Calculul cuptoarelor electrice cu rezistoare cu incǎlzire indirectǎ

Calculul cuptoarelor electrice cu rezistoare cu inc lzire indirectǎ

Calculul cuptoarelor electrice cu rezistoare cu incalzire indirecta are in vedere tipul de cuptor si are drept scop stabilirea puterii si dimensiunilor optime ale cuptorului si a amplasǎrii judicioase a produselor de incǎlzit.

Pentru calculul cuptoarelor electrice este necesar sa fie precizate urmatoarele date:

materialul ce urmeaza a fi incalzit;

forma si dimensiunile incarcaturii;

regimul tehnologic necesar (timpul de incalzire, temperatura de incalzire, timpul de mentinere, temperatura de mentinere, timpul de racire);

conditii tehnologice speciale (de exemplu atmosfera de protectie, vid etc.);

productivitatea cuptorului.

Proiectarea consta in:

- alegerea tipului si a numarului necesar de cuptoare pe baza unui calcul tehnico-economic;

- calculul termic si al constructiei cuptorului ales;

- calculul termic al rezistoarelor.

1. Calculul termic al cuptorului electric cu rezistoare cu incǎlzire indirectǎ

Scopul calculului termic este acela de a determina consumul de caldura si puterea cuptorului.

La cuptoarele cu functionare intermitenta cele mai obisnuite diagrame de functionare sunt prezentate in figura 1.16.

- t_c - durata unui ciclu complet, in h;

t_i - timpul de incalzire, in h;

t_m - timpul de mentinere la temperatura constanta in cuptor, in h

t_r - timpul de racire in cuptor, in h;

t_o - timpul de incarcare-descarcare.

Fig. 1.16. Diagrama de functionare a cuptoarelor cu rezistoare: a - incǎlzire fǎrǎ mentinere la temparaturǎ constantǎ; b - incǎlzire cu mentinere la temperaturǎ constantǎ; c - incǎlzire cu mentinere la temperaturǎ constantǎ urmatǎ de rǎcire in cuptor.

Daca se reprezinta variatia:

temperaturii rezistoarelor q_r, [°C];

temperaturii mediului interior al cuptorului q_c, [°C];

temperaturilor incarcaturii - la suprafata piesei q_sp, [°C];

- temperatura incarcaturii in axa piesei q_ap, [°C];

rezulta o diagrama mai cuprinzatoare - Fig. 1.17

Necesarul de caldura Q_c - in [J] - in timpul unui ciclu t_c - [h] - al cuptorului cu functionare intermitenta este:   Q_c = Q_u + Q_a + Q_p (1.27)

Q_u - cantitatea de caldura utila necesara pentru incalzirea pieselor de la temperatura initiala q_i pana la temperatura finala q_f, data de relatia: Q_u = m* c (q_f q_i (

Q_a - cantitatea de caldura necesara pentru incalzirea pieselor auxiliare (cosuri, etajere) intre aceleasi temperaturi, calculata cu aceeasi relatie;

Q_p - cantitatea de caldura pierduta in timpul unui ciclu, care se poate calcula cu relatia:

Q_p = k_p (Ф_i*t_i - Ф_m*t_m + Ф_r*t_r + Q_r)  (

Fig. 1.17. Regimul termic la cuptorul cu functionare intermitentǎ; _rm - temperatura maximǎ a rezistoarelor; _cm - temperatura maximǎ a cuptorului; _i - temperatura initialǎ a piesei; _pf - temperatura finalǎ a piesei.

k_p este un coeficient care tine seama de pierderile termice prin neetanseitati, prin bornele de alimentare ale rezistoarelor, prin elementele constructive ale cuptorului - se recomanda k_p=1,2;

Ф_i, Ф_m, Ф_r - fluxurile termice in [W] transmise prin peretii cuptorului in perioada t_i de incalzire, t_m de mentinere la temperatura constanta, respectiv t_r de racire, in [h];

Q_r - caldura pierduta prin radiatia ce are loc prin usile deschise - in [J] - in timpul t de descarcare-incarcare [h].

Randamentul termic al cuptorului este:   * 100 [%] (1.30)

Puterea cuptorului cu functionare intermitenta se calculeaza pe baza cantitatii de caldura necesare in perioada de incalzire, deoarece in aceasta perioada cuptorul are nevoie de cantitatea maxima de caldura:  P = [W] , (1.31)

unde  Q_i = Q_u + Q_a + k_p (Ф_i*t_i + Ф_r*t_r + Q_r) = Q_c - k_p * Фm* t_m 

Puterea instalata a cuptorului se calculeaza cu relatia:

P_i = k * P = k * [W], (1.33)

in care k=1,1 1,5 este coeficientul de siguranta care tine seama de posibilitatea fortarii regimului de incalzire al cuptorului aflat in stare rece, de posibilitatea scaderii tensiunii retelei fata de valoarea sa nominala, de scaderea in timp a proprietatilor izolatiei termice, de imbatranirea elementelor incalzitoare - care determina o rezistenta mai mare decat cea calculata initial si deci o putere dezvoltata mai mica.

2. Calculul electric al cuptorului electric cu rezistoare cu incǎlzire indirectǎ

Calculul electric al cuptorului electric cu rezistoare consta in:

- alegerea materialului rezistoarelor;

- stabilirea schemei de conexiuni;

- determinarea dimensiunilor rezistoarelor;

- stabilirea amplasarii rezistoarelor in interiorul cuptoarelor;

- determinarea randamentului si consumului specific.

Datele necesare pentru calcul sunt:

- puterea instalata a cuptorului P_i;

tensiunea de alimentare U; pentru protectia impotriva electrocutarilor alimentarea rezistoarelor se face de obicei cu tensiune pana la 500 V;

- temperatura maxima de lucru a cuptorului q_cm sau a zonelor termice la care se refera calculul.

Materialul rezistoarelor se alege astfel incat temperatura sa maxima de lucru sa depaseasca cu 10 20% temperatura maxima de lucru a mediului din interiorul cuptorului.

Rezistoarele pot fi conectate trifazat (stea, triunghi) sau monofazat.

Pentru a determina dimensiunile rezistoarelor este necesar a se defini si calcula puterea specifica a acestora P_s: P_s (

- P - puterea dezvoltata de catre rezistor, in [W],

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

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

Puterea specifica a cuptorului cu rezistoare se determina avand in vedere doua situatii:

- cuptoare avand temperatura sub 700°C

- cuptoare avand temperatura peste 700°C

Dimensionarea rezistoarelor se face considerand ca intreaga putere electrica P_f absorbita de un rezistor de la o faza a retelei se transmite sub forma fluxului termic:

P_f = P_s * A [W] -ecuatia de echilibru termic (1.35)

Dar P_f = = [W] , -ecuatia de echilibru termic (1

- U_f - tensiunea de faza aplicata la bornele rezistorului, in [V]; U_f 500 V

- R - rezistenta rezistorului [W

- r - rezistivitatea rezistorului la temperatura de lucru [W·m];

- S - sectiunea conductorului, in [m²]; s = pd²/4 - rezistoare circulare; s = a b = mb² - rezistoare dreptunghiulare;

- P_f - puterea rezistoarelor montate pe o faza. P_f 20000 W Marimile neprecizate se iau in sistemul international (SI);

- d - diametrul rezistorului, m=a/b=5.12 raportul dintre lungimea a si latimea b a laturilor dreptunghiului ce constituie sectiunea transversala;

Pentru rezistoare din sarma cu diametrul d, rezulta:

d = [m]; l = [m]. (1.37)

Pentru rezistoare din banda, notand m = se obtin urmatoarele dimensiuni ale benzii:

b = [m]; a=m b l = [m]. (1.38)

Amplasarea rezistoarelor in interiorul cuptorului se face astfel incat sa se asigure cea mai buna transmitere a caldurii catre piesa. Pentru piese asezate vertical se recomanda asezarea rezistoarelor pe peretii laterali; pentru piesele plate, acestea se vor plasa pe bolta si sub vatra.