Eletrodo de aquecimento de meios líquidos

Método para aquecer um eletrodo usado para fios de aquecimento II mil: água, leite, sucos de frutas e bagas, solo, concreto, etc. O aquecimento de eletrodos é difundido em caldeiras de eletrodos, caldeiras para água quente e vapor, bem como nos processos de pasteurização e esterilização de meios líquidos e úmidos, tratamento térmico de ração.

O material é colocado entre os eletrodos e aquecido por uma corrente elétrica que passa pelo material de um eletrodo para o outro. O aquecimento do eletrodo é considerado aquecimento direto - aqui, o material serve como um meio no qual a energia elétrica é convertida em calor.

O aquecimento por eletrodo é a forma mais simples e econômica de aquecer materiais; não requer fontes de alimentação especiais ou aquecedores feitos de ligas caras.

Os eletrodos fornecem corrente ao meio a ser aquecido e eles próprios praticamente não são aquecidos pela corrente. Os eletrodos são feitos de materiais não deficientes, na maioria das vezes metais, mas também podem ser não metálicos (grafite, carbono). Para evitar a eletrólise, use somente corrente alternada.

A condutividade de materiais úmidos é determinada pelo teor de água, portanto, a seguir, o aquecimento do eletrodo será considerado principalmente para aquecimento de água, mas as dependências dadas também são aplicáveis ​​para aquecimento de outros meios úmidos.

Aquecimento em um eletrólito

Na engenharia mecânica e na produção de reparos, eles usam aquecimento em um eletrólito... O produto de metal (peça) é colocado em um banho de eletrólito (solução de 5-10% Na2CO3 e outros) e conectado ao pólo negativo da fonte de corrente contínua. Como resultado da eletrólise, o hidrogênio é liberado no cátodo e o oxigênio no ânodo. A camada de bolhas de hidrogênio que cobre a peça representa uma alta resistência à corrente. A maior parte do calor é liberada nele, aquecendo a peça. No ânodo, que tem uma área de superfície muito maior, a densidade de corrente é baixa. Sob certas condições, a peça é aquecida por descargas elétricas que ocorrem na camada de hidrogênio. A camada de gás serve ao mesmo tempo como isolante térmico, evitando que o eletrólito da peça esfrie.

A vantagem do aquecimento no eletrólito é uma densidade de energia significativa (até 1 kW / cm2), que fornece uma alta taxa de aquecimento. No entanto, isso é alcançado através do aumento do consumo de energia.

Resistência elétrica dos fios II mil

Condutores tipo II chamados eletrólitos... Eles incluem soluções aquosas de ácidos, bases, sais, bem como vários materiais líquidos e contendo umidade (leite, ração úmida, solo).

Água destilada está disponível resistência elétrica cerca de 104 ohm x m e praticamente não conduz eletricidade, e a água quimicamente pura é um bom dielétrico. A água "comum" contém sais dissolvidos e outros compostos químicos cujas moléculas se dissociam na água em íons, dando condutividade iônica (eletrólito).A resistência elétrica específica da água depende da concentração de sais e pode ser aproximadamente determinada pela fórmula empírica

p20 = 8 x 10 / C,

onde p20 — resistência específica da água a 200 C, Ohm x m, C — concentração total de sais, mg/g

A água atmosférica contém não mais do que 50 mg/l de sais dissolvidos, a água do rio — 500 — 600 mg/l, a água subterrânea — de 100 mg/l a vários gramas por litro. Os valores mais comuns para resistência elétrica efetiva p20 para água estão na faixa de 10 — 30 Ohm x m.

A resistência elétrica dos condutores do tipo II depende significativamente da temperatura. À medida que aumenta, o grau de dissociação das moléculas de sal em íons e sua mobilidade aumentam, como resultado, a condutividade aumenta e a resistência diminui. Para qualquer temperatura T antes do início da evaporação perceptível, a condutividade elétrica específica da água, Ohm x m -1, é determinada pela dependência linear

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

onde y20 — condutividade específica da água a uma temperatura de 20 o C, a — coeficiente de temperatura de condutividade igual a 0,025 — 0,035 o° C-1.

Nos cálculos de engenharia, eles geralmente usam resistência em vez de condutividade.

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

e sua dependência simplificada p(t), tomando a = 0,025 o° C-1.

Então a resistência à água é determinada pela fórmula

pt = 40 p20 / (t +20)

Na faixa de temperatura de 20 a 100 OS, a resistência à água aumenta de 3 a 5 vezes, ao mesmo tempo em que altera a energia consumida pela rede.Esta é uma das desvantagens significativas do aquecimento do eletrodo, o que leva a uma superestimação da seção transversal dos fios de alimentação e complica o cálculo das instalações de aquecimento do eletrodo.

A resistência específica da água obedece à dependência (1) somente antes do início da evaporação perceptível, cuja intensidade depende da pressão e densidade de corrente nos eletrodos. O vapor não é um condutor de corrente e, portanto, a resistência da água aumenta durante a evaporação. Nos cálculos, isso é levado em consideração pelo coeficiente bv dependendo da pressão e densidade de corrente:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

onde área de trabalho m — resistência específica da mistura água — vapor, strc — resistência específica da água sem evaporação perceptível, a — uma constante igual a 0,925 para água, k — valor dependendo da pressão na caldeira (você pode tomar k = 1,5 ), J — densidade de corrente nos eletrodos, A / cm2.

À pressão normal, o efeito de evaporação é eficaz a temperaturas superiores a 75 °C. Para caldeiras a vapor, o coeficiente b atinge um valor de 1,5.

Sistemas de eletrodos e seus parâmetros

Sistema de eletrodos — um conjunto de eletrodos, conectados de certa forma entre si e à rede de alimentação, destinados a fornecer corrente ao ambiente aquecido.

Os parâmetros dos sistemas de eletrodos são: número de fases, forma, tamanho, número e material dos eletrodos, distância entre eles, circuito elétrico conexões («estrela», «delta», ligação mista, etc.).

Ao calcular os sistemas de eletrodos, são determinados seus parâmetros geométricos, que garantem a liberação de uma determinada potência no ambiente aquecido e excluem a possibilidade de modos anormais.

Alimentando um sistema de eletrodos trifásicos em uma conexão em estrela:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Alimentando um sistema de eletrodo trifásico com uma conexão delta:

P = 3U2l / Re

A uma dada tensão Ul, o sistema de eletrodos de potência P é determinado pela resistência de fase Rf, que é a resistência do corpo de aquecimento fechado entre os eletrodos que formam a fase. A forma e o tamanho do corpo dependem da forma, tamanho e distância entre os eletrodos. Para o sistema de eletrodos mais simples com eletrodos planos cada b, altura h e a distância entre eles:

Rf = pl / S = pl / (bh)

onde, l, b, h — parâmetros geométricos do sistema plano-paralelo.

Para sistemas complexos, a dependência de Re em parâmetros geométricos não parece tão fácil de expressar. No caso geral, pode ser representado como Rf = s x ρ, onde c é um coeficiente determinado pelos parâmetros geométricos do sistema de eletrodos (pode ser determinado em livros de referência).

As dimensões dos eletrodos para garantir o valor Rf requerido, podem ser calculadas se a descrição analítica do campo elétrico entre os eletrodos for conhecida, bem como a dependência p dos fatores que o determinam (temperatura, pressão, etc.).

O coeficiente geométrico do sistema de eletrodos é encontrado como k = Re h / ρ

A potência de qualquer sistema de eletrodo trifásico pode ser representada como P = 3U2h / (ρ k)

Além disso, é importante garantir a confiabilidade do sistema de eletrodos, para excluir danos ao produto e quebra elétrica entre os eletrodos. Essas condições são atendidas limitando a intensidade do campo no espaço intereletrodo, a densidade de corrente nos eletrodos e a escolha correta do material do eletrodo.

A intensidade admissível do campo elétrico no espaço entre os eletrodos é limitada pelo requisito de evitar a ruptura elétrica entre os eletrodos e interromper a operação das instalações. Tensão admissível Eadd os campos são selecionados de acordo com a rigidez dielétrica Epr os campos são selecionados de acordo com a rigidez dielétrica Epr do material, levando em consideração o fator de segurança: Edop = Epr / (1,5 … 2)

O valor de Edon determina a distância entre os eletrodos:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

onde Jadd — densidade de corrente permitida nos eletrodos, ρt é a resistência da água na temperatura de operação.

De acordo com a experiência de projeto e operação de aquecedores de água com eletrodo, o valor de Edon é obtido na faixa (125 ... 250) x 102 W / m, o valor mínimo corresponde à resistência da água a uma temperatura de 20 О. A menos de 20 Ohm x m, o máximo é a resistência da água a uma temperatura de 20 OC superior a 100 Ohm x m.

A densidade de corrente permitida é limitada devido à possibilidade de contaminação do ambiente aquecido com produtos nocivos de eletrólise nos eletrodos e decomposição da água em hidrogênio e oxigênio, que formam um gás explosivo na mistura.

A densidade de corrente permitida é determinada pela fórmula:

Jadd = Edop / ρT,

onde ρt é a resistência da água na temperatura final.

Densidade máxima de corrente:

Jmax = kn AzT / C,

onde, kn = 1,1 ... 1,4 - um coeficiente que leva em consideração a desigualdade da densidade de corrente na superfície do eletrodo, Azt é a força da corrente de trabalho que flui do eletrodo na temperatura final, C é a área de a superfície ativa do eletrodo.

Em todos os casos, a seguinte condição deve ser atendida:

ДжаNS adicionar

Os materiais do eletrodo devem ser eletroquimicamente neutros (inertes) em relação ao ambiente aquecido. É inaceitável fazer eletrodos de alumínio ou aço galvanizado. Os melhores materiais para eletrodos são titânio, aço inoxidável, grafite elétrico, aços grafitados. Ao aquecer água para necessidades tecnológicas, é usado aço carbono comum (preto). Essa água não é adequada para beber.

É possível ajustar a potência do sistema de eletrodos alterando os valores U e R... Na maioria das vezes, ao ajustar a potência dos sistemas de eletrodos, eles recorrem à alteração da altura de trabalho dos eletrodos (a área do ativo superfície dos eletrodos) introduzindo telas dielétricas entre os eletrodos ou alterando o coeficiente geométrico do sistema de eletrodos (determinado por livros de referência dependendo dos diagramas dos sistemas de eletrodos).