Curs energetică

1.1. Instalatii si echipamente electrotermice

1.1.1. Introducere

Orice transformare a energiei este însotita de pierderi si poate fi carac¬te¬ri¬za¬ta prin randament. Instalatiile care asigura conversia energiei determin si o serie de perturbatii asupra mediului ambiant [1.1] precum:

- poluarea mediului înconjurator (chimica, termica, acustica, electromagnetica, ra¬di¬o¬activa, estetica); prin masuri adecvate nivelul de poluare trebuie limitat la nivele ac¬cep¬¬tate prin norme internationale;

- modificari ale scoartei terestre (lacurile de acumulare ale hidro-centralelor);

- blocarea zonelor în care se amplaseaza instalatiile de conversie.

1.1.2. Echipamente electrotermice. Indicatori caracteristici

1.1.2.1. Probleme generale

Echipamentul electric se defineste ca fiind orice dispozitiv folosit pentru pro¬du¬ce¬rea, transformarea, distributia sau utilizarea energiei electrice. Receptoarele elec¬tri¬ce sunt echipamente electrice care transforma energia electrica în alte forme de ener¬gie. Recep¬toarele electrice se împart în receptoare de iluminat (lampi electrice) si re¬cep¬toa¬re de forta care pot fi electromecanice (motoare electrice, elec¬tro¬ven¬tile), electro¬termice (cuptoare electrice, utilaje de sudare) sau electro¬chi¬mice (bai de elec¬troliza).

Instalatia electrica defineste un ansamblu de echipamente electrice inter¬co¬nec¬tate prin diferite legaturi electrice, plasate într-un spatiu dat, formând un tot unitar si având un scop functional bine determinat.

Procesele în care energia termica (caldura) obtinuta din energia electrica se fo¬lo¬ses¬te în scopuri tehnologice reprezinta procese electrotermice. Echipamentele folosite pen¬tru realizarea proceselor electrotermice, împreuna cu sursele proprii de alimentare, apa¬¬ratajul de punere în functiune si reglare, reprezinta instalatii electrotermice.

Energia termica necesara în procese industriale, în agricultura si în domeniul social-gospodaresc este obtinuta din ce în ce mai mult din energie electrica. În prezent peste 35% din consumul de energie electrica din sistemul electroenergetic national este datorat proceselor electrotermice.

Procesele electrotermice sunt larg întâlnite în cele mai diverse domenii in¬dus¬tri¬a¬le: industria metalurgica, la topirea si rafinarea metalelor si la încalzirea semifa¬bri¬ca¬¬te¬lor; industria chimica, la realizarea reactiilor chimice, la încalzirea coloanelor si re¬¬ci¬pi¬en¬ti¬lor, la producerea si prelucrarea materialelor plastice; industria con¬struc¬toa¬re de ma¬sini, la matritare, forjare, uscare, calire, lipire, sudare; industria extractiva, la re¬¬du¬ce¬rea minereurilor; industria materialelor de constructii, la topirea si tratamentul sti¬¬clei; in¬dus¬tria electronica, la producerea semiconductoarelor; industria lemnului, la us¬carea lem¬nului si a îmbinarilor încleiate; industria alimentara, la uscarea, pre¬pa¬ra¬rea si ste¬ri¬li¬za¬rea produselor etc.

Utilizarea instalatiilor electrotermice este caracterizata de avantaje importante fata de instalatiile de încalzire cu flacara:

- se pot obtine temperaturi de peste 2200 K; unele procese tehnologice din in¬dus¬tria moderna necesita temperaturi de pâna la 20000 K care pot fi obtinute numai în cup¬toa¬rele cu plasma;

- temperatura poate fi reglata precis, existând posibilitatea dozarii caldurii în func¬tie de necesitatile procesului tehnologic si a unui control permanent si precis al energiei electrice transformate în caldura,

- spatiul de lucru fiind închis, prelucrarea termica se poate realiza si în atmosfera controlata, cu gaze de protectie sau în vid;

- se poate asigura functionarea intermitenta, instalatia putând fi adusa repede în stare de functionare la parametrii nominali;

- deoarece concentratia de energie termica în materialele supuse încalzirii este re¬la¬tiv mare, functionarea instalatiilor electrotermice se caracterizeaza prin valori reduse ale consumurilor specifice de energie;

- prin introducerea calculatoarelor de proces exista posibilitatea automatizarii com¬plete a functionarii instalatiilor electrotermice;

- spatiul ocupat de instalatiile electrotermice este relativ redus, gama de puteri a acestor instalatii este foarte larga, de la câteva sute de wati, la aparatele de uz casnic si de laborator, la zeci de megawati, în cazul cuptoarelor industriale, iar durata proceselor elec¬trotermice este relativ redusa;

1.1.2.2. Tipuri de echipamente electrotermice

Transformarea energiei electrice în caldura se poate face prin diferite procedee.

Încalzirea cu re¬zis¬toa¬re poate fi direc¬ta sau indirecta. În cazul în¬calzirii directe, rezistorul este chiar corpul de în¬cal¬¬zit; pen¬tru a putea fi par¬curs de cu¬ren¬tul elec¬tric de încalzire, ma¬te¬ria¬lul tre¬bu¬ie sa pre¬zinte con¬¬duc¬ti¬vi¬tate electri¬ca. La în¬cal¬zirea in¬di¬recta, re¬zis¬to¬rul este un ele¬ment de cir¬¬cuit spe¬cial pro¬iec¬tat pen¬¬tru acest scop. Caldura dez¬¬vol¬tata la ni¬ve¬lul re¬zis¬torului se tran¬smite prin ra¬diatie, radiatie si con¬vec¬tie for¬ta¬ta sau nu¬mai prin con¬vectie forta¬ta spre ma¬te¬ria¬l.

Cuptoarele electrice cu arc se bazeaza pe conversia energiei elec¬tri¬¬ce în energie termica la ni¬¬velul arcului electric. La în¬¬calzirea directa arcul electric se formeaza în¬tre e¬lec¬tro¬zi si masa me¬ta¬li¬ca su¬pu¬sa încal¬zirii în ve¬derea to¬pirii. Cuptoarele cu arc e¬¬lec¬tric pot atinge pu¬teri no¬¬minale relativ mari, de pâ¬na la 80 MW si ca¬pa¬citati de pâna la 400 tone. La în¬cal¬zirea indirecta, arcul electric se formeaza între elec¬tro¬zi; încalzirea ma¬te¬¬ria¬lu¬lui, aflat la o anu¬mi¬ta distanta de arc, se fa¬ce prin radiatie.

Încalzirea prin in¬duc¬tie a metalelor se ba¬zeaza pe fenomenul in¬duc¬tiei electro¬magnetice. La instalatiile de inductie având inductorul a¬li¬mentat de la reteaua uzi¬nala cu frec¬venta de 50 Hz, miezul fe¬ro¬magnetic este realizat din tole din otel elec¬tro¬teh¬nic iar materialul metalic de încalzit, daca se urmareste topirea a¬ces¬tu¬ia, este plasat în¬tr-un creuzet inelar. La utilizarea frec¬ven¬te¬lor ridicate (de ordinul ki¬lohertzilor), e¬chi¬pa¬men¬tul electrotermic nu contine miez feromagnetic.

La încalzirea materialelor dielectrice, energia e¬lec¬trica a sursei de alimentare se transfera materialului prin câm¬pul electric de înalta frecventa (zeci de MHz). Materialul di¬e¬lec¬tric de încalzit este plasat între placi metalice, rea¬li¬zân¬du-se o configuratie echi¬va¬len¬ta unui con¬densator în di¬e¬lec¬tri¬cul caruia au loc pierderi de pu¬tere activa prin conductie si histerezis elec¬tric.

Dupa anul 1970, s-au ex¬tins larg procedeele care folosesc micro¬unde, ultra¬sunete, la¬se¬rul etc, fiind astfel posibila rezolvarea per¬for¬manta a unor probleme tehno¬logice ne¬con¬ventionale din do¬me¬niul mai larg al e¬lec¬tro¬teh¬no¬lo¬giilor moderne.

1.1.2.3. Oportunitatea introducerii în exploatare a instalatiilor electrotermice

Introducerea în exploatare a instalatiilor electrotermice rezulta numai în urma unui stu¬diu tehnico-economic care sa justifice oportunitatea în raport cu particu¬la¬ri¬ta¬ti¬le con¬crete ale procesului tehnologic. Fac exceptie procesele care ne¬ce¬si¬ta tem¬pe¬ra¬turi peste 2000 °C, unde utilizarea echipamentelor electrotermice devine obli¬ga¬torie.