В современных условиях возникает потребность подготовки агроинженерных кадров электротехнических специальностей, способных в своей профессиональной деятельности обеспечить промышленное производство импортозамещающими инновационными энергоэффективными аппаратурно-технологическими процессами и установками, основанными на использовании методов электротехнологий [1, 2, 3, 4]. Выполнение этой задачи возможно в случае вооружения молодых специалистов новейшими знаниями в области инновационных электрофизических, электрохимических, электробиологических и электротермических методов интенсификации традиционных процессов сельскохозяйственного производства [5, 6, 7, 8].
При этом самостоятельная работа обучающихся выходит на принципиально новый уровень, изменяются приоритеты целевых задач обучения. Самостоятельное решение расчетных заданий, представленных в практикуме, обязывает обучающихся освоить элементы методики, что способствует развитию рационального творческого мышления и организации их мыслительной деятельности. При этом достаточно большое внимание уделено вопросам самостоятельной оценки эффективности электротехнологических процессов в рамках их практической реализации при разработке инвестиционных проектов (например, при оценке реализуемости и эффективности инвестиционного проекта в процессе его разработки, а также сравнении вариантов проекта при внедрении в аппаратурно-технологические системы ЭТУ).
В электрохимических процессах с помощью электрической энергии осуществляется разложение химических соединений и их разделение в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз).
Электрофизические методы используют специальные физические эффекты для превращения электрической энергии как в тепловую, так и в механическую (электроэрозионные, ультразвуковые, магнитоимпульсные, технологии).
В аэрозольных технологиях энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке частицам и для перемещения их в заданном направлении.
Наряду с перечисленными методами нашли применение технологические процессы и установки, в которых основные и вспомогательные операции реализуются за счет непосредственного механического (силового) воздействия электрического и магнитного полей на обрабатываемые изделия и материалы. Такие методы и установки можно классифицировать по виду полей, воздействующих на объекты технологической обработки: стационарные, пульсирующие, вращающиеся, бегущие.
Наиболее известны и широко применяемые электротехнологические установки (ЭТУ) используют силовое действие стационарных электрического и магнитного полей. Например, стационарные электрические поля применяются в аэрозольных технологиях (пылегазоочистка, электроокраска, нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах, в устройствах водоочистки.
Стационарные магнитные поля используются в магнитных сепараторах для извлечения ферромагнитных предметов и частиц из сырья и отходов, для разделения смесей, при водоочистке, а также для захвата или фиксации стальных заготовок и удаления металлоотходов из рабочей зоны при металлообработке.
С использованием пульсирующих магнитных полей работает ряд электродинамических устройств и некоторые виды магнитных или электродинамических сепараторов.
Воздействие импульсных электромагнитных полей применяется в устройствах для магнитоимпульсной обработки материалов давлением и при электродинамической сепарации.
Вращающиеся и бегущие магнитные поля используются в МГД- технологиях, обработке жидких металлов (перемешивание, транспортировка и т.д.), при электродинамической сепарации и водоочистке.
Отличительной особенностью всех указанных электромеханических технологических устройств является то, что их рабочим телом непосредственно служат обрабатываемые изделия и материалы, т.е. отсутствуют промежуточные электромеханические преобразования энергии.
Представленные в практикуме примеры электротехнологических процессов эффективно применяют в самых различных областях – химии, металлургии, машиностроении, медицине и в сельском хозяйстве. Они с успехом заменяют в ряде случаев традиционные методы и позволяют получать результаты, не достигаемые ранее известными способами [9, 10]. Особое внимание в практикуме уделено методикам и алгоритмам расчета электротехнологических процессов, анализу полученных результатов и формулированию выводов. Структура построения глав практикума предопределяет не только усвоение методик расчета электротехнологических процессов и установок, но и обеспечивает наиболее полное понимание теоретических основ этих процессов и представляет широкий спектр проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и практической деятельности обучающихся.
В результате изучения теоретического курса, включенного в программу изучения дисциплины «Инновационные электротехнологии в АПК» [10], а также самостоятельного выполнения практических расчетных заданий [6], обучающийся должен приобрести следующие компетенции: способность к использованию основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности; способность решать инженерные задачи с использованием основных законов механики, электротехники, гидравлики, термодинамики и тепломассообмена; готовность к участию в проектировании новой техники и технологии.
При этом самостоятельная подготовка обучающихся является одной из главнейших составляющих программы обучения по дисциплине «Инновационные электротехнологии в АПК» [9,10].
Практикум рекомендован для бакалавров, обучающихся по ООП «Электрооборудование и электротехнологии в АПК» (направление 35.03.06 «Агроинженерия»), а также может быть использован в заочном и дистанционном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК.