Θέρμανση με ηλεκτρόδιο υγρών μέσων

Μέθοδος για τη θέρμανση ενός ηλεκτροδίου που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση καλωδίων II mil: νερό, γάλα, χυμοί φρούτων και μούρων, χώμα, σκυρόδεμα κ.λπ. Η θέρμανση με ηλεκτρόδια είναι ευρέως διαδεδομένη σε λέβητες ηλεκτροδίων, λέβητες για ζεστό νερό και ατμό, καθώς και στις διαδικασίες παστερίωσης και αποστείρωσης υγρών και υγρών μέσων, θερμική επεξεργασία τροφοδοσίας.

Το υλικό τοποθετείται ανάμεσα στα ηλεκτρόδια και θερμαίνεται με ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από το υλικό από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο. Η θέρμανση με ηλεκτρόδια θεωρείται άμεση θέρμανση - εδώ, το υλικό χρησιμεύει ως μέσο στο οποίο η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα.

Η θέρμανση με ηλεκτρόδιο είναι ο απλούστερος και οικονομικότερος τρόπος θέρμανσης υλικών. δεν απαιτεί ειδικά τροφοδοτικά ή θερμάστρες από ακριβά κράματα.

Τα ηλεκτρόδια παρέχουν ρεύμα στο μέσο που πρόκειται να θερμανθεί, και τα ίδια πρακτικά δεν θερμαίνονται από το ρεύμα. Τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται από μη ελλιπή υλικά, τις περισσότερες φορές μέταλλα, αλλά μπορεί να είναι και μη μεταλλικά (γραφίτης, άνθρακας). Για να αποφύγετε την ηλεκτρόλυση, χρησιμοποιήστε μόνο εναλλασσόμενο ρεύμα.

Η αγωγιμότητα των υγρών υλικών καθορίζεται από την περιεκτικότητα σε νερό, επομένως, στη συνέχεια, η θέρμανση ηλεκτροδίων θα ληφθεί υπόψη κυρίως για τη θέρμανση του νερού, αλλά οι δεδομένες εξαρτήσεις ισχύουν και για τη θέρμανση άλλων υγρών μέσων.

Θέρμανση σε ηλεκτρολύτη

Στη μηχανολογία και στην επισκευαστική παραγωγή χρησιμοποιούν θέρμανση σε ηλεκτρολύτη... Το μεταλλικό προϊόν (μέρος) τοποθετείται σε λουτρό ηλεκτρολύτη (διάλυμα 5-10% Na2CO3 και άλλα) και συνδέεται με τον αρνητικό πόλο της πηγής συνεχούς ρεύματος. Ως αποτέλεσμα της ηλεκτρόλυσης, απελευθερώνεται υδρογόνο στην κάθοδο και οξυγόνο στην άνοδο. Το στρώμα φυσαλίδων υδρογόνου που καλύπτει το τμήμα αντιπροσωπεύει υψηλή αντίσταση ρεύματος. Το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας απελευθερώνεται σε αυτό, θερμαίνοντας το μέρος. Στην άνοδο, η οποία έχει πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια, η πυκνότητα ρεύματος είναι χαμηλή. Υπό ορισμένες συνθήκες, το τμήμα θερμαίνεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις που συμβαίνουν στο στρώμα υδρογόνου. Το στρώμα αερίου ταυτόχρονα χρησιμεύει ως θερμομόνωση, αποτρέποντας την ψύξη του ηλεκτρολύτη του εξαρτήματος.

Το πλεονέκτημα της θέρμανσης στον ηλεκτρολύτη είναι μια σημαντική ενεργειακή πυκνότητα (έως 1 kW / cm2), η οποία παρέχει υψηλό ρυθμό θέρμανσης. Ωστόσο, αυτό επιτυγχάνεται μέσω της αυξημένης κατανάλωσης ενέργειας.

Ηλεκτρική αντίσταση συρμάτων II χιλ

Αγωγοί τύπου ΙΙ που ονομάζονται ηλεκτρολύτες... Περιλαμβάνουν υδατικά διαλύματα οξέων, βάσεων, αλάτων, καθώς και διάφορα υλικά που περιέχουν υγρά και υγρασία (γάλα, υγρή τροφή, χώμα).

Διατίθεται απεσταγμένο νερό ηλεκτρική αντίσταση περίπου 104 ohm x m και πρακτικά δεν άγει ηλεκτρισμό και το χημικά καθαρό νερό είναι καλό διηλεκτρικό. Το «συνηθισμένο» νερό περιέχει διαλυμένα άλατα και άλλες χημικές ενώσεις των οποίων τα μόρια διασπώνται στο νερό σε ιόντα, δίνοντας ιοντική (ηλεκτρολύτη) αγωγιμότητα.Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του νερού εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αλάτων και μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση από τον εμπειρικό τύπο

p20 = 8 x 10 / C,

όπου p20 — ειδική αντίσταση νερού στους 200 C, Ohm x m, C — συνολική συγκέντρωση αλάτων, mg / g

Το ατμοσφαιρικό νερό δεν περιέχει περισσότερα από 50 mg/l διαλυμένων αλάτων, το νερό του ποταμού — 500 — 600 mg/l, τα υπόγεια ύδατα — από 100 mg/l έως αρκετά γραμμάρια ανά λίτρο. Οι πιο συνηθισμένες τιμές για την αποτελεσματική ηλεκτρική αντίσταση p20 για το νερό είναι στην περιοχή 10 - 30 Ohm x m.

Η ηλεκτρική αντίσταση των αγωγών τύπου II εξαρτάται σημαντικά από τη θερμοκρασία. Καθώς αυξάνεται, αυξάνεται ο βαθμός διάστασης των μορίων άλατος σε ιόντα και η κινητικότητά τους, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η αγωγιμότητα και να μειώνεται η αντίσταση. Για οποιαδήποτε θερμοκρασία T πριν από την έναρξη της αισθητής εξάτμισης, η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα του νερού, Ohm x m -1, προσδιορίζεται από τη γραμμική εξάρτηση

yt = y20 [1 + a (t-20)],

όπου y20 — ειδική αγωγιμότητα νερού σε θερμοκρασία 20 o C, α — θερμοκρασιακός συντελεστής αγωγιμότητας ίσος με 0,025 — 0,035 o° C-1.

Στους υπολογισμούς μηχανικής, συνήθως χρησιμοποιούν αντίσταση και όχι αγωγιμότητα.

pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

και η απλοποιημένη εξάρτησή του p (t), λαμβάνοντας a = 0,025 o° C-1.

Στη συνέχεια, η αντίσταση στο νερό προσδιορίζεται από τον τύπο

pt = 40 p20 / (t +20)

Στο εύρος θερμοκρασίας 20 — 100 OS, η αντίσταση στο νερό αυξάνεται 3 — 5 φορές, ενώ ταυτόχρονα αλλάζει η ισχύς που καταναλώνεται από το δίκτυο.Αυτό είναι ένα από τα σημαντικά μειονεκτήματα της θέρμανσης ηλεκτροδίων, το οποίο οδηγεί σε υπερεκτίμηση της διατομής των καλωδίων τροφοδοσίας και περιπλέκει τον υπολογισμό των εγκαταστάσεων θέρμανσης ηλεκτροδίων.

Η ειδική αντίσταση του νερού υπακούει στην εξάρτηση (1) μόνο πριν από την έναρξη της αισθητής εξάτμισης, η ένταση της οποίας εξαρτάται από την πίεση και την πυκνότητα ρεύματος στα ηλεκτρόδια. Ο ατμός δεν είναι αγωγός του ρεύματος και επομένως η αντίσταση του νερού αυξάνεται κατά την εξάτμιση. Στους υπολογισμούς, αυτό λαμβάνεται υπόψη από τον συντελεστή bv ανάλογα με την πίεση και την πυκνότητα ρεύματος:

pcm επιφάνειας εργασίας = strv b = pv a e k J

όπου επιφάνεια εργασίας m — ειδική αντίσταση του μείγματος νερό — ατμός, strc — ειδική αντίσταση νερού χωρίς αισθητή εξάτμιση, a — σταθερά ίση με 0,925 για το νερό, k — τιμή ανάλογα με την πίεση στο λέβητα (μπορείτε να πάρετε k = 1,5 ), J — πυκνότητα ρεύματος στα ηλεκτρόδια, A / cm2.

Σε κανονική πίεση, το φαινόμενο της εξάτμισης είναι αποτελεσματικό σε θερμοκρασίες άνω των 75 °C. Για τους λέβητες ατμού, ο συντελεστής b φτάνει την τιμή του 1,5.

Συστήματα ηλεκτροδίων και οι παράμετροί τους

Σύστημα ηλεκτροδίων — ένα σύνολο ηλεκτροδίων, συνδεδεμένων με συγκεκριμένο τρόπο μεταξύ τους και με το δίκτυο τροφοδοσίας, σχεδιασμένο να παρέχει ρεύμα στο θερμαινόμενο περιβάλλον.

Οι παράμετροι των συστημάτων ηλεκτροδίων είναι: αριθμός φάσεων, σχήμα, μέγεθος, αριθμός και υλικό ηλεκτροδίων, απόσταση μεταξύ τους, ηλεκτρικό κύκλωμα συνδέσεις («αστέρι», «δέλτα», μικτή σύνδεση κ.λπ.).

Κατά τον υπολογισμό των συστημάτων ηλεκτροδίων, προσδιορίζονται οι γεωμετρικές τους παράμετροι, οι οποίες διασφαλίζουν την απελευθέρωση μιας δεδομένης ισχύος στο θερμαινόμενο περιβάλλον και αποκλείουν την πιθανότητα μη φυσιολογικών τρόπων λειτουργίας.

Παροχή τριφασικού συστήματος ηλεκτροδίων σε σύνδεση αστέρα:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Παροχή τριφασικού συστήματος ηλεκτροδίων με σύνδεση δέλτα:

P = 3U2l / Re

Σε μια δεδομένη τάση Ul σύστημα ηλεκτροδίων ισχύος P προσδιορίζεται από την αντίσταση φάσης Rf, η οποία είναι η αντίσταση του θερμαντικού σώματος που είναι κλειστό μεταξύ των ηλεκτροδίων που σχηματίζουν τη φάση. Το σχήμα και το μέγεθος του σώματος εξαρτάται από το σχήμα, το μέγεθος και την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων. Για το απλούστερο σύστημα ηλεκτροδίων με επίπεδα ηλεκτρόδια το κάθε b, το ύψος h και η απόσταση μεταξύ τους:

Rf = pl / S = pl / (bh)

όπου, l, b, h — γεωμετρικές παράμετροι του επιπέδου-παράλληλου συστήματος.

Για πολύπλοκα συστήματα, η εξάρτηση του Re από γεωμετρικές παραμέτρους δεν φαίνεται τόσο εύκολο να εκφραστεί. Στη γενική περίπτωση, μπορεί να αναπαρασταθεί ως Rf = s x ρ, όπου c είναι ένας συντελεστής που καθορίζεται από τις γεωμετρικές παραμέτρους του συστήματος ηλεκτροδίων (μπορεί να προσδιοριστεί από βιβλία αναφοράς).

Οι διαστάσεις των ηλεκτροδίων για την εξασφάλιση της απαιτούμενης τιμής Rf, μπορούν να υπολογιστούν εάν είναι γνωστή η αναλυτική περιγραφή του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ των ηλεκτροδίων, καθώς και η εξάρτηση p από τους παράγοντες που το καθορίζουν (θερμοκρασία, πίεση κ.λπ.).

Ο γεωμετρικός συντελεστής του συστήματος ηλεκτροδίων βρίσκεται ως k = Re h / ρ

Η ισχύς οποιουδήποτε συστήματος ηλεκτροδίων τριών φάσεων μπορεί να αναπαρασταθεί ως P = 3U2h / (ρ k)

Επιπλέον, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί η αξιοπιστία του συστήματος ηλεκτροδίων, να αποκλειστεί η βλάβη του προϊόντος και η ηλεκτρική βλάβη μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτές οι προϋποθέσεις πληρούνται με τον περιορισμό της έντασης πεδίου στο χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων, την πυκνότητα ρεύματος στα ηλεκτρόδια και τη σωστή επιλογή του υλικού του ηλεκτροδίου.

Η επιτρεπόμενη ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων περιορίζεται από την απαίτηση να αποτραπεί η ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ των ηλεκτροδίων και να διαταραχθεί η λειτουργία των εγκαταστάσεων. Επιτρεπόμενη τάση Eadd τα πεδία επιλέγονται σύμφωνα με τη διηλεκτρική αντοχή Epr Τα πεδία επιλέγονται σύμφωνα με τη διηλεκτρική αντοχή Epr του υλικού, λαμβάνοντας υπόψη τον παράγοντα ασφαλείας: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Η τιμή Edon καθορίζει την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

όπου Jadd — επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος στα ηλεκτρόδια, ρt είναι η αντίσταση του νερού στη θερμοκρασία λειτουργίας.

Σύμφωνα με την εμπειρία του σχεδιασμού και της λειτουργίας των θερμοσιφώνων ηλεκτροδίων, η τιμή του Edon λαμβάνεται στην περιοχή (125 ... 250) x 102 W / m, η ελάχιστη τιμή αντιστοιχεί στην αντίσταση του νερού σε θερμοκρασία 20 О. Σε λιγότερο από 20 Ohm x m, η μέγιστη είναι η αντίσταση του νερού σε θερμοκρασία 20 OC μεγαλύτερη από 100 Ohm x m.

Η επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος είναι περιορισμένη λόγω της πιθανότητας μόλυνσης του θερμαινόμενου περιβάλλοντος με επιβλαβή προϊόντα ηλεκτρόλυσης στα ηλεκτρόδια και αποσύνθεσης του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, τα οποία σχηματίζουν ένα εκρηκτικό αέριο στο μείγμα.

Η επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος καθορίζεται από τον τύπο:

Jadd = Edop / ρT,

όπου ρt είναι η αντίσταση του νερού στην τελική θερμοκρασία.

Μέγιστη πυκνότητα ρεύματος:

Jmax = kn AzT / C,

όπου, kn = 1,1 ... 1,4 — ένας συντελεστής που λαμβάνει υπόψη την ανομοιομορφία της πυκνότητας ρεύματος στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, Azt είναι η ισχύς του ρεύματος εργασίας που ρέει από το ηλεκτρόδιο στην τελική θερμοκρασία, C είναι το εμβαδόν του την ενεργή επιφάνεια του ηλεκτροδίου.

Σε όλες τις περιπτώσεις πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:

DjaNS προσθήκη

Τα υλικά των ηλεκτροδίων πρέπει να είναι ηλεκτροχημικά ουδέτερα (αδρανή) σε σχέση με το θερμαινόμενο περιβάλλον. Είναι απαράδεκτη η κατασκευή ηλεκτροδίων από αλουμίνιο ή γαλβανισμένο χάλυβα. Τα καλύτερα υλικά για ηλεκτρόδια είναι το τιτάνιο, ο ανοξείδωτος χάλυβας, ο ηλεκτρικός γραφίτης, οι γραφιτισμένοι χάλυβες. Κατά τη θέρμανση νερού για τεχνολογικές ανάγκες, χρησιμοποιείται συνηθισμένος (μαύρος) ανθρακούχο χάλυβας. Τέτοιο νερό δεν είναι κατάλληλο για πόσιμο.

Η ρύθμιση της ισχύος του συστήματος ηλεκτροδίων είναι δυνατή αλλάζοντας τις τιμές U και R... Τις περισσότερες φορές, όταν ρυθμίζουν την ισχύ των συστημάτων ηλεκτροδίων, καταφεύγουν στην αλλαγή του ύψους εργασίας των ηλεκτροδίων (η περιοχή του ενεργού επιφάνεια των ηλεκτροδίων) με την εισαγωγή διηλεκτρικών οθονών μεταξύ των ηλεκτροδίων ή αλλαγή του γεωμετρικού συντελεστή του συστήματος ηλεκτροδίων (που καθορίζεται από βιβλία αναφοράς ανάλογα με τα διαγράμματα των συστημάτων ηλεκτροδίων).