, el máximo es la resistencia del agua a una temperatura de 20 OC más de 100 Ohm x m.
La densidad de corriente permitida está limitada debido a la posibilidad de contaminación del ambiente calentado con productos nocivos de electrólisis en los electrodos y descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno, que forman un gas explosivo en la mezcla.
La densidad de corriente admisible se determina mediante la fórmula:
Jadd = Edop / ρT,
donde ρt es la resistencia del agua a la temperatura final.
Máxima densidad de corriente:
Jmáx = kn AzT / C,
donde, kn = 1,1 ... 1,4: un coeficiente que tiene en cuenta la irregularidad de la densidad de corriente en la superficie del electrodo, Azt es la intensidad de la corriente de trabajo que fluye del electrodo a la temperatura final, C es el área de la superficie activa del electrodo.
En todos los casos, deberá cumplirse la siguiente condición:
añadir
Los materiales de los electrodos deben ser electroquímicamente neutros (inertes) con respecto al ambiente calentado. Es inaceptable fabricar electrodos de aluminio o acero galvanizado. Los mejores materiales para electrodos son titanio, acero inoxidable, grafito eléctrico, aceros grafitados. Cuando se calienta agua para necesidades tecnológicas, se utiliza acero al carbono ordinario (negro). Tal agua no es apta para beber.
Es posible ajustar la potencia del sistema de electrodos cambiando los valores U y R... La mayoría de las veces, al ajustar la potencia de los sistemas de electrodos, recurren a cambiar la altura de trabajo de los electrodos (el área del activo superficie de los electrodos) introduciendo pantallas dieléctricas entre los electrodos o cambiando el coeficiente geométrico del sistema de electrodos (determinado por libros de referencia dependiendo de los diagramas de los sistemas de electrodos).