1tom320

Elektrotermia

prof. dr hab. inż. Mieczysław Hering mgr inż. Wojciech Łobodziński

13.1.    Wstęp

13.1.1.    Podstawowe definicje

Elektrotermia jest działem nauki i techniki dotyczącym przemian energii elektrycznej w ciepło do celów użytkowych.

Nagrzewanie elektryczne jest to technika wytwarzania i wykorzystywania ciepła z energii elektrycznej.

Nagrzewanie elektryczne bezpośrednie jest to nagrzewanie elektryczne znamienne tym, że przemiana energii w ciepło odbywa się w obszarze nagrzewanym (wsadzie), w którym rozprzestrzenia się zgodnie z prawami termokinetyki.

Nagrzewanie elektryczne pośrednie jest to nagrzewanie elektryczne znamienne tym, że przemiana energii w ciepło odbywa się poza obszarem nagrzewanym (wsadem), a do obszaru tego ciepło jest dostarczane zgodnie z prawami termokinetyki.

Urządzenie elektrotermiczne jest to zespół środków technicznych przeznaczonych do przekształcania energii elektrycznej w ciepło oraz do wykorzystania go w procesach grzejnych. Środkami tymi są człony zasilające, przekształcające, grzejne czyli główne, załadunku, transportu i wyładunku wsadu, pomiarowe, regulacyjne oraz inne wyposażenie elektryczne i nieelektryczne ułatwiające lub polepszające pracę urządzenia elektrotermicznego. Urządzenia elektrotermiczne są jednostkami autonomicznymi lub są jedynie elementami składowymi innych urządzeń i wtedy bywają nazywane elektrycznymi urządzeniami grzejnymi.

Urządzenie elektrotermiczne komorowe jest to urządzenie, którego człon grzejny czyli główny zawiera komorę przeznaczoną do umieszczenia w niej wsadu w celu jego nagrzania. Zasadniczym przeznaczeniem komory (przestrzeni otoczonej ścianami) jest nie tylko zwiększenie sprawności procesu grzejnego przez zmniejszenie strat cieplnych, lecz także utrzymanie wymaganego środowiska wsadu (atmosfery sztucznej, próżni technicznej, cieczy, złoża fluidalnego) i zapewnienie właściwych parametrów tego środowiska. Członami grzejnymi tych urządzeń są piece, cieplarki, suszarki, warniki, parniki, niektóre przyrządy grzejne powszechnego użytku zawierające komorę.

Urządzenie elektrotermiczne bezkomorowe jest to urządzenie, którego człon grzejny umożliwia nagrzewanie wsadu bez umieszczenia go w komorze. Członami grzejnymi takich urządzeń są nagrzewnice, różne rodzaje narzędzi grzejnych powszechnego użytku, ogrzewacze.

Człony grzejne urządzeń elektrotermicznych komorowych oraz bczkomorowych mogą być jedynymi ich zespołami i wtedy zwykle utożsamia się te urządzenia z ich _czlonami głównymi, a więc np. z nagrzewnicą lub piecem.

13.1.2. Klasyfikacja metod, urządzeń i technologii elektrotermicznych

Zc względu na kryterium metody wyodrębnia się nagrzewanie: rezystancyjne (oporowe), promiennikowe,elektrodowe, lukowe, indukcyjne, pojemnościowe, mikrofalowe, plazmowe, elektronowe, laserowe (fotonowe), jarzeniowe (jonowe), ultradźwiękowe [13.35]. Według tego samego kryterium wyróżnia się 12 rodzajów urządzeń elektrotermicznych, których nazwy wywodzą się od nazw znamionujących metodę działania ich członów głównych czyli grzejnych. W użyciu są ponadto urządzenia elektrotermiczne skojarzone, których człony grzejne działają wg zasad charakteryzujących więcej niż jedną metodę elektrotermiczną (np. urządzenia lukowo-rezystancyjne) oraz urządzenia elektrotermicz-no-paliwowe, w których ciepło otrzymuje się z energii elektrycznej oraz w wyniku spalania paliw.

Oprócz tego podstawowego podziału, opartego na kryterium metody, stosuje się klasyfikację urządzeń ze względu na:

—    sposób nagrzewania (bezpośrednie, pośrednie);

—    obszar zastosowań (przemysł, rolnictwo, transport, budownictwo, medycyna, gospodarka komunalno-bylowa i rzemiosło);

—    technologię (obróbka cieplna, obróbka plastyczna, topienie, cięcie, drążenie, suszenie, spawanie, zgrzewanie, spajanie, lutowanie, klejenie, ogrzewanie);

—    konstrukcję (komorowe, bczkomorowe);

—    częstotliwość roboczą (zerowa, zmniejszona czyli mała, sieciowa, zwiększona czyli średnia, wielka, bardzo wielka — rys. 13.1);

-s-z

“ m tO^s tO⁷ to⁶ to⁵ to⁴ to³ to² to¹ 10° t0~’ 10~² t0~³ I0~⁴ t0~^s tO"⁶ fO'⁷ t0~⁸ t0~⁹ t0~'°t0~”

r    '    :    :    i [ i i i | i l l ’    ‘ i i i

ultradźwiękowe _jonowe_¹

fotonowe_₍    elektronowe

	1 -- mikrofalowe pojemnościowe indukcyjne ^1 j ^1 1 plazmowe		--X- L j_i_i_1_l_1_1_i_1_
_ lukowe [Jlektrodowe .promiennikowe dezijstancuine	- , ■
o 10° to' 51 _£rnniejszona	to^2 to^3 to^4 to^s io‘ to^7 to^8 to^9 vf° to"\to^12 to’^3 to^14 to'^5 to^,e to^n to® foto^21 Hz tOkHz f-*• 5000Hz zwiększona wielka bardzo wielka

Rys.

/-

13.1. Podział metod nagrzewania według kryterium częstotliwości

częstotliwość wielkości decydującej o wytwarzaniu ciepła i odpowiadająca jej długość fali A

środowisko wsadu (atmosfera naturalna, atmosfera sztuczna, próżnia techniczna, ciecz, złoże fluidalne);

kinetykę wsadu (nieprzelotowe, przelotowe).

Możliwości jakie stawarzają techniki elektrotermiczne przedstawiono na rys. 13.2. Podano na nim uzyskiwane gęstości powierzchniowe mocy p w funkcji wielkości Powierzchni A, na której może bvć skoncentrowana wytwarzana moc grzejna (linie ukośne).

<U*