Sıvı ortamın elektrotla ısıtılması

II mil tellerini ısıtmak için kullanılan bir elektrodu ısıtma yöntemi: su, süt, meyve ve meyve suları, toprak, beton vb. Elektrot ısıtma, elektrot kazanlarında, sıcak su ve buhar kazanlarında ve ayrıca sıvı ve ıslak ortamın pastörizasyon ve sterilizasyon işlemlerinde, yemin ısıl işleminde yaygındır.

Malzeme elektrotların arasına yerleştirilir ve bir elektrottan diğerine geçen elektrik akımıyla ısıtılır. Elektrot ısıtma, doğrudan ısıtma olarak kabul edilir - burada malzeme, elektrik enerjisinin ısıya dönüştürüldüğü bir ortam görevi görür.

Elektrot ısıtma, malzemeleri ısıtmanın en basit ve en ekonomik yoludur; özel güç kaynakları veya pahalı alaşımlardan yapılmış ısıtıcılar gerektirmez.

Elektrotlar, ısıtılacak ortama akım sağlar ve kendileri pratik olarak akım tarafından ısıtılmaz. Elektrotlar, eksik olmayan malzemelerden, çoğunlukla metallerden yapılır, ancak metalik olmayan (grafit, karbon) da olabilirler. Elektrolizden kaçınmak için yalnızca alternatif akım.

Islak malzemelerin iletkenliği su içeriği tarafından belirlenir, bu nedenle aşağıda elektrot ısıtma esas olarak su ısıtma için dikkate alınacaktır, ancak verilen bağımlılıklar diğer ıslak ortamların ısıtılması için de geçerlidir.

Bir elektrolit içinde ısıtma

Makine mühendisliğinde ve tamir üretiminde bir elektrolitte ısıtma kullanırlar... Metal ürün (parça) bir elektrolit banyosuna (%5-10 Na2CO3 solüsyonu ve diğerleri) yerleştirilir ve doğru akım kaynağının negatif kutbuna bağlanır. Elektroliz sonucunda katotta hidrojen, anotta oksijen açığa çıkar. Parçayı kaplayan hidrojen kabarcıkları tabakası, yüksek bir akım direncini temsil eder. Isının çoğu, parçayı ısıtarak içine salınır. Yüzey alanı çok daha geniş olan anotta akım yoğunluğu düşüktür. Belirli koşullar altında parça, hidrojen tabakasında meydana gelen elektrik boşalmaları ile ısıtılır. Gaz tabakası aynı zamanda ısı yalıtımı görevi görerek parçanın elektrolitinin soğumasını engeller.

Elektrolitte ısıtmanın avantajı, yüksek bir ısıtma hızı sağlayan önemli bir enerji yoğunluğudur (1 kW / cm2'ye kadar). Ancak, bu artan güç tüketimi ile elde edilir.

Tellerin elektrik direnci II mil

İletkenler II tipi denir elektrolitler... Bunlar arasında asitlerin, bazların, tuzların sulu çözeltilerinin yanı sıra çeşitli sıvı ve nem içeren malzemeler (süt, ıslak yem, toprak) bulunur.

Damıtılmış su mevcuttur elektrik direnci yaklaşık 104 ohm x m ve pratik olarak elektriği iletmez ve kimyasal olarak saf su iyi bir yalıtkandır. "Sıradan" su, çözünmüş tuzları ve molekülleri suda iyonlara ayrışarak iyonik (elektrolit) iletkenlik sağlayan diğer kimyasal bileşikleri içerir.Suyun özgül elektrik direnci, tuzların konsantrasyonuna bağlıdır ve ampirik formülle yaklaşık olarak belirlenebilir.

p20 = 8 x 10 / C,

p20 - 200 C'de suyun özgül direnci, Ohm x m, C - toplam tuz konsantrasyonu, mg / g

Atmosferik su en fazla 50 mg/l çözünmüş tuz, nehir suyu - 500 - 600 mg/l, yeraltı suyu - 100 mg/l ila litre başına birkaç gram içerir. Su için etkin elektrik direnci p20 için en yaygın değerler 10 — 30 Ohm x m aralığındadır.

Tip II iletkenlerin elektrik direnci büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Arttıkça, tuz moleküllerinin iyonlara ayrışma derecesi ve hareketliliği artar, bunun sonucunda iletkenlik artar ve direnç azalır. Belirgin buharlaşmanın başlamasından önceki herhangi bir T sıcaklığı için, suyun özgül elektrik iletkenliği, Ohm x m -1, doğrusal bağımlılıkla belirlenir.

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

burada y20 - 20 o C sıcaklıkta suyun özgül iletkenliği, a - 0,025 - 0,035 o° C-1'e eşit sıcaklık iletkenlik katsayısı.

Mühendislik hesaplamalarında genellikle iletkenlik yerine direnci kullanırlar.

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

ve basitleştirilmiş bağımlılığı p (t), a = 0.025 o° C-1 alarak.

Daha sonra su direnci formül ile belirlenir.

nokta = 40 p20 / (t +20)

20 - 100 OS sıcaklık aralığında, su direnci 3 - 5 kat artar, aynı zamanda şebeke tarafından tüketilen güç değişir.Bu, besleme tellerinin kesitinin fazla tahmin edilmesine yol açan ve elektrot ısıtma tesisatlarının hesaplanmasını zorlaştıran elektrot ısıtmanın önemli dezavantajlarından biridir.

Suyun özgül direnci, yalnızca yoğunluğu elektrotlardaki basınç ve akım yoğunluğuna bağlı olan belirgin buharlaşmanın başlamasından önce bağımlılığa (1) uyar. Buhar akımı iletmez ve bu nedenle buharlaşma sırasında suyun direnci artar. Hesaplamalarda bu, basınç ve akım yoğunluğuna bağlı olarak katsayı bv ile dikkate alınır:

masaüstü pcm = strv b = pv a e k J

burada masaüstü m - su karışımının özgül direnci - buhar, strc - gözle görülür buharlaşma olmadan suyun özgül direnci, a - su için 0,925'e eşit bir sabit, k - kazandaki basınca bağlı değer (k = 1,5 alabilirsiniz) ), J — elektrotlardaki akım yoğunluğu, A / cm2.

Normal basınçta, buharlaşma etkisi 75 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda etkilidir. Buhar kazanları için b katsayısı 1,5 değerine ulaşır.

Elektrot sistemleri ve parametreleri

Elektrot sistemi - ısıtılmış ortama akım sağlamak için tasarlanmış, birbirine ve güç kaynağı ağına belirli bir şekilde bağlanan bir dizi elektrot.

Elektrot sistemlerinin parametreleri şunlardır: faz sayısı, elektrotların şekli, boyutu, sayısı ve malzemesi, aralarındaki mesafe, elektrik devresi bağlantılar (“yıldız”, “üçgen”, karma bağlantı, vb.).

Elektrot sistemlerini hesaplarken, ısıtılmış ortamda belirli bir gücün salınmasını sağlayan ve anormal mod olasılığını ortadan kaldıran geometrik parametreleri belirlenir.

Yıldız bağlantısında üç fazlı bir elektrot sisteminin beslenmesi:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Üç fazlı bir elektrot sisteminin üçgen bağlantılı olarak beslenmesi:

P = 3U2l / Yeniden

Belirli bir voltajda Ul güç elektrot sistemi P, fazı oluşturan elektrotlar arasında kapalı olan ısıtma gövdesinin direnci olan faz direnci Rf tarafından belirlenir. Vücudun şekli ve boyutu, elektrotların şekline, boyutuna ve mesafesine bağlıdır. Düz elektrotlara sahip en basit elektrot sistemi için her b, yükseklik h ve aralarındaki mesafe:

Rf = pl / S = pl / (bh)

nerede, l, b, h - düzlem-paralel sistemin geometrik parametreleri.

Karmaşık sistemler için Re'nin geometrik parametrelere bağımlılığını ifade etmek o kadar kolay görünmüyor. Genel durumda, Rf = s x ρ olarak gösterilebilir, burada c, elektrot sisteminin geometrik parametreleri tarafından belirlenen bir katsayıdır (referans kitaplarından belirlenebilir).

Gerekli Rf değerini sağlamak için elektrotların boyutları, elektrotlar arasındaki elektrik alanın analitik tanımı ve bunu belirleyen faktörlere (sıcaklık, basınç vb.) p bağımlılığı biliniyorsa hesaplanabilir.

Elektrot sisteminin geometrik katsayısı k = Re h / ρ olarak bulunur.

Herhangi bir üç fazlı elektrot sisteminin gücü, P = 3U2h / (ρ k) olarak temsil edilebilir.

Ek olarak, elektrot sisteminin güvenilirliğini sağlamak, ürün hasarını ve elektrotlar arasındaki elektrik arızasını önlemek önemlidir. Bu koşullar, elektrotlar arası boşluktaki alan kuvvetinin, elektrotlar üzerindeki akım yoğunluğunun ve elektrot malzemesinin doğru seçiminin sınırlandırılmasıyla karşılanır.

Elektrotlar arası boşlukta izin verilen elektrik alanı gücü, elektrotlar arasındaki elektriksel bozulmayı önleme ve tesisatın çalışmasını bozma gerekliliği ile sınırlıdır. İzin verilen gerilim Eadd alanlar, güvenlik faktörü dikkate alınarak, malzemenin dielektrik dayanımı Epr'ye göre seçilir: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edon değeri, elektrotlar arasındaki mesafeyi belirler:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

burada Jadd — elektrotlar üzerinde izin verilen akım yoğunluğu, ρt suyun çalışma sıcaklığındaki direncidir.

Elektrotlu su ısıtıcılarının tasarım ve işletim deneyimine göre, Edon değeri (125 ... 250) x 102 W / m aralığında alınır, minimum değer 20 ° C sıcaklıktaki su direncine karşılık gelir. О. 20 Ohm x m'den az, maksimum, 20 OC sıcaklıkta 100 Ohm x m'den yüksek suyun direncidir.

İzin verilen akım yoğunluğu, ısıtılmış ortamın elektrotlardaki zararlı elektroliz ürünleriyle kirlenmesi ve karışımda patlayıcı bir gaz oluşturan hidrojen ve oksijene ayrışması nedeniyle sınırlıdır.

İzin verilen akım yoğunluğu aşağıdaki formülle belirlenir:

Jadd = Edop / ρT,

burada ρt, son sıcaklıktaki su direncidir.

Maksimum akım yoğunluğu:

Jmax = kn AzT / C,

burada, kn = 1,1 ... 1,4 - elektrot yüzeyindeki akım yoğunluğunun eşitsizliğini dikkate alan bir katsayı, Azt, elektrottan son sıcaklıkta akan çalışma akımının gücü, C alanıdır. ​​elektrodun aktif yüzeyi.

Her durumda, aşağıdaki koşul karşılanmalıdır:

ДжаNS ekle

Elektrot malzemeleri, ısıtılan ortama göre elektrokimyasal olarak nötr (inert) olmalıdır. Alüminyum veya galvanizli çelikten elektrot yapmak kabul edilemez. Elektrotlar için en iyi malzemeler titanyum, paslanmaz çelik, elektrik grafiti, grafitli çeliklerdir. Suyu teknolojik ihtiyaçlar için ısıtırken sıradan (siyah) karbon çeliği kullanılır. Bu tür sular içmek için uygun değildir.

Elektrot sisteminin gücünü ayarlamak, U ve R değerlerini değiştirerek mümkündür... Çoğu zaman, elektrot sistemlerinin gücünü ayarlarken, elektrotların çalışma yüksekliğini (aktif alanın alanı) değiştirmeye başvururlar. elektrotların yüzeyi) elektrotlar arasına dielektrik ekranlar koyarak veya elektrot sisteminin geometrik katsayısını değiştirerek (elektrot sistemlerinin şemalarına bağlı olarak referans kitaplarıyla belirlenir).