Indicatori energetici - cuptor

Indicatori energetici - cuptor

Indicatorii care permit caracterizarea din punct de vedere energetic a instalatiilor electrotermice sunt: randamentul, puterile active, reactive, aparentǎ si deformantǎ, factorul de putere, consumul specific de energie si productivitatea. Acestia se determinǎ pe baza bilanturilor, energiilor sau puterilor, care se referǎ fie numai la cuptorul electric, fie la instalatia electrotermicǎ in ansamblu (bilantul general).

1. Bilantul general al puterilor si mǎrimi caracteristice

Bilantul puterilor este expresia practicǎ, sub formǎ tabelarǎ sau graficǎ a principiului conservǎrii puterilor evidentiind diferitele elemente ale consumului acestora.

Bilantul general al puterilor active referitor la instalatia electrotermicǎ din figura 1.4 este reprezentat in figura 1.5.

Fig. Structura instalatiei electrotermice.

Randamentul total η_total al instalatiilor electrotermice indicǎ partea din puterea P_total sau energia activǎ cerutǎ de la retea, care se transformǎ in putere utilǎ P_u (cǎldurǎ) in incǎrcǎtura ce urmeazǎ a fi incalzitǎ, avand valori cuprinse intre 30.80%, este dat de relatia:

η_{total = * 100 = [%], (1.7)}

sau  η_total = η _* η_{rs *} η_g ,

in care: reprezintǎ pierderile termice, respectiv electrice ale cuptorului;

η - randamentul cuptorului;

, η_rs - pierderile, respectiv randamentul retelei scurte;

Fig. 1.5. Bilantul puterilor active ale instalatiei electrotermice

, _g -pierderile, respectiv randamentul sursei de alimentare (indicate in cataloagele fabricilor producatoare).

Puterea utilǎ este puterea necesarǎ incǎlzirii masei m (in kg) a incǎrcǎturii, de la temperatura initialǎ _i (in °C) la temperatura finalǎ _f, in timpul t (in secunde):

P_u = = [W] , (1.9)

in care: c - este cǎldura masicǎ, in J/kgK, dependentǎ de material si de temperaturǎ;

i - entalpia masicǎ, in J/kg sau kWh/kg, dependentǎ de material si temperaturǎ - fig.1.6.

Pierderile si randamentul retelei scurte si a cuptorului se determinǎ pe baza parametrilor si a mǎrimilor respective (reprezentate in schema electricǎ echivalentǎ din fig.1.7).

2. Randamentul cuptorului

Randamentul cuptorului rezultǎ din bilantul puterilor acestuia (fig.1.8) si poate fi definit ca raportul dintre puterea utilǎ P_u si puterea consumatǎ de cuptor P, conform relatiei:

η _{= * 100 = [%], (1.10)}

sau ca produs al randamentelor termic η_t si electric η_e,

η_t* η_{e *100 [%], (1.11)}

Fig.1.6. Entalpia masicǎ si necesarǎ pentru incǎlzirea si topirea metalelor, in functie de temperatura θ.

Fig.1.7. Schema electricǎ echivalentǎ monofazatǎ a instalatiei electrotermice:

U_r - tensiunea retelei de distributie; U_g - tensiunea sursei de alimentare; I - curentul absorbit de cuptor; R_rs, X_rs - rezistenta, respectiv reactanta retelei scurte; U - tensiunea cuptorului; R, X - rezistenta, respectiv reactanta cuptorului.

Randamentul termic aratǎ ce parte din puterea transmisǎ incǎrcǎturii din cuptor de cǎtre elementele incǎlzitoare (), contribuie la incǎlzirea acesteia () si poate fi exprimat si ca raport al cantitǎtilor de cǎldurǎ Q corespunzǎtoare:

η_{t = *} = _{[%], (1.12)}

t  fiind timpul de incǎlzire.

Fig.1.8. Bilantul puterilor active ale cuptorului: a - cu rezistoare; b - cu arc electric; c - cu inductie; P_r - puterea din reactii endotermice; p_ge - pierderi prin gaze.

Cantitatea de cǎldurǎ pierdutǎ Q_pt contine pierderile termice:

- pentru incǎlzirea peretilor incintei la temperatura de lucru;

- prin peretii, orificiile si usile incintei cuptorului;

- pentru incǎlzirea instalatiilor auxiliare de sustinere sau transport a incǎrcǎturii;

- pentru incǎlzirea atmosferei din cuptor.

Calculul pierderilor termice sub forma fluxurilor termice transmise prin conductie, convectie si radiatie reprezintǎ obiectul urmǎrit.

Randamentul electric al cuptorului (rel. 1.11) aratǎ ce parte din puterea cuptorului (P) se transferǎ incǎrcǎturii ( si poate fi exprimat si sub forma (fig. 1.7):

_t [%] (1.13)

in care R = (

R_t fiind rezistentǎ incǎrcǎturii, iar R_e - rezistenta elementelor incǎlzitoare.

3. Puteri, factori de putere si consumuri specifice

v    Puterea activ a cuptorului este:   P = R = (1.15)

iar a instalatiei electrotermice: P_total = (1.16)

v    Puterea reactiv a cuptorului este: Q = X* I² (1.17)

in care X = X_i + X_e (1.18)

X_i fiind reactanta incǎrcǎturii, iar X_e - reactanta elementelor incǎlzitoare.

iar puterea reactivǎ a instalatiei electrotermice este:

Q_total = Q + X_rs * I² + Q_go - Q_c (1.19)

in care Q_go reprezintǎ pierderile reactive la mersul in gol al sursei de alimentare, iar Q_c - puterea condensatoarelor necesare compensǎrii puterii reactive a cuptorului.

v    Puterea aparent a cuptorului este: S = (1.20)

iar a instalatiei electrotermice: S_total = (1.21)

v    Factorii de putere corespunz tori sunt:

cos - pentru cuptor (1.22)

si cos - pentru instalatia electrotermicǎ (1.23)

v    Consumurile specifice de energie electric sunt:

e = = [kWh/kg, tonǎ, bucǎti etc.] pentru cuptor si (1.24)

e_total = = pentru instalatia electrotermicǎ. (1.25)

Observatie. In cazul cuptoarelor cu arc si a surselor de alimentare ce produc regim deformant se impune prevederea filtrelor avand drept scop reducerea puterii deformante.

In tabelul 1.1 sunt date valori orientative ale principalilor indicatori energetici ai cuptoarelor electrice.