Présentation
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RÉSUMÉ
Les fours électriques à résistances sont les équipements électrothermiques industriels les plus connus et les plus répandus, présents dans un grand nombre de procédés. Encore de nos jours, ils font l’objet de perfectionnements, comme l’amélioration de la durée de vie des résistances et l’élaboration de nouveaux isolants thermiques. L’article détaille les caractéristiques spécifiques des fours à résistance, dont la nature et les performances des résistances, le transfert entre les éléments chauffants et la charge. Ces équipements sont robustes et fiables, faciles à mettre en œuvre, ils présentent de plus une efficacité énergétique élevée.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marianne LE BOULCH : EDF Division Recherche & Développement
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Claude OBERLIN : Ingénieur Sénior SEE
INTRODUCTION
Le four électrique à résistances est sans doute le plus connu des appareils électrothermiques. Son utilisation industrielle remonte en effet au début des années 1920 et sa technique n’a cessé de se perfectionner depuis. Le principe de ce type de four est extrêmement simple : il est constitué d’une enceinte chauffée à l’aide de résistances électriques, très bien calorifugée pour réduire le plus possible les déperditions thermiques. La charge à chauffer est placée dans cette enceinte. Le four à résistances est un équipement à chauffage indirect, la chaleur produite par effet Joule par les résistances est transmise à la charge par rayonnement et convection. Dans cet article, l’accent a été mis surtout sur les caractéristiques spécifiques des fours à résistances, en particulier la nature et les performances des résistances comme corps de chauffe, la mise en œuvre des résistances, le transfert thermique entre les éléments chauffants et la charge, et l’exploitation et la conduite de ces fours. La robustesse et la fiabilité de ces équipements, leur facilité de mise en œuvre, la simplicité de maintenance et leur efficacité énergétique élevée font que les applications industrielles sont fort nombreuses, il n’est guère de secteur industriel qui n’y fasse appel.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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D 5 910 — Fours électriques à résistances. Présentation générale (le présent article) ;
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D 5 911 — Fours électriques à résistances. Technologies de mise en œuvre ;
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D 5 912 — Fours électriques à résistances. Applications industrielles ;
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Doc. D 5 913 — Fours électriques à résistances « Pour en savoir plus ».
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Les différents types de fours à résistances
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3. Puissance des fours à résistances
L’évaluation du bilan thermique, en tenant compte des caractéristiques de chaque composant et des configurations, amène à chiffrer pour un cycle de chauffe ou en fonctionnement continu :
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l’énergie emmagasinée dans la charge ;
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l’énergie emmagasinée dans les supports ;
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l’énergie emmagasinée et le flux thermique transmis par les parois, la voûte et la sole ;
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le flux thermique et l’énergie perdus par les joints, les entrées/sorties d’air et les ouvertures de portes ;
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le flux thermique perdu par les chauffages de l’atmosphère et les ponts thermiques (dont les passages froids des éléments chauffants) ;
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le flux thermique perdu par l’eau de refroidissement.
On arrive ainsi à considérer un bilan thermique évalué soit en énergie dans le cas d’un cycle de chauffe, soit en puissance pour un régime permanent. Cela permet de déterminer la puissance moyenne nécessaire et, partant de là, la puissance à installer compte tenu d’un coefficient de sécurité dépendant, entre autres, du type d’éléments chauffants, de la régulation et du vieillissement de l’installation. Ainsi, la puissance utile, c’est-à-dire celle qui se retrouve dans la charge, ne représente qu’une partie quelquefois très faible, la part de puissance consacrée aux pièces à traiter va de 50 à 80 %.
3.1 Énergie absorbée par la charge
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La quantité de chaleur Q c à fournir à un produit est généralement égale à la somme de deux termes Q 1 et Q 2.
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La chaleur sensible Q 1 (kWh) est nécessaire pour élever le produit de la température T 1 (˚C) à T 2 sans changement d’état :
Q1 = mC (T2 − T1)avec :
- m :
- masse de la charge (kg)
- C :
- capacité thermique massique moyenne [kWh/(kg · C)] entre T1 et T2...
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