5. APLICATII II\IDUSTRIALE ALE TEHNOLOGIILORELECTRICE

5.1 APLICATII ALE INCALZIRII PRIN REZISTENTAELECTRICA

Aplica{iile incllzirii prin rezisten![ acoperi toate sectoarele industriale iaropera{iile cele mai des intdlnite sunt:

- tratamente termice de volum;- topirea qi menfinerea metalelor neferoase;- coacerea gi emailarea ceramicii;- incllzirea fluidelor (gaz, ap6, bIi in metalurgie, etc.);-incdlzfuea sculelor sau a forrnelor;- uscarea pudrelor qi a diverselor materiale.Este greu de dat o viziune exhaustiva autllizdrii lor. Se vaprezenta doar o

gaml larg6 de aplica]ii a acestui tip de instala]ii in industrie.

s.1.1 APLICATTT N TNnUSTRTA METALELOR5. 1. 1. r. TOPTRE. MENTTNERE

Cuptoarele cu rezistoare sunt mult utilizate la topirea metalelor gi in speciala celor neferoase. Sunt int6lnite in mod special in:

u Instalalii de galvanizare, unde piesele de galvanizat se scufundd in blide zinc topit la 450 "c (fig. 5.1); cuvele pot fi metalice sau ceramice.consumulmediu de energie este de 180 - 200 kwh/t de piese tratate.

Consumul mediu de energie este de 180 - 200 kWh/t de piese tratate.b.rnstalu{ii de topire-menlinele a aluminiului, care sunt esenfialmente

cuptoare cu bazin sau cu creuzet.Figura 5.2 prezintl un captot cu creuzet, alcdtuit dintr-o incinti refractari

qi rezistoare radiante. Creuzetul constituit din oJel-font5, carbur6 de siliciu saugrafit ese dispus in centrul incintei gi con{ine metalul de topit. Rezistoarele suntdinNi-Cr sau Fe-Cr-Al.

Consumul specific este de cca. I kWh/kg de metal topit. Capacitnlileacestora sunt de 30 - 600 k, debitul 2A kg4;., puterea de 30 - 150 kW.

e. Instalatrii de topire-menlinere pentru aliaje de cuptu necesititemperaturi mai mari de 1500'C. Ele sunt de tip creuzet (fig.5.3) qi sunt echipate

cu rezistoare de inalti temperaturd nemetalice, cumsiliciu sau grafit, ori ace de bisiliciuri de molibden .

Fig. 5.1. Instalalie de galvanizare cu cuvimetalicI: I - lilimea cuvei, R - rezistoare

Ni-Cr, Zn - zinc topit.

sunt barele de carburd de

Fig. 5.2. Cuptor cu creuzet de topirea aluminiului: I

- incinti reftactari,

C-ceuzet,R*rezistor.

Fig. 5.3. Cuptor cu bard radiantd: I - carcasl metalici, 2 - element incllzitor,3 - suportul elementului lncalzitor,4 - flanq5 demontabili, 5 - material refractar,

6 - clruciormobil, 7 - inel de etangeizare, 8 - nivelul b6ii.

5. 1. 1. 2. INC,{LZIREA fiUATIITZ ON PRELUCMRElncdlzirea inainte de prelucrarea se realizeazd deobicei fie prin incllzirea

directi (prin conducJie), fie prin prin incdlzirea indirectd. incSlzirea indirectd esteaplicatd in cazuri specifice:

o reincilzirea metalelor neferoase, cuflr ar fi aluminiu la 500 oC, sautitan la 900 'C care se face in cuptoare tunel, investiJia fiind foarte redusf, fal6 decelelate tehnici de incdlzire;

o incdlzirea produselor de fonna geometrici complexa, care nu igiating temperatura la prima trecere a cestora prin cuptor, proceddndu-se la orecirculare astfel incAt sd atingd temperaturi de 1150 - 1200 "C. in locul

RZn

cuptoarelor cu sold turnanti cv gaz folosite curent gi care au un randament foartescdzut (

- recocerea Droduselor de otel 120 - 300 kwh/r- tratarea termicf, a aliaielor de aluminiu 150 - 400 kwh/t

s.l.2.ApLrCATU N TUDUSTRTA CERAMTCAIndustria ceramicl se referA la produse refractare gi la cele sanitare.

Operafiile care intervin in fabricarea acestor produse sunt frecvent uscarea gicoacerea. Coacerea este un proces mare consumator de energie, iar cuptoarele curezistoare joacd un rol important.Acestea se prezintd sub doui tipuri constructive:cuptor cu camerS gi cuptor continuu.

Consumul specific total este ?n general cuprins intre 0,6 - 1,2 kwhlkg pies6qi depinde de: umplerea cuptorului, temperafur[, durata ciclului termic, naturapieselor, recuperarea de energie, g.a (tabelul 5.2).

Cuptoarele pentru industria ceramicd sunt fie fie cuptoare cu camer6, fiecuptoare continui.

1 2fl0

800

400

0r{h)

Fig.5.5 Schema de ansamblu a unui cuptor tunel de coacere a ceramicii, cu dou[ tipuri deproducqie posibild: - - - - evacuare gaze de coacere, ** recuperare de energie pentru:

12

Tabelul 5.2

Putere [kW-l 8l 99 126 r68 220Saria fksl 500-600 650-850 1000-1200 1500-1800 2200-2650Consum specific deenersie lkWh/ksl

0,65-0,75 0,6-0,7 0,6-0"7 0,55-0,65 0,5-0,6

Uscator

I - uscdtor, 2 - preincalzire ln zona de intrare.Izolalia cuptorului cu camere se realizeazil din fibre ceramice, rezistoarele

din fier-crom-aluminiu (1250-1300 oC) sau bisiliciuri de molibden (>1300 "C).Interesul pentru cuptorul continuu se datoreazd consumului redus de

energie electricd, cu condi{ia ca rata sa de incfucaxe si fie corect6. intr-adevar,acest cuptor este incilzit odati pe aq pierderile se reduc la pierderile prin perefi,pierderi datorate reincdlzirii c5rucioarelor gi suporfilor pieselor, ca gi pierderilorprin convecfie naturald la extremitdtile cuptorului. in consecinfd, cuptorul esterealizat din cirdmizi refractare izolante clasice.

Dacd folosirea cuptorului este proast6, adicd utilizat foarte rar in regimnominal, consumul siu de energie poate dep[qi pe cel al cuptorului cu cameri.

Figura 5.5 prezinti ciclul termic al unui cuptor de coacere de vase culinare,capacitate 8 t1zi, avdnd 50 m lungime,2,5A m llfime qi 2,80 m inallime.

Puterea totald de incilzire este repartizat[ ln 8 zone separate de alimentare qireglare: patru zone de recoacere qi (40 qi 70 kW) gi patru zone de coacere de 85kw.

Rezistoarele sunt din conductor spiralat de Fe-Cr-Al dispuse pe perefii dincdrdmizi refractare pentru primele patru zone gi din tuburi verticale din aluminapentru celelalte zone (pozilia este dictati de necesitatea unor inlocuiri rapide).

Consumul de energie este de 0,75 kWh/kg de pies[ tratatl.

5. 1.3. INDUSTzuA ALIMENTARAin industria alimentard, cuptoarele cu rezistoare sunt utilizate in procesele

de uscare, coacere qi in sectoare foarte diverse. Temperaturile puse in joc suntsc[zute (400 - 450 "C). Rezistoarele sunt din Ni-Cr.

5.2 APLICATII ALE INSTALATIILOR CU RADIATIITNTRARO$Ir

5.2.1. DOMENII DE APLICAREincdlzirea cu radialii infraroqii igi gEseqte utilizarea in procese care

necesiti cantitSli precise de energie radiantd, de obicei cu lungimi de undddeterminate Si care pot fi direc{ionate spre obiectul de incdlzit, evitendu-seastfel incdlzkea aerului sau a altor parfi din echipament (tabelul 5.3).

Avantajele acestui procedeu sunt:- randament ridicat, determinat pe de o parte de randamentul surselor de RI iar

pe de alti parte de modalitatea transmiterii energiei intre sursd gi corp caracterizatdprinfr-o absorblie redusi a radialiei de cihe aer sau atmosfere gazoase;

- inerfie termicd redus[ (sursele ating temperatura de func{ionare in cel mull 5minute) qi vitezi mare de creqtere a temperaturii;

- posibilitatea oblinerii unor densitl{i de putere ridicate gi deci a reduceriiduratei procesului de incSlzire gi a pierderilor termice;

- incilzire omogenS datoriti penetrdrii RI (degi aceasta este limitat[ laciteva zeci de mm);

- productivitate ridicati;- condilii de curd{enie gi sigurantd a exploat6rii;- instalalii de ?ncilzire relativ simple qi ieftine, de dimensiuni reduse,

permifSnd modificdri constructive uqor de raalizat;- reglarea temperaturii se poate face continuu gi precis, cu timpi morfi redupi.De asemenea, sursele electrice de RI prezinti avantaje suplimentare fatfi de

sursele neelectrice:- o varietate mai mare a surseloq atit din punct de vedere al puterilor cdt gi al

domeniilor de lungimi de und6;- randament general mai ridicat;- intrare qi iegire din funcliune practic instantanee;- intretrinere redus6;- absen{a poluirii etc.Aplicaliile industriale ale RI au apirut in anul 1935 cind uzinele Ford au pus

in funcfiune primele instala{ii de uscare a lacurilor gi vopselelor bazate pe acestprincipiu. ln prezent RI joacd un rol important lntr-o mare diversitate de proceseindustriale in care se cere incilzirea la suprafafi sau in volum a diferitelor materiale.Acest procedeu este deosebit de eficace ?n procesarea materialelor de grosime mic5"care pot fr iradiate simultan pe o mare suprafafi. Principalele domenii de aplicaresunt:

- uscarea, arderea sau polimerizarea straturilor de protec{ie sau ornamentaledepuse pe diferite suporturi: grunduri, vopsele sau emailuri pe metal, lemn, sticlisau hdrtie; depuneri pe piele bruti sau prelucrat6; acoperiri cu PVC sau cauciuc;straturi de teflon pe ustensile casnice; tehnologia componentelor integrate (cregteriepitaxiale) etc;

- deshidratiri qi uscdri par{iale pentru: h6rtie, textile, forme de turnare,obiecte metalice dupl spdlare gi cl[tire, cemeluri qi acuarele, frunze de tutun,produse farmaceutice etc;

- inc5lziri diverse: incLlzirea materialelor plastice qi a sticlei inainte deturnare, incdlzirea metalelor pentru diferite tratamente termica, arderea smallului,pasteurizarea qi sterilizarea produselor alimentare, sterilizarea ambalajelor.

a) Procese de incilzirelncdlzkea cu R[ este frecvent utiluati" in etapele initiale ale proceselor de

acoperire a diferitelor suprafefe cu scopul de a reduce durata procesului, atmbunltfti calitatea sau pentru realizarea ambelor aspecte; astfel de opera{ii suntfrecvent intSlnite in industria construc{iilor de magini.

Un alt soop al incdlzirii cu R[ il poate constitui producerea unor reacJiichimice ?n impuritdli: astfel, pentru inldturarea fibrelor vegetale din lena, aceastaeste tratatd intr-o baie de acid qi apoi supusi unei incdlziri rapide cu R[. Se obtrine in

acest fel o oarbonizare rapidd a impuritf,Jilor vegetale care pot fi indepdrtatespllare, ftrd ca l6na sd fie afectatS.

Tabelul 5.3

Domeniu de utilizare Putere specificl necesarl In kWm' sauconsumul soecific de enereie in kWh/ks

Uscarea suorafetei voosite 5-15 kWm'Uscarea hdrtiei si cartonulur 3-2OkW/m"Uscarea materialeleor textile 1"4-1.8 kWh/ks aod eliminatiUscarea materialeleor ceramice si minerale 0.2-0.3 kWhlksUscarea miezurilor de tumitorie 0.1-0-25 kWhlksUscarea produselor asicole 0.15-0-20 kWh/ksUscmea lezumelor si a Auctelor 0.74.2 kWh/ksUscarea fuinii si a pastelor lEinoase 0"28-0.38 kWhlksUscarea pieliriei si a incf,ltimintei 0.7-l kWh/keUscarea cauciucului gi a materialelorimnesnate

0,54,6 kWhlkg

Coacerea piinii si a biscuitilor 5-20kwm'Pr6iirea cdmii

solventului gi datoritb conductiviti{ii termice a stratului metalic, asiguri o buniegalizAre a temperaturilor. Puterea instala6 variazl intre 20 gi 100 kWm de cuptor(tunel) qi trebuie avut grijl de faptul ci valoarea coeficientului de absorblie depindede culoare (a : 0,86 pentru culoarea neagrd dar numai 0,48 pentru culoarea albb).

d) Inmuieri qi topiriSunt aplica{ii tipice pentru industria maselor plastice, unde foliile de material

sunt frecvent inmuiate prin incdlzire la cca 400 K ?nainte de tiiere gi fasonare.Anumite materiale plastice (poliesterul de exemplu) sunt transparente pentruradia{iile vizibile dar devin opace pentru radiaJiile infraroqii. Astfel, prin alegereacorespunzitoare a lungimii de undi, addncimea de pdtrundere poate fi exactconkolati qi deci qi procesul de incdlzire.

Incllziri cu RI in acelaqi scop pot fi int6lnite insl qi la materiale metalice (500K la pl6ci din Al, o{el sau titan inainte de tiiere sau 1300 K la pl6ci din o{el, inaintede roluire).

Radiafiile infraroqii se mai utihzeazd, in tehnologia circuitelor imprimate lalipirea componenteloq uscarea fluxului, topirea cositorului sau a pastilelor de lipit.

e) ContracfiiEste o aplica{ie larg rispdnditd in sectorul ambaldrilor. Foliile din polietilend

sunt intinse in timpul procesului de produclie dup[ cele doui axe principale inscopul imbunntI{irii rezisten{ei mecanice, a elasticitifii qi a impermeabilitifii.Aceasta produce o orientare a moleculelor in cele doud direc{ii, orientare care semenfine la temperaturd joasd. Prin ?ncdlzire in apropierea punctului de topire,moleculele se reorienteazd aleator, proces insolit de o contrac{ie a foliei.

5.2.2 APLTCATTE NUMERTCA pnrVrNO INCATZTREA CUREZISTOARE $I PRIN RADIATII INFRARO$II

O instalafie de uscare a unor produse textile de l6nd sau fibre sinteticelutilizeazl, aburul pentru efectuarea operafiei de uscare gi elemente iincdlzitoarepentru r ealizar ea termofi x6rii.

Temperatura necesard pentru termofixare este de 220"C,Elementul incdlzitor utilbat este de tip rezistor protejat, alcdtuit dinf-un tub

de protecfie (o{el nichelat 0- : 500 oC) in care se gdsegte firul spiralat de Cr-Ni,inglobat in magnezie comprimat[. Se utilizeazi 202 elemente.

A. Se va analizafunc{ionarea instalafiei de incilzire cu rezistoare.B. Se va analiza posibilitatea utilizirii radia{iilor IR in locul rezistoarelor

protejate.Date numerice:- diametrul exterior al cimlgii rezistorului d": I2,5 mm;- grosimea cimdpii e: I mm;- diametrul mediu al spiralei d:7,5 mmConductivititi termice :- cdmaga ?"r:12 Wm K;- magnezie 1" =7,6 WmK;