Potential, probleme și inovații ale aplicațiilor plasmei termice

REZUMAT – Aplicaţiile industriale ale tehnologiei plasmei sunt în atenţia multor ţări care oferă energie electrică ieftină. Posibilitatea transformării energiei electrice obţinute din combustibili fosili, într-un jet de plasmă sau un arc de plasmă de energie ridicată a fost demonstrată la scară redusă şi la scară industrială, sistemul de procesare cu plasmă fiind folosit mai ales în scopul extracţiilor metalurgice şi pirometalurgice,precum si in prelucrarea materialelor dure. Acest referat descrie câteva scurte evaluări a unor promiţătoare şi de succes inovaţii de prelucrare cu ajutorul plasmei, si de eliminare a deseurilor ( gunoaielor)prin procesul de piroliza

CUVINTE CHEIE:PLASMA HEATING,PLASMA TORCHES,PLASMA ,CUPTOARE

PIROLIZA DESEURI

INTRODUCERE

Producerea si prelucrarea materialelor folosind proprietăţile plasmei termice a câştigat tot mai multă credibilitate şi o importanţă crescândă în câteva dintre ţările vest şi est europene, Africa de Sud şi în Japonia.

În ţările în care costul energiei electrice este mai mic de 4 cents/kW, s-au generat noi posibilităţi de aplicare a plasmei termice în producerea de materii prime. Aceasta va oferi un nou impuls studiilor de dezvoltare a tehnologiei plasmei de la scară redusă la scară industrială.Aplicatiile industriale ale plasmei depind deci de echilibrul dintre beneficiile obtinute si pretul materialelor din care sunt fabricate tortele de plasma ceea ce face ca locul de prelucrare sa apara si sa dispara in functie de necesitati.

Acest referat oferă evaluarea a cinci grupuri de tehnologii plasmatice de interes pentru industrie:

(a) Topirea si rafinarea metalelor

(b) Taierea cu jet de plasma

(c) Prelucrarea prin eroziune cu plasma

(d) Sudarea cu plasma

(e) Incinerarea deseurilor

CONSIDERATII TEORETICE

TORŢA DE PLASMĂ – PRINCIPII DE PROIECTARE ŞI FUNCŢIONARE

Variatele procese industriale folosesc trei tipuri de bază ale surselor de căldură cu plasmă. Acestea includ generatoarele de plasmă cu arc transferat, cu arc non-transferat şi torţă de plasmă cu electrozi de inducţie de înaltă frecvenţă. Cei mai importanţi parametri de proiectare a acestui tip de sursa de plasmă termică sunt următorii:

- necesarul de putere care determină consumul specific de energie şi productivitatea întregului proces;

- potenţialul termodinamic şi temperatura masică pentru obţinerea concentraţiei de energie cerută în echilibrarea proceselor din sistem;

- tipul de gaz, debitul şi presiunea de plasma necesare pentru operaţiunile din proces.

Cea mai populară torţă de plasmă este cea care utilizează un electrod coaxial ca şi catod şi duză ca şi anod. Mecanismul de stabilizare a arcului foloseşte fie gaz fie câmp electromagnetic. La anumite torţe de plasmă, sunt folosite ambele metode de stabilizare a arcului pentru a obţine concentraţia dorită de căldură şi mişcare de rotaţie pe suprafaţa piesei de prelucrat.

Caracteristicile operaţionale ale arcului transferat

Cantitatea de gaz este introdusă în torţa de plasmă în scopul de a reglementa rigiditate şi impuls arcului şi al efluentului, transferând astfel energie piesei de prelucrat. Strângerea arcului în duza torţei prin schimbarea ariei duzei duce la creşterea tensiunii arcului şi puterea totală la curent constant.

Figura 1.Schema de principiu al generatorului de plasmă cu arc suflat

O selecţie corespunzătoare a lungimii arcului este o cerinţă importantă pentru obţierea unui transfer de maximă eficienţă pentru orice torţă cu plasmă. De asemenea diversele tipuri de gaz folosite de torţele cu plasmă diferă în capacitatea lor de a disipa energia elecrică în energie termică sub forma jetului de plasmă.

Sistemele de caracteristici pentru diferitele procese ce utilizează încălzirea cu plasmă nu sunt uşor disponibile. Prin urmare dezvoltarea sistemelor de încălzire cu plasmă şi activitatea de evaluare a pornit de la o bază empirică. Lipsa de date tehnologice cuprinzătoare a împiedecat dezvoltarea la o scară mai mare şi aplicarea în procese comerciale a tehnologiei.

Durata de viaţă a duzelor (injectoarelor) de plasmă depinde de mai mulţi factori:

- tipul materialului utilizat pentru electrozi;

- configuraţia electrozilor, care afectează densitatea de curent şi capacitatea de arezista la şocurile de pornire/oprire;

- reactivitatea gazelor folosite;

- tipul curentului folosit.