Calentador de agua por inducción (caldera): dispositivo y principio de funcionamiento

El dispositivo y el principio de funcionamiento del calentador de inducción.

El calentador de inducción simplificado consta de tres componentes:

• alternador (1);
• inductor (2);
• núcleo (3).

Se coloca una varilla conductora (metal, grafito) en una bobina que consta de un cierto número de vueltas de un conductor de un área de sección transversal determinada sin contacto directo con él, después de lo cual se aplica un voltaje a los contactos de la bobina desde el alternador. Se forma un campo electromagnético alrededor de las espiras de la bobina, bajo cuya influencia surgen corrientes parásitas de Foucault en la varilla, calentando el núcleo. Por lo tanto, no hay transferencia de calor al núcleo, el calor lo genera de forma independiente bajo la influencia de las corrientes que flotan en él y se puede transferir utilizando un refrigerante. La temperatura de la varilla no aumenta simultáneamente en toda la masa, sino desde las capas superficiales hasta el centro, dependiendo de la conductividad térmica del material del núcleo. Al mismo tiempo, el aumento de la frecuencia de la corriente alterna disminuye la profundidad del calentamiento inductivo, pero aumenta su intensidad. Particularmente digno de mención es el hecho de que la bobina alrededor del núcleo permanece prácticamente fría durante el funcionamiento.

Este proceso se ve así:

Áreas de uso

En la industria, los calentadores de inducción se utilizan para los siguientes procesos complejos:

• fusión de metales ultrapuros (producidos en hornos de inducción sin contacto de canal);
• doblado de tubos de acero de gran diámetro;

  

• endurecimiento de superficies de productos de acero (accesorios de construcción, partes de mecanismos de transmisión de máquinas herramienta, etc.);
• tratamiento térmico de piezas pequeñas de configuración compleja;

  

En la vida cotidiana, los dispositivos de calentamiento por inducción también se utilizan ampliamente. Áreas de su aplicación:

• sistemas de calefacción autónomos domésticos (para casas de verano, apartamentos, casas particulares);
• placas de inducción y azulejos de cocina;
• hornos de crisol de pequeño volumen para la fundición de metales domésticos;
• artesanía de joyería.

Dado que el tema principal del artículo es un calentador de inducción, nos detendremos en detalle en una caldera de calefacción, que se basa en la idea del calentamiento inductivo de un refrigerante.

Calentador de inducción - caldera de calefacción

Desde entonces, cuando los propietarios comenzaron a instalar sistemas de calefacción autónomos en sus hogares, la cuestión de la eficiencia de las calderas de calefacción para ellos sigue siendo una de las más importantes. Según este indicador, al menos entre los dispositivos que generan calor a partir de la electricidad, las calderas de calentamiento por inducción están a la cabeza. Al mismo tiempo, su potencia, que no es comparable con el parámetro idéntico de un dispositivo como un calentador de zócalo, permite el uso de unidades como el método principal de calefacción en habitaciones grandes.

Las calderas de calentamiento por inducción constan de dos circuitos: primario (electromagnético) y secundario (tuberías de intercambio de calor). El primer circuito, que consta de un convertidor de voltaje y un generador de calor con un calentador de tipo inducción, crea un campo electromagnético, corrientes parásitas y genera calor. El segundo circuito, que incluye un intercambiador de calor con un sistema de tuberías, transfiere este calor a través de la circulación del refrigerante a los radiadores del sistema de calefacción. Se utiliza agua pura o con aditivos como portador de calor.

Además de estos dos circuitos, el sistema de calefacción incluye automatización, que es responsable del funcionamiento de las unidades individuales de la unidad.

Las calderas modernas de calentamiento por inducción se instalan solo en un circuito de intercambio de calor de tipo cerrado, que tiene un tanque de expansión de tipo membrana y una bomba de circulación forzada en su diseño. El uso de una bomba de circulación es una medida forzada y se debe al pequeño volumen de refrigerante a una alta intensidad de calentamiento del intercambiador de calor. Se excluye la posibilidad de circulación natural en un sistema de este tipo: sin una bomba, el agua hervirá antes de que comience a moverse a través de las tuberías.

¡Importante! La caldera de inducción debe estar siempre conectada a tierra. Además, al instalar el sistema de calefacción, el circuito de distribución del medio de calefacción debe instalarse a partir de tuberías de plástico por razones de seguridad, o la unidad de calefacción debe aislarse del circuito de acero insertando racores de polipropileno.

Las calderas de calentamiento por inducción se clasifican de la misma manera que otras unidades de calentamiento eléctrico: en términos de potencia, diseño, parámetros de electricidad consumida. Pero estos dispositivos también tienen una clasificación según la solución constructiva de la parte eléctrica.

Variedades de calderas de inducción.

Existen los siguientes tipos de calderas de calefacción de tipo inducción, designadas tanto por el principio de funcionamiento como por la marca del fabricante:

• SAV es un tipo y al mismo tiempo una marca comercial de calderas de nueva generación con una capacidad de 2,5 a 100 kW, fabricadas en Rusia desde 2007;
• VIN: la abreviatura no es solo una abreviatura del nombre del tipo de dispositivos de inducción (calentadores de inducción de vórtice), sino también el nombre patentado de las calderas producidas por Izhevsk.

Calentadores de inducción SAV

El funcionamiento de las unidades SAV no requiere el uso de un inversor; se suministra una corriente de 50 Hz al inductor. El campo electromagnético inducido por el devanado primario provoca la formación de flujos de vórtice en el devanado secundario, cuyo papel en las calderas de este tipo lo desempeña una sección de un circuito cerrado de tuberías con un refrigerante. Esta sección de la tubería: el devanado secundario se calienta intensamente bajo la influencia de las corrientes de Foucault y transfiere calor al refrigerante, que circula de manera forzada en el sistema de calefacción mediante una bomba de circulación.

La disposición del sistema de calefacción se lleva a cabo mediante radiadores o en forma de laberinto, que recuerda a la calefacción del zócalo, para aumentar el área total de la superficie exterior (transferencia de calor) de las tuberías: el circuito de calefacción, al menos, no debe tener una longitud mínima.

Las calderas SAV se producen bajo voltaje de 220V y 380V. Utilizan agua (en estado puro o con aditivos anticongelantes) como refrigerante, así como anticongelante. La unidad tarda entre 5 y 20 minutos en alcanzar su capacidad operativa total (dependiendo del volumen del refrigerante), la eficiencia de los calentadores de dichos dispositivos es de al menos el 98%. Para la calefacción eficiente de locales de hasta 30 m2. es suficiente un dispositivo de inducción con una capacidad de 2.5 kW, cuya compra, completa con sistemas de automatización y control, costará alrededor de 30 mil rublos.

Unidades de calefacción VIN

Las calderas de este tipo son más avanzadas en cuanto a funcionamiento y diseño, lo que, por supuesto, repercute en su coste. Para el funcionamiento de los dispositivos VIN, se requiere un inversor, un dispositivo para aumentar la frecuencia de la corriente entrante. La corriente de alta frecuencia provoca la formación de un campo electromagnético de alta intensidad, que, a su vez, provoca la aparición de corrientes parásitas más potentes en el devanado secundario. Además, el intercambiador de calor y el cuerpo de la caldera están hechos de aleaciones ferromagnéticas con su propio campo magnético. El resultado de todos estos procesos es una alta intensidad de calentamiento del intercambiador de calor y, por supuesto, del portador de calor.

Una unidad VIN con una capacidad de 3 kW es suficiente para calentar una habitación con un área de 35-40 metros cuadrados.(dependiendo de las condiciones climáticas y la calidad del aislamiento térmico de las estructuras externas del edificio).

Debido a su mayor productividad, las unidades VIN se pueden utilizar no solo en sistemas de calefacción para viviendas, sino también para suministro de agua caliente. Para hacer esto, se cortan tanques de almacenamiento adicionales equipados con automatización de protección en el circuito de refrigerante, cuya capacidad se calcula en función del número de puntos de entrada de agua caliente. Estos recipientes se abastecen de agua caliente haciéndola circular en un sistema con calentamiento de flujo directo mediante un calentador de inducción.

Calentadores de agua tipo VIN

El corazón de la unidad es una bobina, que consta de un gran número de vueltas de alambre aislado y se coloca verticalmente en un cuerpo cilíndrico en forma de recipiente. Se inserta una varilla de metal dentro de la bobina. La caja está sellada herméticamente en la parte superior e inferior con tapas soldadas; se sacan los terminales para la conexión a la red eléctrica. Un refrigerante frío ingresa al recipiente a través del ramal inferior, que llena todo el espacio dentro del cuerpo. El agua calentada a la temperatura requerida ingresa al sistema de calefacción a través del ramal superior.

Circuito de calefacción del medio de calefacción

En virtud de su diseño, cuando está conectado a la red, el generador de calor opera constantemente a plena capacidad, ya que es irracional alimentar el sistema de calefacción con dispositivos adicionales de regulación de voltaje. Es mucho más fácil utilizar la calefacción cíclica y habilitar el apagado / apagado automático con un sensor de temperatura del agua. Solo es necesario configurar la temperatura requerida en la pantalla de la unidad electrónica remota y calentará el refrigerante a esta temperatura, apagando el elemento de inducción de agua caliente cuando se alcance. Transcurrido el tiempo y el agua se ha enfriado unos grados, el automatismo volverá a encender la calefacción, este ciclo se repetirá constantemente.

Dado que el devanado del generador de calor proporciona una conexión monofásica con una tensión de alimentación de 220 V, las unidades de calefacción de tipo inducción no se producen con alta potencia. La razón es que la corriente en el circuito es demasiado alta (más de 50 amperios), requerirá el tendido de cables de gran sección, lo que en sí mismo es muy costoso. Para aumentar la potencia, es suficiente encerrar tres instalaciones de calentamiento de agua en una cascada y aplicar una conexión trifásica con un voltaje de suministro de 380 V.Conecte una fase separada a cada dispositivo en la cascada, la foto muestra un ejemplo similar de el funcionamiento del calentamiento por inducción.

Calefacción por calderas de inducción

Características de diseño de calentadores del tipo "Sibtekhnomash" Utilizando el mismo efecto de inducción electromagnética, otra empresa desarrolla y fabrica dispositivos de calentamiento de agua de un diseño ligeramente diferente, que merece atención. El hecho es que el campo eléctrico creado por la bobina de múltiples vueltas tiene una forma espacial y se extiende desde él en todas las direcciones. Si en las unidades VIN el refrigerante pasa dentro del serpentín, entonces el dispositivo de la caldera de inducción Sibtekhnomash prevé un intercambiador de calor en espiral ubicado fuera del devanado, como se muestra en la figura.

El devanado crea un campo eléctrico alterno a su alrededor, las corrientes parásitas calientan las vueltas del tubo del intercambiador de calor, en el que se mueve el agua. Las bobinas de bobina se ensamblan en una cascada de 3 piezas y se unen a un marco común. Cada uno de ellos está conectado a una fase separada, la tensión de alimentación es de 380 V. El diseño de Sibtekhnomash tiene varias ventajas:

• los calentadores de inducción tienen un diseño plegable separado;
• en el área del campo eléctrico hay un área aumentada de la superficie de calentamiento y una mayor cantidad de agua debido al circuito en espiral, lo que aumenta la velocidad de calentamiento;
• Las líneas de intercambiadores de calor están disponibles para limpieza y mantenimiento.

Ejemplo de conexión de una caldera de inducción.

A pesar de las diferencias en el diseño del generador de calor, la eficiencia de su funcionamiento es del 98%, ya que en los calentadores del tipo "VIN", este valor de eficiencia lo declara el propio fabricante. La durabilidad de las unidades en cualquier caso está determinada por la operatividad de las bobinas, o más bien, por la vida útil del devanado y el aislamiento eléctrico, este indicador lo establecen los fabricantes dentro de los 30 años.

Evaluación de afirmaciones de marketing

A las calderas de calentamiento por inducción se les atribuyen muchas ventajas, a menudo sin argumentos. Enumeremos estas características y demos una valoración del grado en que las afirmaciones corresponden al hecho:

Rentabilidad

Declaración

El consumo de electricidad de las calderas de inducción es un 20-30% menor que el de otros calentadores eléctricos.

Hecho

Todos los aparatos eléctricos de calefacción que no realizan trabajo mecánico convierten el 100% de la energía de la corriente eléctrica en calor, su eficiencia es siempre inferior al 100%, pero difiere en magnitud para diferentes dispositivos en diferentes condiciones. Para generar 1 kW de energía térmica, es necesario gastar más de 1 kW de electricidad, pero cuánto más depende de los parámetros del medio de disipación. Dentro de la caldera, por supuesto, también hay pérdidas, por ejemplo, para calentar la bobina, ya que cualquier material conductor tiene resistencia, pero todas estas pérdidas permanecen dentro de la habitación.

¡Importante! Los medidores de estilo antiguo (baquelita) registrarán un consumo de electricidad menor (1,6 - 1,8 veces) que los electrónicos modernos, ya que no están diseñados para tener en cuenta la potencia reactiva de las calderas de inducción.

Quizás este hecho se deba a la afirmación sobre la eficiencia de las calderas de inducción.

Durabilidad

Declaración

Alta fiabilidad y larga vida útil del equipo: más de 25 años.

Hecho

De hecho, la ausencia de partes móviles excluye el desgaste mecánico de las calderas de inducción. Pero el sistema de calefacción con una unidad VIN incluye una bomba de circulación, cuyo recurso es mucho más modesto. Además, el sistema de control y automatización incluye mecanismos que también constan de muchos componentes sujetos a desgaste.

El núcleo de un calentador de inducción funciona en condiciones de calentamiento y enfriamiento cíclicos constantes, deformaciones de temperatura, que también son un factor negativo. Por lo tanto, llamar al recurso de las calderas de inducción casi ilimitado es una exageración. Sin embargo, es, de hecho, varias veces más alto que los elementos calefactores.

Consistencia de características a lo largo de toda la vida útil.

Declaración

La ausencia de formación de incrustaciones en la superficie interna de las tuberías asegura la eficiencia constante del calentador y del intercambiador de calor.

Hecho

La escala es la deposición de sales en el agua (fluido caloportador). La cantidad de estas impurezas en un volumen limitado de refrigerante también es limitada y pequeña, por lo tanto, el efecto de las incrustaciones sobre la eficiencia del calentador es insignificante. Y en una caldera de inducción, el devanado secundario está sometido a una vibración casi constante y no se produce ninguna formación de incrustaciones. Entonces la declaración es correcta, solo su significado es exagerado.

Silencio

Declaración

El funcionamiento de las calderas de calentamiento por inducción es silencioso, lo que las distingue de otros calentadores eléctricos.

Hecho

La afirmación es cierta, pero todas las calderas con electricidad no hacen ruido durante el funcionamiento, ya que las ondas acústicas no entran en el rango de sus oscilaciones. Solo la bomba de circulación puede hacer ruido, pero si lo desea, puede elegir un modelo de acción silenciosa.

Compacidad

Declaración

Las calderas de inducción son compactas, lo que es conveniente al elegir un lugar para su instalación.

Hecho

De hecho, este es el caso si no utiliza una cascada de calderas de inducción y no instala tanques intermedios en presencia de varios puntos de entrada de agua caliente en el sistema de suministro de agua caliente, ya que un calentador de inducción es, en general, una pieza pequeña. de tubería con un devanado.

Seguridad

Declaración

La seguridad del dispositivo es absoluta.

Hecho

No existen calentadores eléctricos absolutamente seguros. Al operar dispositivos de inducción, no se excluye la posibilidad de una fuga de refrigerante del sistema, y ​​el generador de campo electromagnético continuará funcionando y el sistema de tuberías vacías se calentará. Para evitar la ocurrencia de tal situación, se proporciona un dispositivo de apagado automático en el diseño de la caldera, pero también puede fallar.

Por lo tanto, los calentadores de inducción, que superan a los competidores en algunos criterios de seguridad, no son completamente seguros.

Beneficios de la calefacción geotérmica

Beneficios sistema geotermal.

Grandes ahorros

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Mínimo mantenimiento y larga vida útil

o Aunque parezca innovador, la tecnología utilizada en bombas de calor geotermales, ampliamente conocido y completamente confiable.

o Desde el momento de la instalación y puesta en marcha de la instalación, su única preocupación es disfrutar de una temperatura agradable en su hogar durante todo el día.

Sin llama ni humo

La estética visual no se altera

Todos los artículos bomba de calor están ubicados bajo tierra o dentro de su hogar, por lo que la estética visual no se ve comprometida.

· Independencia de la temperatura exterior.

Desventajas de los calentadores de inducción.

• El alto costo de los dispositivos.
• Peso y compacidad considerables.
• La presencia de un factor de influencia del campo electromagnético en el cuerpo y los dispositivos.

Consideremos el último punto con más detalle.

El campo electromagnético afecta a los organismos vivos de la misma manera que los alimentos en un horno de microondas: los calienta a una cierta profundidad y esto puede tener consecuencias. La intensidad del impacto del campo, incluso en una persona, está determinada por un indicador como la densidad de flujo de energía (PES), que crece con un aumento en la frecuencia de la corriente suministrada al devanado primario. Al operar calentadores de inducción, es necesario cumplir con la norma sanitaria del valor límite del PES, que se establece en SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96, depende de la duración de la exposición de campo y es, por ejemplo , para una exposición de 8 horas: 25 μW / cm2, una hora: 200 μW / cm2.

Además, la radiación del inductor afecta negativamente a los equipos electrónicos y de radio cercanos, lo que interfiere con el funcionamiento.

¡Importante! Para protegerse de los efectos del campo electromagnético, puede encerrar la caldera con una malla metálica de malla fina (1x1, 2x2 mm) (jaula de Faraday) que no esté en contacto con el cuerpo de la caldera y esté conectada a tierra.

Reglas de funcionamiento

El funcionamiento seguro de las calderas de calentamiento por inducción, como cualquier otro dispositivo técnico, se garantiza mediante la observación de una serie de reglas con respecto a su instalación y uso después de la instalación:

• La caldera debe estar conectada a tierra.
• La distancia desde el dispositivo a las paredes de los lados debe ser de al menos 30 cm, desde el punto inferior de la caldera hasta el piso - 80 cm, desde el punto superior hasta el techo - 80 cm.
• Las calderas de inducción se instalan solo en un circuito cerrado con un tanque de expansión de tipo membrana.
• El sistema debe incluir un bloque de dispositivos de seguridad (manómetro, válvula de aire, válvula de alivio de sobrepresión, sistema de apagado por exceso de temperatura).

Fabricación de bricolaje

Calderas combinadas para calefacción con leña y electricidad.

Hacer una caldera de calentamiento por inducción con sus propias manos no es difícil, para esto debe tener una cantidad suficiente de materiales y habilidades mínimas para trabajar con equipos eléctricos. Las instrucciones para la fabricación de dicho dispositivo incluyen una serie de puntos secuenciales:

1. Selección de material que se calentará. Para ello, se utilizan piezas de alambre de acero o alambrón. Además, el diámetro del producto laminado no supera los 7 milímetros y la longitud del segmento es de 5 centímetros.
2. El cuerpo de la caldera actúa como base de la bobina de inductancia y como sección de la tubería a través de la cual pasa el refrigerante. Para la fabricación de la carcasa se utilizan tubos de plástico.
3. La instalación del dispositivo en el circuito de calefacción se realiza mediante adaptadores. A través de ellos se suministra portador de calor frío y se descarga el medio calentado.
4. La parte inferior del tubo de plástico se coloca con una malla metálica.
5. Además, se vierten trozos de alambre en la tubería en una cantidad tal que llenará completamente el interior del cuerpo.
6. Después de eso, la parte superior del aparato está obstruida.
7. El siguiente paso es enrollar alrededor de 90 vueltas de alambre de cobre esmaltado en el cuerpo. Esta bobina es la parte principal del dispositivo de calentamiento.
8. Después de recoger la bobina, es posible conectar el equipo al circuito de calefacción. Para hacer esto, debe quitar parte de la tubería y montar el inductor con adaptadores.
9. Después de eso, debe conectar la bobina a la red eléctrica mediante un inversor de alta frecuencia.

Este esquema se considera uno de los más simples. Su uso ayuda a garantizar un calentamiento de alta calidad de la habitación y la instalación no requiere mucho tiempo.

También existen esquemas más complejos para la fabricación de tales sistemas de inducción, pero su implementación en el hogar requiere habilidades especiales y más equipos.

Revisión de fabricantes de renombre

• Edison: calentadores de inducción con una capacidad de 4,7 a 500 kW, producidos por Novosibirsk, para necesidades domésticas e industriales;

  

• Miratron: productos del fabricante ruso de equipos de calentamiento por inducción NPK Miratron para uso doméstico, que se distinguen por un diseño avanzado que permite usar el equipo sin dañar el interior de la habitación;

  

• Teco-House: calderas de calentamiento por inducción con un sistema de control único, producidas por la empresa ucraniana del mismo nombre de acuerdo con los estándares de la UE y la Federación de Rusia.

Modelos populares de la tienda.

El calentador de agua instantáneo de inducción WXJR-B6 con una potencia máxima de hasta cinco kilovatios utiliza el método de calentar un líquido del campo magnético de una bobina. El dispositivo tiene forma rectangular y tiene unas dimensiones de 270 x 200 x 68 mm; consume electricidad de forma económica. La salida produce una corriente constante de agua calentada a 60 ° C. Procesa de 6 a 11 litros por minuto, el tiempo de funcionamiento no está limitado, se utiliza para grandes baños y piscinas con un volumen de aproximadamente 1 mil litros.

El calentador de agua de alta frecuencia VIN 7 se produce para calentar agua o trabajar en el sistema de calefacción de una casa con un volumen interno de hasta 350 metros cúbicos. La potencia nominal en el límite es de 7 kW, el equipo se alimenta de una red de 220 V. El dispositivo es de forma redonda con una altura de 615 mm y un diámetro exterior de 13 mm. Tuberías de entrada y salida con un diámetro de 20 mm. Calienta efectivamente una gran cantidad de agua por minuto, la capacidad de producción es de 5 mil 900 kcal por hora.

El dispositivo de inducción Edison 4.7 para calentar líquido en el sistema de suministro y calefacción de agua produce 3 mil 950 kcal por hora y consume 4,7 kW. Es posible la conexión a la fuente de alimentación doméstica. Se utiliza para edificios con un volumen interno de hasta 240 metros cúbicos. El conjunto incluye equipo de arranque, sensores de temperatura y nivel, un armario de control. Los fabricantes hablan de un rendimiento fiable durante un período de 30 años.