Elektrische energie in de industrie
Elektrotechnologie
Elektrische energie leent zich niet alleen voor aandrijving, maar ook voor thermische doeleinden, voor licht en in chemische toepassingen. Elektriciteit is een veelzijdige en flexibele energiebron. Bovendien worden er, op de plaats waar elektrische energie wordt gebruikt, geen de rookgassen gevormd die luchtvervuiling en andere ongewenste verschijnselen veroorzaken. Deze problemen verplaatsen zich naar de centrale, maar centrales deze zijn veel beter ingericht voor het reinigen van de rookgassen.
Elektriciteit is bekend om zijn de toepassingen als energiebron voor computers en als informatiedrager in meet- en regelsystemen en voor communicatie. Elektriciteit is echter ook een energiedrager, naast gas en olie, die in veel industriële processen wordt gebruikt. Dat kan met verschillende elektrische technieken. Een aantal van deze technieken uit de elektrotechnologie worden ook in woningen toegepast. Bijvoorbeeld weerstandsverwarming in de vorm van de elektrische kookplaat, het elektrische kacheltje, de snelkoker en het koffiezetapparaat. Inductieve verwarming in de vorm van de inductiekookplaat, diëlektrische verwarming in de vorm van de magnetron en als laatste infrarood in de vorm van warmtestralers in douches, de infrarood kookplaat en warmtelampen voor pijnlijke spieren. Deze technieken worden ook in de industrie toegepast maar dan op grotere schaal en met hogere vermogens: van duizenden tot miljoenen watt. De technieken worden gebruikt in een grote variëteit aan droog- en verwarmingsprocessen. De verzameling van elektrische technieken, die in deze processen worden gebruikt, staat bekend onder de naam elektrotechnologie. Onderstaand worden industriële processen gegeven waarin elektrotechnologie wordt toegepast.
| Verwarmen | Drogen | Diverse andere processen |
|---|---|---|
| tempereren | verwijderen water | reinigen |
| ontdooien | verwijderen vloeistoffen | verwijderen vuil en stof |
| blancheren | drogen voor goede houdbaarheid | egaliseren lagen |
| smelten | indampen | lijmen |
| bakken | uitharden | recyclen |
| pasteuriseren | egaliseren vochtverdeling | ongediertebestrijding |
| steriliseren | boren | |
| vulkaniseren | snijden | |
| solderen | graveren | |
| lassen | ontsmetten grond | |
| regenereren | ||
| pyrolyseren |
Technieken
Elektrotechnologie wordt in een groot aantal industriesectoren, in veel verschillende industriële processen, toegepast. Onderstaand de meest gebruikte technieken met een aantal toepassingsvoorbeelden.
| Technieken | Toepassingen |
|---|---|
| Weerstandsverwarming | verwarmen en smelten van metalen, bakken voeding, bakken aardewerk, pasteuriseren vloeibare voeding |
| Inductief verwarmen | verwarmen en smelten van metalen, solderen en lassen van metalen, drogen van papier, drogen van lak op blik |
| Diëlektrisch verwarmen | lijmen van hout, lassen van kunststof, vulkaniseren van rubber, drogen van voeding, aardewerk, pasteuriseren van voeding |
| Elektropuls conserveren | pasteuriseren en steriliseren van drank en vloeibare voeding |
| Infrarood verwarmen | drogen van lak, drukwerk en geverfd textiel, voorverwarmen producten |
| Ultraviolet verwarmen | uitharden van drukwerk en verflagen, steriliseren van producten |
| Elektronenstraalverwarming | uitharden van drukwerk en verflagen, micrometaalbewerking |
| Laserverwarming | smelten, snijden en lassen van metalen, markeren en graveren, oppervlaktebehandelingen |
| Plasmaverwarming | smelten metalen, verwerken gevaarlijk afval, productie chemicaliën, coaten van materialen |
| Boogverwarming | smelten van metalen, recyclen schroot |
| Elektrolyse | productie van aluminium, productie van waterstof en zuurstof |
| Ultrasoon | reinigen van producten, lassen van metalen en kunststof, snijden en ponsen van materialen |
| Membranen | scheiden van stoffen |
| Geregelde motoren | aandrijving van ventilatoren, transportbanden |
| Warmtepomp | drogen van producten, terugwinnen van warmte, verwarmen van ruimten |
| Mechanische dampcompressie | drogen van producten, concentreren en indampen, destillatie |
| Luchtmes | drogen van producten, egaliseren van lagen, verwijderen van vuil en stof |
Waarom elektrotechnologie toepassen?
Elektrotechnologie wordt in de industrie toegepast om de volgende redenen:
- kostenbesparing
- hogere productiecapaciteit
- hogere productkwaliteit
- energiebesparing
- vermindering milieulast
- mogelijkheid tot automatiseren
- betere werkomstandigheden
- innovatieve nieuwe producten
- innovatieve nieuwe processen
Energie en milieu
Elektrotechnologie kan bijdragen aan energiebesparing en aan reductie van CO2 emissie door:
- reductie energieverbruik proces
- toepassen van 'groene' elektriciteit (uit windenergie, biomassa en dergelijke)
Met gebruik van elektriciteit, in plaats van primaire brandstoffen, in industriële processen kan op energie worden bespaard. Energiebesparing wordt verkregen door een directe of een indirecte energiebesparing.
Directe energiebesparing:
- toepassen energie-efficiënte elektrotechnologie als warmtepomp, mechanische dampcompressie en luchtmes
- korte procestijden en betere procescontrole bij weerstand, inductie, diëlektrisch, infrarood en laser verwarming, bij elektropuls conserveren en bij ultrasoon toepassingen
Indirecte energiebesparing:
- minder af- en uitval
- geen start- en stilstandsverliezen
- minder vloerruimtebeslag door compactere installatie
- minder ventilatieverliezen
Elektrotechnologie draagt bij aan een beter milieu. Bij het gebruik van elektriciteit wordt, lokaal op de plaats van het proces, het milieu niet belast. De emissie vindt plaatst bij de elektrische centrale waar de uitstoot, door de grootschaliger opwekking, sterk verlaagd kan worden. Bij gebruik van elektriciteit opgewekt door hernieuwbare bronnen zoals zon, wind of biomassa, gaat het verbruik van elektriciteit niet gepaard met een milieubelasting.
Elektrotechnologie wordt ook toegepast om milieuproblemen op te lossen.
- Diëlektrische technieken worden ingezet om asfalt te recyclen, om afval te scheiden, voor het reinigen van grond, voor het recyclen van filtermateriaal, voor het pyrolyseren van autobanden, voor het scheiden van vervuilde lagen van beton van gebouwen van schone lagen en voor het doden van schadelijke insecten in houten balken van historische gebouwen.
- Plasmacoating wordt toegepast voor het coaten van materialen in gasturbines en verbrandingsmotoren waardoor het rendement wordt verbeterd, de roetuitstoot verlaagd en de levensduur verlengd.
- Plasmatechnologie wordt gebruikt voor het vernietigen van PCB's, voor het verwerken van vliegassen, van medisch, chemisch en nucleair afval.
- Corona-ontladingen worden toegepast voor het reinigen van rookgassen, zowel van stofdeeltjes als van SOx en NOx.
Elektriciteit biedt tal van energiezuinige scheidingstechnieken, zoals elektrolyse, elektroforese, elektro-osmose, elektrofiltratie, elektromagnetisch scheiden, elektrodialyse en centrifugeren.
Vermogensdichtheid
Elektrische technieken kunnen onder andere worden onderscheiden naar de grootte van het oppervlak waarop ze werken en de vermogensdichtheid op dit oppervlak. Onderstaande figuur geeft de vermogensdichtheid en het werkzame oppervlak van een aantal technieken uit de elektrotechnologie.
Aan de ene kant werken lasers op hele kleine oppervlakken bij hoge vermogensdichtheden. Aan de andere kant werken conventionele technieken op grote oppervlakken en bij relatief lage vermogensdichtheden. Ter vergelijking is ook de vermogensdichtheid en het werkzame oppervlak van zonnestraling in de figuur gegeven.