Weerstandsverwarming

Hoe werkt weerstandsverwarming?

Bij weerstandsverwarming wordt warmte ontwikkeld met een elektrische stroom die door een weerstand wordt gestuurd. De weerstand kan twee vormen aannemen:

  • een verwarmingselement,
  • een product.

Dit leidt tot twee verschillende vormen van weerstandsverwarming:

  • indirecte weerstandsverwarming,
  • directe weerstandsverwarming.


Indirecte weerstandsverwarming

Indirecte weerstandsverwarming wordt toegepast in elektrische ovens en via weerstandselementen. Er wordt hierbij gesproken van indirecte weerstandsverwarming omdat het product niet direct, maar indirect wordt verwarmd. De warmte afkomstig van de hete weerstanden wordt via een warmteoverdrachtsmedium, meestal lucht, overgedragen aan het product. Ofwel; het product wordt indirect verwarmd.

Elektrische ovens

Bij elektrische ovens worden de te verwarmen producten in een afgesloten ruimte, de oven, geplaatst. Een elektrische oven bestaat in het algemeen uit:

  • de ovenruimte met daarin het te verwarmen product,
  • een of meerdere dragers waarop het product wordt geplaatst,
  • verwarmingselementen in de vorm van elektrische weerstanden,
  • de ovenomkasting,
  • de voeding en de temperatuurregeling van de oven,
  • hulpapparatuur zoals ventilatoren, deuren en transportmechanismen.

Industriële ovens en dragers

Industriële ovens zijn er in veel verschillende vormen en maten afhankelijk van het type product. Er zijn zowel ovens voor batchgewijze als voor continue productie. Doordat de warmte elektrisch wordt opgewekt is ook verwarming mogelijk in een andere omgeving dan lucht. De toegepaste drager hangt af van het product en of het een batch of een continue oven is. De weerstanden in de oven worden via een elektrische stroom verwarmd. De ontwikkelde warmte wordt convectief en deels via geleiding en straling naar het te verwarmen product overgedragen.

Verwarmingselementen

In elektrische ovens worden verschillende typen verwarmingselementen gebruikt in de vorm van een band, een draad (al of niet gespiraliseerd) of een staaf. De weerstandselementen zijn al of niet gewikkeld om steunen of liggen op dragers die bestand zijn tegen hoge temperaturen. De figuur geeft een aantal voorbeelden van weerstandselementen.

Ovenomkasting

De omkasting van de oven dient voor het beperken van energieverliezen, voor verwarmen onder geconditioneerde omstandigheden en voor de veiligheid. De omkasting van de oven bestaat uit een hittebestendige binnenwand, een isolerende laag en een buitenwand.

Temperatuurregeling

Voor het verkrijgen van kwalitatief goede producten is een goede temperatuurregeling onmisbaar. De temperatuurregeling is een belangrijk onderdeel van de elektrische oven.

Hulpapparatuur

De benodigde hulpapparatuur hangt sterk af van de toepassing. Om voor bepaalde producten een goede temperatuurverdeling te bewerkstelligen worden bijvoorbeeld ventilatoren in de oven toegepast.

Weerstandselementen

Een andere vorm van indirecte verwarming is verwarming met weerstandselementen. Weerstandselementen worden meestal gebruikt om vloeistoffen indirect te verwarmen. Weerstandselementen bestaan uit weerstandsdraad met daaromheen isolatie en dat geheel omgeven door metaal. Voorbeelden van weerstandselementen zijn de elektrische dompelaar of het weerstandselement in elektrische snelkokers of elektrische fornuizen. De figuur geeft de opbouw van een weerstandselement.

Figuur met de opbouw van een weerstandelement

Weerstandselementen worden vooral gebruikt voor het verwarmen van vloeistoffen maar ook voor plaatselijke verwarming van materialen, bijvoorbeeld van mallen. Weerstandselementen worden ook uitgevoerd als (gearmeerde) kabel of als tape voor het verwarmen van vaten of buizen. Verwarmen van wegdekken of vloerverwarming is een andere toepassing van verwarmingskabels.

Voor- en nadelen indirecte weerstandsverwarming

Voordelen Nadelen
lage stilstandsverliezen hogere energiekosten
goede regelbaarheid  
gemakkelijk te automatiseren  
geen rookgassen  
onderhoudsarm  

Toepassingen indirecte weerstandsverwarming

Elektrische oven
De elektrische oven kent door zijn relatieve eenvoud een groot toepassingsgebied. Het vermogensbereik loopt van enkele watt tot meerdere megawatt. Elektrische ovens worden bijvoorbeeld gebruikt voor het smelten van ijzer, staal, koper en brons bij temperaturen van 1300 tot 1700 oC.

Toepassingen elektrische ovens
Industriesector Toepassingen van elektrische ovens
Zware metaalindustrie smelten van ijzer, staal, koper, brons, aluminium en metaallegeringen
Machinebouw harden en temperen van metalen
Metaalsector verwarmen van metaal voorafgaand aan vormen, sinteren van metaal
Keramieksector sinteren van keramische poeders
Aardewerksector bakken van aardewerk, bakken van glazuur op aardewerk
Glasindustrie verwarmen, smelten van glas
Voedingsmiddelen-industrie bakken van brood, het bereiden van maaltijden en maaltijdcomponenten
Elektrotechnische industrie harden van isolatielakken in elektrotechnische apparatuur


Weerstandselementen

In de procesindustrie wordt weerstandsverwarming veel toegepast met weerstandsdraad of met verwarmingselementen die worden samengesteld uit weerstandsstaven. De tabel geeft een aantal toepassingen in verschillende sectoren van de industrie.

Toepassingen weerstandselementen
Industriesector Toepassingen van weerstandselementen
Procesindustrie verwarmen (olie)pijpleidingen, extruderkoppen en andere installatiedelen
Industrie algemeen verwarmen vloeistoffen en gassen


Directe weerstandsverwarming

Techniek

Bij directe weerstandsverwarming wordt een product verwarmd door een hoge stroom door het product zelf te sturen. De ontdooitransformator die wordt gebruikt om bevroren koperen waterleidingen te ontdooien is een voorbeeld van direct verwarmen. Om in de industrie de stroom aan een product over te dragen worden op of tegen het product een aantal contacten of contactklemmen aangebracht. De maximale stroomsterkte per contact ligt in de orde van 10 kA. Bij directe verwarming is geen warmteoverdrachtsmedium noodzakelijk. Het warmteverlies is gering, het verwarmingsrendement is daardoor hoog en ligt tussen 70 en 95%. Er worden hoge vermogensdichtheden bereikt. De opwarmtijden zijn kort en liggen rond een minuut.

Voor- en nadelen directe weerstandsverwarming

Voor- en nadelen directe weerstandsverwarming
Voordelen Nadelen
product wordt direct opgewarmd alleen regelmatige producten kunnen worden verwarmd
korte opwarmtijden energiekosten
lage investeringskosten  
automatisering mogelijk  

Toepassingen directe weerstandsverwarming

De techniek wordt vooral toegepast in de metaalindustrie; dit ligt voor de hand gezien de goede elektrische geleidbaarheid van metalen. Daarnaast wordt directe weerstandverwarming ook in de voedingsmiddelenindustrie, de bouwsector, de glasindustrie en de chemische industrie gebruikt.

Toepassingen directe weerstandsverwarming
Industriesector Toepassingen van directe weerstandsverwarming
Metaalsector verwarmen van metalen voor het vormen, smelten van metalen, lassen van metalen
Voedingsmiddelen-industrie verwarmen en pasteuriseren van vloeibare producten zoals soepen, sauzen, mayonaise en dergelijke
Bouwsector uitharden van beton
Glasindustrie smelten van glas