Creeaza.com - informatii profesionale despre


Simplitatea lucrurilor complicate - Referate profesionale unice



Acasa » tehnologie » electronica electricitate
CUPTOARE ELECTRICE CU REZISTOARE

CUPTOARE ELECTRICE CU REZISTOARE



Cuptoare electrice cu rezistoare

1. Probleme generale

Cuptoarele cu rezistoare sunt dispozitive de utilizare care transforma, prin efect Joule-Lenz, energia electrica in energie termica. Daca aceasta conversie se realizeaza prin intermediul rezistoarelor sau incalzitoarelor (elemente specializate de circuit) atunci avem un cuptor electric cu rezistoare cu incalzire indirecta. In cazul in care piesa de incalzit, numita si incarcatura sau sarja, joaca rol de rezistor, cuptorul electric este de tipul cu rezistoare cu incalzire directa.

Cuptoarele electrice cu rezistoare cu incalzire indirecta se recomanda pentru tratament termic, incalzire in vederea deformarii la cald sau la topirea metalelor si aliajelor usor fuzibile. Temperatura qc din incinta sau camera de lucru a cuptorului poate fi joasa (qc < 350°C) medie (qc 350…1000°C) sau inalta (qc >1000°C) si, in functie de acesta, se aleg materialele de constructie ale cuptorului.




Regimul de lucru al acestor cuptoare poate fi:

o    intermitent sau periodic, cand un ciclu complet de functionare cuprinde incarcarea, incalzirea, mentinerea, racirea si descarcarea materialelor din cuptor;

o     continuu cand piesele ce se incalzesc se deplaseaza permanent sau periodic de la capatul de incarcare spre cel de descarcare.

Din punct de vedere constructiv deosebim cuptoare tip camera ce sunt cu functionare intermitenta si cuptoare tip tunel ce sunt cu functionare continua.

2. Constructia cuptoarelor electrice cu rezistoare

Din punct de vedere constructiv, un cuptor electric cu rezistoare cu incalzire indirecta (tip camera) are urmatoarele elemente principale (fig.11.1):

carcasa cuptorului asigura rezistenta mecanica a constructiei si este realizata din tabla de otel rigidizata cu profile din acelasi material. La cuptoarele de joasa temperatura exista o carcasa exterioara si una interioara, imbinate prin elemente elastice, izolate termic, care permit dilatari diferite a celor doua structuri.

captuseala cuptorului se executa din unul sau mai multe straturi de materiale termoizolante si refractare. Ea influenteaza direct: pierderile termice, timpul de incalzire, calitatea procesului tehnologic, cotele de gabarit, fiabilitatea instalatiei etc.

La cuptoarele de joasa temperatura captuseala este constituita dintr-un singur strat de material termoizolant dispus intre cele doua carcase. La cuptoarele de medie si inalta temperatura, captuseala are 1..2 straturi din material refractar si doua sau mai multe straturi de izolatie termica.

Partea superioara a cuptorului se inchide prin bolti plane sau arcuite, materialele utilizate fiind sub forma de placi, caramizi tip pana sau piese fasonate.

usa cuptorului, la joasa temperatura se confectioneaza dintr-un singur strat

Fig.11.1 Cuptor electric cu rezistoare cu incalzire indirecta,

izolatie termica, 2 - material refractar, 3 - rezistor, 4 - piesa, 5 - placa vatra, 6 - beton refractar, 7 - carcasa, 8 – mecanism actionare usa, 9 - carcasa contragreutate usa, 10 - usa lucru, 11 - dispozitiv prindere usa, 12 - dispozitiv blocare usa, 13 - suport usa


termoizolant dispus intre doua placi metalice turnate, iar pentru temperaturi medii si inalte se prevede un strat refractar si 1..2 straturi termoizolante. Actionarea usii este mecanizata la cuptoarele de capacitate medie si mare, iar la cele de capacitate mica se face manual.

dispozitivele rezistente la temperaturi inalte (sine de rulare, ghidaje, placi de vatra etc.) sunt din otel refractar si au rolul de a sustine sau a permite deplasarea incarcaturii in camera de lucru.

− rezistoarele sau incalzitoarele se confectioneaza din materiale conduc-toare cu rezistivitate electrica mare si coeficient redus de variatie a rezistivitatii cu temperatura, fiind sub forma de sarme sau benzi. Amplasarea rezistoarelor in camera cuptorului (fig.11.2) se face pe peretii laterali, pe bolta, sub vatra etc., elementele de sustinere fiind tuburi ceramice, caramizi fasonate, carlige si bolturi din materiale refractare.

Incalzitoarele din sarma se confectioneaza sub forma de spirale sau de zigzag, iar cele din banda numai de zigzag. Referitor la dimensiunile spiralei, acestea se aleg astfel incat sa asigure o rigiditate mecanica suficienta, iar ecranarea sa fie cat mai redusa. Diametrul D al tubului ceramic (fig.11.2–5), pe care se dispune spirala, se alege din considerente de rezistenta mecanica a materialului. Pentru a diminua ecranarea incalzitoarelor de catre captuseala cuptorului, rezistoarele de sarma in zigzag montate pe peretii laterali (fig.11.2–8) se fac profilate, iar cele dispuse sub vatra (fig.11.2-7) sau bolta (fig.11.2-9) se distanteaza de zidaria refractara prin suporti speciali sau carlige de otel .

Fig.11.2 Amplasarea rezistoarelor in camera cuptorului.

a) dispunerea rezistoarelor spiralate din sarma: − pe bolta; 2, 3 − sub vatra; 4 − pe peretii laterali; 5 − pe tub ceramici: d − diametrul sarmei, t − pasul spiralei, D − diametrul tubului ceramic;

b) dispunerea rezistoarelor in zigzag: 6 – zigzag din sarma sau banda; 7 − incalzitor montat sub vatra; 8 − incalzitor din sarma in zigzag montat pe peretele lateral; 9 − incalzitor din banda in zigzag montat pe bolta; a − grosimea materialului, t − pasul zigzagului, R − raza curbura, H − inaltimea zigzagului, e − distanta dintre doua spire.



t

d

D

a

e

t

a

b

H

0,33H

H



A

0,66H

vedere din A

Text Box: DText Box: bText Box: HText Box: 0,33H
Schimbul de caldura conductiv

Caldura este forma de energie generata de agitatia termica a particulelor ce compun materia, iar schimbul de caldura intr-un sistem de corpuri sau intre elementele aceluiasi corp este guvernat de principiile I si II ale termodinamicii.

Multimea valorilor instantanee ale temperaturii din spatiul cercetat formeaza un camp de temperatura q, variabil sau nu in timp. Daca q = f(x,y,z,t) campul de temperatura este nestationar (variabil), iar daca q = f(x,y,z) campul de temperatura este stationar (permanent).

Locul geometric al punctelor care au aceeasi temperatura la un moment dat poarta numele de suprafata izoterma, ce are pozitii fixe sau nu in spatiu.

Procesul de propagare al caldurii este un fenomen complex si clasificarea sa in moduri mai simple de realizare (conductie, convectie, radiatie) are drept scop facilitarea calculelor, dar fara a neglija procesul in toata amploarea sa. In cazul cuptoarelor electrice cu rezistoare, schimbul de caldura prin zidaria cuptorului are loc, in special, prin conductie termica.

Conductia termica se caracterizeaza prin transportul direct al caldurii in interiorul aceluiasi corp sau intre doua corpuri in contact nemijlocit, ca urmare a unei diferente de temperatura. Evaluarea cantitativa a acestui schimb termic se face cu ajutorul legii lui Fourier conform careia cantitatea de caldura dQ ce trece prin elementul de arie izoterma dA intr-un timp dt suficient de mic, este proportionala cu caderea de temperatura:

[J]

cu: l - coeficient de conductivitate termica, W/mgrd];

gradq =dq/dn – gradient de temperatura,[grd/m];

n – coordonata curenta;

q - temperatura in punctul de calcul, [grd].

Semnul minus din relatie arata ca transmisia caldurii se face de la zona mai calda spre cea rece, iar vectorul gradient de temperatura cu semn schimbat poarta numele de cadere de temperatura.

Coeficientul de conductivitate termica l precizeaza proprietatile intrinseci ale corpului referitoare la conductia termica si marimea sa poate fi exprimata prin:

cu: l – conductivitatea termica la temperatura de referinta si

b, a, b - constante de material ce se dau in anexa.

Schimbul de caldura conductiv se face cu viteza determinata, maxima la metale si minima la gazele ionizate aflate in repaus mediu relativ. Principial, conductia termica este caracteristica solidelor, la fluide fiind prezenta numai in straturi de grosime foarte mica.

In calculele curente, legea Fourier se utilizeaza sub una din formele:

[W] [W/m2]

cu: F - fluxul termic, q - densitatea de flux termic.

Determinarea pierderilor de caldura in regim stationar

Bilantul termoenergetic al unui cuptor electric cu rezistoare cu incalzire indirecta se face pentru regimul stationar, cand energia absorbita din retea este cedata in totalitate mediului ambiant, sub forma de pierderi termice. Considerand ca acest proces se realizeaza in special prin conductie termica, relatiile de calcul se stabilesc cu ajutorul ecuatiei Fourier:

care pentru o conductie termica unidirectionala, in regim stationar, devine:

- perete plan paralel - perete cilindric

In cazul unui perete plan paralel (fig.11.3-a) din material omogen si izotrop, a carui fete delimitative sunt finite si au temperaturile constante q si q , cu q >q , fluxul termic de pierderi va fi:

[W]

cu: q q - temperatura suprafetei interioare A1 si exterioare A2 a peretelui, [grd]; s – grosimea peretelui, [m];

Ac – suprafata de calcul a peretelui, [m2]

daca A1/ A2<2

daca A2/ A1 2.

Fig.11.3 Explicativa la conductia termica

a – perete plan paralel, b – perete cilindric

A1

q

q

q >q

l

s

q

A2

x

a

q >q

q

q

L

q

q

q

r

l

d1

d2

b

Text Box: L
In cazul unui perete cilindric (fig.11.3-b), din material omogen si izotrop, a carui lungime L este mult mai mare decat aria sectiunii transversale, adica

fluxul termic de pierderi va fi:

[W]

In cazul peretilor multistrat, din materiale omogene si izotrope, de forma plana (indice p) sau cilindrica (indice c), fluxurile termice de pierderi sunt:

[W] [W]

cu: , , arii de calcul [m2];

qn temperatura pe ultima fata delimitativa a peretelui [grd].

La determinarea fluxurilor termice de pierderi, se considera o variatie liniara cu temperatura conductivitatii termice a materialului, conform relatiei:

lj =aj + bjqmj

cu: qmj qj qj - temperatura medie aritmetica a stratului considerat, [grd].

Regimul tranzitoriu termic al cuptorului electric cu rezistoare

Ecuatia de bilant termic a unui cuptor electric cu rezistoare cu incalzire indirecta reflecta legea conservarii energiei care este de forma:

cu: - energia termica dezvoltata prin efect Joule –Lenz in elementele incalzitoare, [J];

P - puterea absorbita de cuptor din retea, [W];

- caldura utila necesara incalzirii materialului, [J];

m - masa piesei, [kg];

c - caldura specifica a materialului, [J/kg.grd];

- pierderi termice prin convectie si radiatie ce au loc intre mantaua cuptorului si mediul ambiant, [J];

a – coeficient de schimb de caldura prin convectie si radiatie, [W/m2grd];

A – suprafata de schimb de caldura cuptor-mediu ambiant, [m2];

q qa -temperatura curenta din camera cuptorului, respectiv temperatura mediului ambiant, [grd].



Cu notatiile: K = mc, [J/grd]; L = aA [w/grd]; T = K/L, [s], obtinem:

La limita, in regim stationar, cand dq/dt q qmax rezulta P/L = qmax qa si:

Daca qI qa qi] si tI[0; ti], atunci solutia ecuatiei diferentiale reprezinta curba de incalzire a cuptorului:

[grd]

unde: qi - temperatura finala de incalzire din camera cuptorului,

ti - durata procesului de incalzire.

Daca instalatia se deconecteaza de la retea dupa atingerea regimului stationar (P=0), atunci ecuatia de echilibru termic devine:

si integrand aceasta ecuatie in limitele qI qmax qr] si tI[0; tr], obtinem expresia curbei de racire:

[grd]

cu: qr temperatura finala de racire, tr – durata racirii.

Relatia de mai sus permite determinarea constantei de timp T a cuptorului, ce reprezinta durata procesului tranzitoriu ideal, in ipoteza ca nu au loc pierderi de energie in mediul inconjurator. Geometric, constanta de timp este data de subtangenta la origine a curbei ce descrie procesul tranzitoriu considerat.

Experimental, constanta de timp se determina din curba de racire, prin cronometrarea timpului t*r dupa care temperatura din camera de lucru a cuptorului scade de la valoarea qr1 la valoarea qr2, adica :

[grd]

de unde rezulta ca:

[s]

Dimensionarea rezistoarelor cuptorului

Dimensionarea rezistoarelor urmareste stabilirea parametrilor sectiunii transversale si ai lungimi incalzitorului. Calculele se conduc in ipoteza ca puterea dezvoltata de rezistor prin efect Joule-Lenz se transmite integral, prin radiatie, piesei si captuselii, adica:

- ecuatia de echilibru electric  [W]

- ecuatia de echilibru termic [W]

unde: Pf 20000 W - puterea pe faza a incalzitorului;

Uf 500 V - tensiunea de alimentare a rezistorului;

r - rezistivitatea materialului incalzitorului la temperatura de lucru, [W

L - lungimea pe faza a incalzitorului, [m];

s - aria sectiunii transversale a incalzitorului, [m2];

s = pd2/4 - rezistoare circulare; s = a b = mb2 - rezistoare dreptunghiulare, d – diametrul rezistorului, m=a/b=5…12 raportul dintre lungimea a si latimea b a laturilor dreptunghiului ce constituie sectiunea transversala;

A - suprafata laterala a incalzitorului, [m2]; A = p d L - rezistor circular;

A 2(a+b)L = 2b(m+1)L - rezistor dreptunghiular;

Ps eraefs Tr Tp4) - puterea specifica admisibila a incalzitorului, [W/m2]

er - grad redus de innegrire; aef - coeficient de eficienta a radiatiei incalzitorului; s 10-8 – constanta Stefan-Boltzmann;

qr qp - temperaturile de lucru ale rezistorului si piesei, [ C];

Tr qr + 273; Tp = qp + 273 - temperaturile absolute ale incalzitorului si piesei, [K];

qr qp + (50…150) si se alege un material a carei temperatura de lucru admisibila (recomandata de producator) satisface la qad qp

Necunoscutele sistemului – s si L - se determina efectuand produsul celor doua relatii si in final obtinem:

- rezistor de sectiune transversala circulara

[m]; [m]

- rezistor de sectiune transversala dreptunghiulara

[m]; [m];

La calculul puterii specifice Ps, valorile er aef se extrag din anexa, in functie de natura materialului piesei si tipul constructiv al rezistorului.

Desfasurarea aplicatiei

In laborator exista un cuptor electric cu rezistoare cu incalzire indirecta, a carui elemente incalzitoare sunt dispuse pe peretele exterior al camerei de lucru  si conectate la retea prin intermediul unor bobine saturabile.

In cadrul orelor de laborator, se vor rezolva urmatoarele probleme:

- Se traseaza curba de incalzire a cuptorului la curent I1=ct. pana se atinge temperatura q In continuare, se reduce curentul la valoarea I2 < I1 si se traseaza curba de racire (sub curent constant) pana la temperatura de regim stationar q qmax

Se determina constanta de timp t la racirea cuptorului;

- Se estimeaza pierderile de caldura conductive Fp in regim stationar avand in vedere temperaturile pe diversele suprafete si anume: q si q pentru capacul de grosime 30 mm si diametru 100mm; q si q pentru coroana circulara de grosime 50mm, precum si pentru peretii cilindrului de lungime mm; q q si q pentru materialele de la baza cuptorului. Ariile de calcul se considera numeric egale cu cele reale pentru capac si coroana circulara. Pentru baza cuptorului, ariile de calcul sunt medii aritmetice ale suprafetelor circulare de diametre d3, d4, d5 ce apartin trunchiului de con determinat de generatoarele ce unesc punctele de pe circumferintele de diametre 100 si 232 mm. Se verifica atingerea regimului stationar prin egalitatea Fp U2I2, in care U2 este tensiunea la bornele rezistorului pentru curentul I2.

In anexele 11.1 si 11.2 se prezinta caracteristicile principalelor materiale refractare si termoizolante;

- Se dimensioneaza un rezistor la care se cunosc Pf, Uf, qp natura materialului de incalzit, tipul constructiv de rezistor si forma sectiunii sale transversale;

Caracteristicile de material necesare dimensionarii sunt date in anexele 11.3 si 11.4

Se consemneaza concluziile ce se desprind din studiul efectuat.

Anexa 11.1

Materiale refractare

(Prezentare selectiva)

Denumire

material refractar

g

Kg/m3]

c

[J/kg grd]

l

[W/m grd]

qmax

C]

Samota, caramida

qm

qm

Samota usoara

qm

qm

Samota spongioasa

qm

qm

Silica

qm

qm

Magnezita

qm

qm

Caramida de sticla

qm

qm

Produse din zirconiu

qm

qm

Produse din carbune

qm

Obs: qm temperatura medie aritmetica in regim stationar;

qmax- temperatura maxima de utilizare a materialului refractar.

Anexa 11.2

Materiale termoizolante

(Prezentare selectiva)

Denumire

material termoizolant

g

[Kg/m3]

l

[W/m.grd]

qmax

C]

Diatomita arsa, praf

qm

Caramida diatomita

qm

Vermiculita, placi

qm

Azbovermiculita, placi

qm

Azbest, placi

qm

Carton de azbest

qm

Azbest grafitat

qm

Vata de sticla

qm

Vata minerala (de zgura)

qm

Fibra ceramica (FC 100)

qm

Fibra ceramica (FC 400)

qm

Obs: qm temperatura medie aritmetica in regim stationar;

qmax- temperatura maxima de utilizare a materialului termoizolant.

Anexa 11.3

Coeficientul de eficienta a RADIATIEI INCALZITORULUI

aef

Tipul constructiv de rezistor

Materialul pieselor incalzite

OL: er

Cu: er

Al: er

Banda in zigzag, libera

Banda in zigzag , in crestatura

Banda in zigzag, pe suporti

Sarma in zigzag

Spirala de sarma simpla, pe tuburi

Spirala de sarma, in crestatura

Spirala de sarma pe suporti

Anexa 11.4

materiale pentru elemente INCALZITOARE

Denumire

material rezistor

g

[kg/m3]

r

W m]

ar

[grd

qad

C]

Otel

Cromnichel (Cr15, Ni60, Fe25)

Cromnichel (Cr20, Ni80)

Kantal (Cr20, Al5, Fe75)

Grafit

var.

Obs : qad – temperatura admisibila de lucru a rezistorului.








Politica de confidentialitate

.com Copyright © 2020 - Toate drepturile rezervate.
Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.


Proiecte

vezi toate proiectele
 SCHITA DE PROIECT DIDACTIC GEOGRAFIE CLASA: a IX-a - Unitatile majore ale reliefului terestru
 PROIECT DIDACTIC 5-7 ani Educatia limbajului - Cate cuvinte am spus?
 Proiect atestat Tehnician Electronist - AMPLIFICATOARE ELECTRONICE
 Proiect - masurarea si controlul marimilor geometrice

Lucrari de diploma

vezi toate lucrarile de diploma
 Lucrare de diploma - eritrodermia psoriazica
 ACTIUNEA DIPLOMATICA A ROMANIEI LA CONFERINTA DE PACE DE LA PARIS (1946-1947)
 LUCRARE DE DIPLOMA MANAGEMENT - MANAGEMENTUL CALITATII APLICAT IN DOMENIUL FABRICARII BERII. STUDIU DE CAZ - FABRICA DE BERE SEBES
 Lucrare de diploma tehnologia confectiilor din piele si inlocuitor - proiectarea constructiv tehnologica a unui produs de incaltaminte tip cizma scurt

Lucrari licenta

vezi toate lucrarile de licenta
 LUCRARE DE LICENTA CONTABILITATE - ANALIZA EFICIENTEI ECONOMICE – CAI DE CRESTERE LA S.C. CONSTRUCTIA S.A TG-JIU
 Lucrare de licenta sport - Jocul de volei
 Lucrare de licenta stiintele naturii siecologie - 'surse de poluare a clisurii dunarii”
 LUCRARE DE LICENTA - Gestiunea stocurilor de materii prime si materiale

Lucrari doctorat

vezi toate lucrarile de doctorat
 Diagnosticul ecografic in unele afectiuni gastroduodenale si hepatobiliare la animalele de companie - TEZA DE DOCTORAT
 Doctorat - Modele dinamice de simulare ale accidentelor rutiere produse intre autovehicul si pieton
 LUCRARE DE DOCTORAT ZOOTEHNIE - AMELIORARE - Estimarea valorii economice a caracterelor din obiectivul ameliorarii intr-o linie materna de porcine

Proiecte de atestat

vezi toate proiectele de atestat
 PROIECT ATESTAT MATEMATICA-INFORMATICA - CALUTUL INTELIGENT
 Proiect atestat Tehnician Electronist - AMPLIFICATOARE ELECTRONICE
 ATESTAT PROFESIONAL LA INFORMATICA - programare FoxPro for Windows
 ATESTAT PROFESIONAL TURISM SI ALIMENTATIE PUBLICA, TEHNICIAN IN TURISM




Amplificator inversor sumator cu OTA
Energia oceanelor
Legea actiunilor electrodinamice a lui Ampère
Amplificatoare de masura
Teoria componentelor simetrice
Circuite basculante bistabile de tip S-R Master-Slave
Metode de analiza a circuitelor de curent continuu
Variatoare cu circuit de blocare paralel cu sarcina




Termeni si conditii
Contact
Creeaza si tu