Pemanasan elektroda media cair

Metode untuk memanaskan elektroda yang digunakan untuk memanaskan kabel II mil: air, susu, jus buah dan beri, tanah, beton, dll. Pemanasan elektroda tersebar luas di boiler elektroda, boiler untuk air panas dan uap, serta dalam proses pasteurisasi dan sterilisasi media cair dan basah, perlakuan panas pakan.

Bahan ditempatkan di antara elektroda dan dipanaskan oleh arus listrik yang melewati bahan dari satu elektroda ke elektroda lainnya. Pemanasan elektroda dianggap sebagai pemanasan langsung—di sini, bahan berfungsi sebagai media di mana energi listrik diubah menjadi panas.

Pemanasan elektroda adalah cara paling sederhana dan ekonomis untuk memanaskan bahan; tidak memerlukan catu daya khusus atau pemanas yang terbuat dari paduan mahal.

Elektroda memasok arus ke media yang akan dipanaskan, dan elektroda itu sendiri praktis tidak dipanaskan oleh arus. Elektroda terbuat dari bahan yang tidak kekurangan, paling sering logam, tetapi bisa juga non-logam (grafit, karbon). Untuk menghindari elektrolisis, gunakan saja arus bolak-balik.

Konduktivitas bahan basah ditentukan oleh kadar air, oleh karena itu, berikut ini, pemanasan elektroda akan dipertimbangkan terutama untuk memanaskan air, tetapi ketergantungan yang diberikan juga berlaku untuk memanaskan media basah lainnya.

Pemanasan dalam elektrolit

Dalam teknik mesin dan produksi perbaikan, mereka menggunakan pemanasan dalam elektrolit... Produk logam (bagian) ditempatkan dalam bak elektrolit (larutan 5-10% Na2CO3 dan lainnya) dan dihubungkan ke kutub negatif sumber arus searah. Sebagai hasil dari elektrolisis, hidrogen dilepaskan di katoda dan oksigen di anoda. Lapisan gelembung hidrogen yang menutupi bagian tersebut menunjukkan hambatan arus yang tinggi. Sebagian besar panas dilepaskan ke dalamnya, memanaskan bagian tersebut. Pada anoda, yang memiliki luas permukaan yang jauh lebih besar, kerapatan arusnya rendah. Dalam kondisi tertentu, bagian tersebut dipanaskan oleh pelepasan listrik yang terjadi pada lapisan hidrogen. Lapisan gas pada saat yang sama berfungsi sebagai insulasi termal, mencegah elektrolit bagian dari pendinginan.

Keuntungan dari pemanasan dalam elektrolit adalah kerapatan energi yang signifikan (hingga 1 kW / cm2), yang memberikan tingkat pemanasan yang tinggi. Namun, ini dicapai melalui peningkatan konsumsi daya.

Hambatan listrik kabel II mil

Jenis konduktor II disebut elektrolit... Mereka termasuk larutan asam, basa, garam, serta berbagai bahan cair dan yang mengandung air (susu, pakan basah, tanah).

Air suling tersedia hambatan listrik sekitar 104 ohm x m dan praktis tidak menghantarkan listrik, dan air murni secara kimiawi adalah dielektrik yang baik. Air "biasa" mengandung garam terlarut dan senyawa kimia lainnya yang molekulnya berdisosiasi dalam air menjadi ion, menghasilkan konduktivitas ionik (elektrolit).Hambatan listrik spesifik air bergantung pada konsentrasi garam dan kira-kira dapat ditentukan dengan rumus empiris

p20 = 8 x 10 / C,

dimana p20 — resistansi spesifik air pada 200 C, Ohm x m, C — konsentrasi total garam, mg / g

Air atmosfer mengandung tidak lebih dari 50 mg/l garam terlarut, air sungai - 500-600 mg/l, air tanah - dari 100 mg/l hingga beberapa gram per liter. Nilai paling umum untuk hambatan listrik efektif p20 untuk air berada di kisaran 10 — 30 Ohm x m.

Hambatan listrik konduktor tipe II sangat bergantung pada suhu. Dengan meningkatnya, derajat disosiasi molekul garam menjadi ion dan mobilitasnya meningkat, akibatnya konduktivitas meningkat dan resistansi menurun. Untuk setiap suhu T sebelum dimulainya penguapan yang nyata, konduktivitas listrik spesifik air, Ohm x m -1, ditentukan oleh ketergantungan linier

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

dimana y20 — konduktivitas spesifik air pada suhu 20 o C, a — koefisien suhu konduktivitas sama dengan 0,025 — 0,035 o° C-1.

Dalam perhitungan teknik, mereka biasanya menggunakan resistansi daripada konduktivitas.

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

dan ketergantungannya yang disederhanakan p (t), mengambil a = 0,025 o° C-1.

Kemudian ketahanan air ditentukan dengan rumus

pt = 40 p20 / (t +20)

Pada kisaran suhu 20 — 100 OS, ketahanan air meningkat 3 — 5 kali, pada saat yang sama mengubah daya yang dikonsumsi oleh jaringan.Ini adalah salah satu kelemahan signifikan dari pemanasan elektroda, yang mengarah pada penaksiran yang terlalu tinggi dari penampang kabel suplai dan mempersulit perhitungan instalasi pemanas elektroda.

Ketahanan spesifik air mematuhi ketergantungan (1) hanya sebelum dimulainya penguapan yang nyata, yang intensitasnya bergantung pada tekanan dan kerapatan arus di elektroda. Uap bukan konduktor arus dan oleh karena itu hambatan air meningkat selama penguapan. Dalam perhitungan, ini diperhitungkan oleh koefisien bv tergantung pada tekanan dan kerapatan arus:

pcm desktop = strv b = pv a e k J

di mana desktop m — resistansi spesifik campuran air — steam, strc — resistansi spesifik air tanpa penguapan yang nyata, a — konstanta sama dengan 0,925 untuk air, k — nilai tergantung pada tekanan dalam boiler (Anda dapat mengambil k = 1,5 ), J — kerapatan arus pada elektroda, A / cm2.

Pada tekanan normal, efek penguapan efektif pada suhu di atas 75 °C. Untuk ketel uap, koefisien b mencapai nilai 1,5.

Sistem elektroda dan parameternya

Sistem elektroda - satu set elektroda, terhubung dengan cara tertentu satu sama lain dan ke jaringan catu daya, dirancang untuk memasok arus ke lingkungan yang panas.

Parameter sistem elektroda adalah: jumlah fase, bentuk, ukuran, jumlah dan bahan elektroda, jarak antar elektroda, sirkuit listrik koneksi («bintang», «delta», koneksi campuran, dll.).

Saat menghitung sistem elektroda, parameter geometriknya ditentukan, yang memastikan pelepasan daya yang diberikan di lingkungan yang panas dan mengecualikan kemungkinan mode abnormal.

Memasok sistem elektroda tiga fasa dalam sambungan bintang:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Memasok sistem elektroda tiga fase dengan koneksi delta:

P = 3U2l / Re

Pada tegangan tertentu sistem elektroda daya Ul P ditentukan oleh resistansi fasa Rf, yang merupakan resistansi badan pemanas yang tertutup di antara elektroda yang membentuk fasa. Bentuk dan ukuran tubuh tergantung pada bentuk, ukuran dan jarak antar elektroda. Untuk sistem elektroda paling sederhana dengan elektroda datar masing-masing b, tinggi h dan jarak antara mereka:

Rf = pl / S = pl / (bh)

dimana, l, b, h — parameter geometris dari sistem bidang-paralel.

Untuk sistem yang kompleks, ketergantungan Re pada parameter geometris tampaknya tidak mudah diungkapkan. Dalam kasus umum, ini dapat direpresentasikan sebagai Rf = s x ρ, di mana c adalah koefisien yang ditentukan oleh parameter geometris sistem elektroda (dapat ditentukan dari buku referensi).

Dimensi elektroda untuk memastikan nilai yang diperlukan Rf, dapat dihitung jika deskripsi analitik medan listrik antara elektroda diketahui, serta ketergantungan p pada faktor yang menentukannya (suhu, tekanan, dll.).

Koefisien geometris dari sistem elektroda ditemukan sebagai k = Re h / ρ

Kekuatan sistem elektroda tiga fase apa pun dapat direpresentasikan sebagai P = 3U2h / (ρ k)

Selain itu, penting untuk memastikan keandalan sistem elektroda, untuk mengecualikan kerusakan produk dan kerusakan listrik di antara elektroda. Kondisi ini dipenuhi dengan membatasi kekuatan medan dalam ruang interelektroda, kerapatan arus pada elektroda dan pilihan bahan elektroda yang tepat.

Kekuatan medan listrik yang diperbolehkan dalam ruang interelektroda dibatasi oleh persyaratan untuk mencegah kerusakan listrik antara elektroda dan mengganggu pengoperasian instalasi. Tegangan yang diizinkan Eadd bidang dipilih sesuai dengan kekuatan dielektrik Epr bidang dipilih sesuai dengan kekuatan dielektrik Epr bahan, dengan mempertimbangkan faktor keamanan: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Nilai Edon menentukan jarak antara elektroda:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

di mana Jadd — kerapatan arus yang diizinkan pada elektroda, ρt adalah resistansi air pada suhu operasi.

Menurut pengalaman desain dan pengoperasian pemanas air elektroda, nilai Edon diambil dalam kisaran (125 ... 250) x 102 W / m, nilai minimum sesuai dengan resistansi air pada suhu 20 О. Pada kurang dari 20 Ohm x m, maksimum ketahanan air pada suhu 20 OC lebih dari 100 Ohm x m.

Kerapatan arus yang diizinkan terbatas karena kemungkinan kontaminasi lingkungan yang dipanaskan dengan produk elektrolisis yang berbahaya pada elektroda dan dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen, yang membentuk gas eksplosif dalam campuran.

Kepadatan arus yang diizinkan ditentukan oleh rumus:

Jadd = Edop / ρT,

di mana ρt adalah ketahanan air pada suhu akhir.

Kepadatan arus maksimum:

Jmax = kn AzT/C,

di mana, kn = 1,1 ... 1,4 — koefisien dengan mempertimbangkan ketidakrataan kerapatan arus pada permukaan elektroda, Azt adalah kekuatan arus kerja yang mengalir dari elektroda pada suhu akhir, C adalah luas permukaan aktif elektroda.

Dalam semua kasus, kondisi berikut harus dipenuhi:

ДжаNS menambahkan

Bahan elektroda harus netral secara elektrokimia (inert) sehubungan dengan lingkungan yang panas. Membuat elektroda dari aluminium atau baja galvanis tidak dapat diterima. Bahan terbaik untuk elektroda adalah titanium, baja tahan karat, grafit listrik, baja grafit. Saat memanaskan air untuk kebutuhan teknologi, baja karbon biasa (hitam) digunakan. Air seperti itu tidak cocok untuk diminum.

Menyesuaikan daya sistem elektroda dimungkinkan dengan mengubah nilai U dan R... Paling sering, saat menyesuaikan daya sistem elektroda, mereka menggunakan perubahan ketinggian kerja elektroda (area aktif permukaan elektroda) dengan memperkenalkan layar dielektrik antara elektroda atau perubahan koefisien geometrik sistem elektroda (ditentukan oleh buku referensi tergantung pada diagram sistem elektroda).