Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

SUŠENÍ V ELEKTROTECHNICKÉ VÝROBĚ - účel, způsoby sušení - fyzikální podstata sušení - prakticky používané způsoby sušení - monitoring procesu sušení -

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "SUŠENÍ V ELEKTROTECHNICKÉ VÝROBĚ - účel, způsoby sušení - fyzikální podstata sušení - prakticky používané způsoby sušení - monitoring procesu sušení -"— Transkript prezentace:

1 SUŠENÍ V ELEKTROTECHNICKÉ VÝROBĚ - účel, způsoby sušení - fyzikální podstata sušení - prakticky používané způsoby sušení - monitoring procesu sušení - druhy a provedení sušáren

2 důležitý, častý TEP - energie, čas - výrazně limituje cenu i Q výrobků v mnoha oborech 1 - odstranění volné vody ze systému ( izolace ) v elektrotechnice ( dle četnosti ) 2 - ztuhnutí impregnační látky ( schnutí ) specifický účel 3 - jiný účel ( PCB, keramika … ) způsoby sušení ad 1 - teplem (θ > θ n ) - rozrušit vazbu vody, vytvoř. spád vlhkosti a teploty v materiálu, přestup mezi materiálem a okolím - mechanicky ( odstřeďování oleje ) - fyzikálně chemicky ( sorpce na pevných látkách ) ad 2, ad 3 - výhradně teplem univerzální způsob sušení teplem ( v praxi nejčastěji )

3 Sušení teplem - dle přenosu tepla na vysušovanou izolaci – metody : - konvekce teplého vzduchu při p n - přirozená - umělá ( častěji ) - konvekce + kondenzace par solventu ( kerosin ) - Joulovo teplo ( elektroodporový ohřev ) - přímý ( I ss,st ve vysušovaném materiálu ) - nepřímý ( I ss ve vodičích ) - absorpce mikrovlnného záření - dielektrický ohřev ( ztráty v izolaci ) - IČ záření při p n, p < p n ( vakuové sušení ) Sušení pro odstraňování volné vody ze systému – základní pojmy: vazba vody - chemická ( iontová, molekulární - vázaná voda ve struktuře ), ( druh, velikost energie ) silná vazba, nesmí se při sušení porušit θ < 150 °C - fyzikálně chemická ( absorpční, osmotická, strukturní – stěny dutin a kapilár ), slabší vazba – transport molekul vody difúzí - fyzikálně mechanická ( adhezní a kapilární – povrchové napětí, kapilární tlak ), nejslabší vazba – transport kapilaritou volná voda - slabé vazby - poruší se energií - transport - vysušení systému vnější silové pole volná voda (pára, kapal.)

4 makrokapiláry – r > 100 nm, p R = p O kapiláry mikrokapiláry – r < 100 nm, p R = p O p R tlak nasyc. páry nad meniskem kapilární tlak p O tlak nasyc. páry nad volnou hladinou σ p povrch. napětí vody R poloměr zakřivení menisku R = r při dokonalém smáčení p k < 0 duté menisky – smáčivý povrch kapiláry – sací tlak – vtahování vody do kapiláry ( elevace ) p k > 0 vypuklé menisky – nesmáčivý povrch ( deprese ) p k = 0 p R jako u volné hladiny kapilární kondenzace – při p k < p O - kondenzace vodních par v kapilárách, když tlak nasycené páry nad meniskem je menší než je parciální tlak vodních par v okolí může nastat i když by v prostoru mimo kapiláry nenastala

5 Experimentální zjišťování druhu vazby ( sušení konvekcí teplého vzduchu při p n ) křivka sušení u = f ( t ) u … měrná vlhkost materiálu termogram sušení Δ = f ( t ) Δ = (θ – θ M ) Δ … rozdíl teploty vzduchu θ a materiálu θ M t … čas Oblasti na křivce sušení: A vazba adhezí B makrokapilárami C mikrokapilárami D polymolekulární absorpcí E monomolekulární absorpcí Podle druhu vazeb, uspořádání struktury - materiály: nenavlhavé - kompaktní nebo s velkými póry ( > 1 µm ) např. sklo, PVC, PETP, PTFE … navlhavé - vláknitá struktura, malé póry a dutiny např. deriváty celulózy, keramika … (kapilárně pórovitý materiál)

6 Vlhkost materiálu M V hmotnost vody měrná vlhkost kg / kg, nebo % M S hmotnost suché části relativní vlhkost kg / kg, nebo % rovnovážná vlhkost u´, m´ - ustálená vlhkost materiálu při dané φ, θ vzduchu u´ = u, resp. m´ = m nastane, když v materiálu je 0 transport vlhkosti i tepla u´, m´ klesá když θ roste

7 sorpční (1), desorpční (2) izotermy u´, m´ = f ( φ ) při θ = konst. - charakteristické pro každý materiál - hystereze ( 1, 2 ) příklad pro papír θ = 20 ºC hygroskopická vlhkost u´, m´ pro φ = 100 % materiálu φ = relat. vlhkost vzduchu u´, m´ %

8 Průběh sušení – tepelná a vlhkostní bilance sušicího procesu - statický, dynamický způsob výpočtu určení nestacionárního ( hlavní závěry ) pole teplot a vlhkosti v průběhu sušení vnější - povrch materiálu – okolí přenos vlhkosti a tepla vnitřní - uvnitř materiálu Přenos vlhkosti vlhký materiál (u´, m´ ) - ohřátý vzduch v sušárně ( θ > θ o, φ < u´, m´) molekulární jednosměrná difuze molekul vody z povrchu do okolí - I.Fickova rovnice časová změna koncentrace vlhkosti vzduchu v místě x - II.Fickova rovnice

9 Přenos tepla povrch - okolí ( Newtonova rovnice ) přestup vody z povrchu do okolí gradient vlhkosti uvnitř materiálu ( výparné teplo – bere z okolí ) ( koncentrační gradient ) transport vody z vnitřku k povrchu difúzí, kapilaritou - dle druhu vazeb a struktury materiálu povrch - okolí rozdíl teplot vznik termodifuze ( gradient teploty ) povrch - vnitřek materiálu - směrově shodný grad T s grad. vlhkosti - termodifuze podporuje a urychluje sušení - směrově různý grad T s grad. vlhkosti - termodifuze zpomaluje sušení

10 aby sušení probíhalo spojitý transport vlhkosti z vnitřku – vně materiálu nutno zajistit průběžně : ohřev materiálu θ M ( okolní vzduch θ ) – topný zdroj, v proudění ( tep. přestup ) odvod vlhkosti ze sušárny - řízení φ vzduchu ( odvětrávání - přirozené,umělé, ( φ < u´, m´) sorpce na PL, kondenzace par při θ ) průběh a rychlost sušení fce ( θ M, v, φ ) ( dynamika sušicího procesu ) rychlost sušení je omezená - dodržet vysoušecí spád ( kontinuita transportu vody v mat.) specificky podle sušeného materiálu experimentální stanovení - režim sušení ( θ M, v, φ ) z křivek sušení pro daný materiál při nedodržení - dlouhá doba sušení, obsazení sušárny, produktivita TEP - riziko přesušení povrchových vrstev ( prodloužení doby sušení ), tepelná destrukce materiálu, praskliny, deformace

11 Typický průběh sušení materiálu konvekcí teplého vzduchu při normálním tlaku – 4 etapy 1 – ohřev předmětů θ - teplota vzduchu v sušárně 2 – předsoušení ( konst.rychlost sušení ) θ M - teplota suš. materiálu přes K ( bod zlomu ) u - měrná vlhkost materiálu 3 – dosoušení na rovnov. vlhkost u´ t - čas 4 – chladnutí ( někdy mimo sušárnu )

12 Kontrola TEP sušení – měření změn vybraných fyzikálních veličin během sušení ( např. C, tg δ, R i, m kondenzátu = fce t ) m m o

13 Technicky používané způsoby sušení teplem ( podle přenosu Q na materiál ) - konvekce ohřátého vzduchu, p = p n - nejpoužívanější způsob sušení, přenos tepla, vlhkosti - vzduch ventilační sušení - ventilace přirozená, umělá ( častěji ) - otevřený systém, odvod vlhkého vzduchu ven, nehospodárné, pro všechny účely ( i nevýbušné provedení – ředidla ) - řízení průběhu sušení θ, v, φ ( částečný, úplný odvod vlhkého vzduchu ) 1 držáky ( police ) s předměty 2 topné články 3 izolovaná skříň 4 komín s regulační klapkou 5 dno s otvory Schéma sušárny s umělou ventilací

14 cirkulační sušení - uzavřený systém ohřátého proudícího vzduchu, absorbenty par ( SiO 2, Al 2 O 3 + CoCl 2 ), kondenzátory par vody - hospodárné ( t ), kvalitní sušení ( m´ ) - pouze pro vodu Schéma uspořádání cirkulační sušárny

15 Př. Teplovzdušné ventilační sušárny ( přirozená, umělá ventilace, μP řízení …) laboratorní – objem do cca 1 m 3, P ~ 1 kW průmyslové - objem řádově až 10 m 3, P ~ 10 kW - komorové, vozové, průběžné Laboratorní sušárna fy BMT (CZ) Velká komorová sušárna fy Genlab (GB) typ R typ HDO 100 θ max = 250 °C θ max = 350 °C vnitř. objem 707 l vnitř. objem 10 m 3

16 Průběžné ventilační sušárny fy Hedinair Ovens (GB) pro θ max = 200 až 650 °C, šířky pásu 300 až 2000 mm, volitelné délky vyhřívané části

17 - sušení při p < p n ( vakuové sušení ) oproti p n výhoda t, m´ snížení, úspora energie - bod varu vody < 100 °C, termodegradace materiálu, odplynění nevýhoda neúčinná konvekce, ohřev radiací kombinovaný proces sušení konvekční ohřev při p n ( cca 75 % θ M ), dále snížení p < p n ohřev radiací pro udržení θ M požadavek - výkonná vývěva s vřazeným kondenzátorem, vymrazovačkou par - robustní těsněná sušárna vakuum tlak Pa var vody °C hrubé 100 kPa Pa střední 2500 Pa Pa ( pro sušení ) jemné 500 Pa - 1 Pa vysoké 1 Pa Pa ultravysoké < Pa nákladné zařízení

18 režim vakuového sušení - konstantní vakuum - proměnné vakuum - v etapě dosoušení pulzace p ( p 1, p 2 ) vyvolají změnu θ M povrchu využití termodifuze - další snížení t, m´ Průběh vakuového pulzačního sušení ( 6 kPa ) ( 2 kPa )

19 - sušení v parách solventu - specifický případ vakuového sušení - velké předměty konvekce + kondenzace zahřátých par solventu ( kerosin ) účinný, rychlý ohřev θ M na chladnějším povrchu při p 1 < p n vakuové dosušení při p 2 < p 1 odčerpání zbylých par kerosinu a vody Př. sušení velkého transformátoru - TEP postupně - čerpání sušárny, ohřívání předmětu infrazářiči, vně ohřev kerosinu ( páry cca 200 °C ) - vpuštění par, kondenzace ohřev předmětu na θ M, p ~ 24 kPa - uzávěr přívodu par, p ~ 2,7 kPa z kondenzátu páry, odsávání s vodou - další p < 2 kPa finální vakuové dosoušení výhody - rovnoměrnost a účinnost ohřevu, kvalita sušení ( t, m´ ) nízké - bez kyslíku termooxidační stárnutí izolace nevýhody - složitější a drahé zařízení, riziko chemické reaktivity solventu s materiálem

20 - sušení ohřevem využívajícím Jouleovo teplo přímé - průchod I sušeným materiálem elektroodporové sušení ( např. keramické polotovary ) nepřímé - I prochází vodivou částí, nepřímo ohřívá sušenou izolaci ( např. vinutí strojů, kabely …) nepřímé sušení ( častěji ) - ohřev z vnitřku ven účinná termodifuze úspora energie ( ztráty Q ) lze ve volném prostoru ( bez sušárny ) obvykle při I ss = konst. j = I ss / S … cca 2 až 3 A / mm 2 při θ, ρ, R R o < R, U o < U známe-li TKR vodiče, potom napětí při požadované teplotě θ M U = U o. [ 1 + TKR ( θ M - θ o ) ] pokud ne, pak regulace I ss θ θ θ

21 Ukázka přímého elektroodporového sušení keramických polotovarů ( válce ) v laboratorních podmínkách

22 - Sušení ve vnějším silovém poli mikrovlnný ohřev f = 300 MHz až 300 GHz, zdroj magnetron f = 900 nebo 2450 MHz polární voda - absorpce energie - selektivní ohřev ( ostatní části ne ) vnitřní přetlak - transport ven ( termodifuze ) ohřev dielektrickými ztrátami pro polární izolační materiály ( nař. papírová měrný tepelný výkon ( ztráty ) izolace kabelů ) f = 1 MHz až 10 MHz, E = 0,05 až 0,15 V/cm rovnoměrný ohřev ( termodifuze ), regulace θ M změnou f, E ohřev infračerveným zářením používaný při p < p n, resp. při p n část spektra elmag. záření λ = 0,7 až 10 μm po dopadu absorpce ( reflexe ) - dle materiálu - θ M zářiče - žhavicí vlákna ( žárovky ), uhlík, kovová nebo keramická topná tělesa hlavní parametry - intenzita záření, λ účinnost ohřevu zářiče

23 Porovnání jednotlivých typů zářičů max. účinnost ohřevu když λ max. emise = λ max. absorpce např. voda λ max. absorpce = 3 μm tj. λ max. emise uhlíkového vlákna

24 Schéma průběžné infračervené sušárny s pásovým dopravníkem

25 - ostatní způsoby sušení kombinace předchozích metod ( zejména s vakuem ) akustické sušení – vibrace - teplý vzduch - sušené předměty Režim sušení správné nastavení parametrů TEP zejména: - teplota θ M > θ varu vody, var fce p při p n … θ M cca 110 °C až 180 °C ( tep. odolnost izolace, hospodárnost ) p < p n … θ M < 100 °C ( výhodné – obvykle 60 °C až 100 °C ) - tlak ( úroveň vakua ) vliv na t, m´ dle velikosti sušárny, vývěvy … řádově 1 Pa až 1000 Pa - doba sušení, změny θ, p ( ohřev, chladnutí ) dle druhu vysušovaných předmětů, sušárny, požadavků na m´…. - experimentálně riziko - termooxydační degradace izolace, mechanické poškození Př. vakuové sušení trafa středního P …. θ M =100 °C, t sušení 6 hod, p = 1 kPa ohřev < 15 °C / hod, čerpání < 16 kPa / hod, zavzdušňování < 35 kPa / hod t, m´ až 2 x


Stáhnout ppt "SUŠENÍ V ELEKTROTECHNICKÉ VÝROBĚ - účel, způsoby sušení - fyzikální podstata sušení - prakticky používané způsoby sušení - monitoring procesu sušení -"

Podobné prezentace


Reklamy Google