Aquecedor de água por indução (caldeira) - dispositivo e princípio de funcionamento

O dispositivo e o princípio de operação do aquecedor de indução

O aquecedor de indução simplificado consiste em três componentes:

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

Uma haste condutora (metal, grafite) é colocada em uma bobina que consiste em um certo número de voltas de um condutor de uma determinada área de seção transversal sem contato direto com ele, após o que uma tensão é aplicada aos contatos da bobina do alternador. Um campo eletromagnético é formado em torno das voltas da bobina, sob a influência do qual surgem correntes parasitas de Foucault na haste, aquecendo o núcleo. Assim, não há transferência de calor para o núcleo, o calor é gerado por ele de forma independente sob a influência das correntes que nele flutuam, e pode ser transferido por meio de um refrigerante. A temperatura da haste não aumenta simultaneamente em toda a massa, mas das camadas superficiais ao centro, dependendo da condutividade térmica do material do núcleo. Ao mesmo tempo, aumentar a frequência da corrente alternada diminui a profundidade do aquecimento indutivo, mas aumenta sua intensidade. Particularmente notável é o fato de que a bobina ao redor do núcleo permanece praticamente fria durante a operação.

Este processo é parecido com este:

Áreas de uso

Na indústria, os aquecedores de indução são usados ​​para os seguintes processos complexos:

• fusão de metal ultrapuro (produzido em fornos de indução sem contato de canal);
• dobragem de tubos de aço de grande diâmetro;

  

• endurecimento superficial de produtos siderúrgicos (acessórios de construção, partes de mecanismos de transmissão de máquinas-ferramentas, etc.);
• tratamento térmico de pequenas peças de configuração complexa;

  

Na vida cotidiana, os dispositivos de aquecimento por indução também são amplamente utilizados. Áreas de aplicação:

• sistemas de aquecimento autônomo doméstico (para chalés de verão, apartamentos, casas particulares);
• placas de indução e azulejos de cozinha;
• Fornos de cadinhos de pequeno volume para fundição doméstica de metais;
• artesanato de joias.

Uma vez que o tópico principal do artigo é um aquecedor por indução, iremos nos deter em detalhes sobre uma caldeira de aquecimento, que é baseada na ideia de aquecimento indutivo de um refrigerante.

Aquecedor por indução - caldeira de aquecimento

Desde então, à medida que os proprietários começaram a instalar sistemas de aquecimento autônomos em suas casas, a questão da eficiência das caldeiras de aquecimento para eles continua sendo uma das mais importantes. De acordo com esse indicador, pelo menos entre os dispositivos que geram calor a partir da eletricidade, as caldeiras de aquecimento por indução estão na liderança. Ao mesmo tempo, a sua potência, que não é comparável ao parâmetro idêntico de um dispositivo como o aquecedor de rodapé, permite a utilização de unidades como principal método de aquecimento em grandes divisões.

As caldeiras de aquecimento por indução consistem em dois circuitos - primário (eletromagnético) e secundário (tubulação de troca de calor). O primeiro circuito, composto por um conversor de voltagem e um gerador de calor com um aquecedor de indução, cria um campo eletromagnético, correntes parasitas e gera calor. O segundo circuito, que inclui um trocador de calor com um sistema de tubulação, transfere esse calor através da circulação do refrigerante para os radiadores do sistema de aquecimento. Água pura ou com aditivos é usada como portador de calor.

Além destes dois circuitos, o sistema de aquecimento inclui a automação, que é responsável pelo funcionamento das unidades individuais da unidade.

As caldeiras de aquecimento por indução modernas são instaladas apenas em um circuito de troca de calor do tipo fechado, que possui um tanque de expansão tipo membrana e uma bomba de circulação forçada em seu projeto. O uso de bomba de circulação é uma medida forçada e se deve ao pequeno volume do refrigerante em alta intensidade de aquecimento do trocador de calor. A possibilidade de circulação natural em tal sistema está excluída - sem uma bomba, a água ferverá antes de começar a se mover pelos canos.

Importante! A caldeira de indução deve estar sempre aterrada. Além disso, ao instalar o sistema de aquecimento, o circuito de distribuição do meio de aquecimento deve ser instalado a partir de tubos de plástico por razões de segurança, ou a unidade de aquecimento deve ser isolada do circuito de aço inserindo acessórios de polipropileno.

As caldeiras de aquecimento por indução são classificadas da mesma forma que outras unidades de aquecimento elétrico - em termos de potência, projeto, parâmetros de eletricidade consumida. Mas esses dispositivos também têm uma classificação de acordo com a solução construtiva da parte elétrica.

Variedades de caldeiras de indução

Existem os seguintes tipos de caldeiras de aquecimento do tipo indução, designadas tanto pelo princípio de funcionamento como pela marca do fabricante:

• SAV é um tipo e ao mesmo tempo uma marca registrada de caldeiras de nova geração com capacidade de 2,5 a 100 kW, fabricadas na Rússia desde 2007;
• VIN - a abreviatura não é apenas uma abreviatura para o nome do tipo de dispositivos de indução (aquecedores de indução de vórtice), mas também o nome patenteado das caldeiras produzidas por Izhevsk.

Aquecedores de indução SAV

A operação das unidades SAV não requer o uso de um inversor; uma corrente de 50 Hz é fornecida ao indutor. O campo eletromagnético induzido pelo enrolamento primário provoca a formação de fluxos de vórtices no enrolamento secundário, cujo papel em caldeiras deste tipo é desempenhado por uma seção de um circuito fechado de tubos com refrigerante. Esta seção da tubulação - o enrolamento secundário é intensamente aquecido sob a influência das correntes de Foucault e transfere calor para o refrigerante, que é forçado a circular no sistema de aquecimento por meio de uma bomba de circulação.

A disposição do sistema de aquecimento é realizada em radiadores ou em forma de labirinto, que lembra o aquecimento do pedestal, de forma a aumentar a área total da superfície externa (transferência de calor) dos tubos - circuito de aquecimento, pelo menos, não deve ter comprimento mínimo.

As caldeiras SAV são produzidas nas tensões de 220V e 380V. Eles usam água (na forma pura ou com aditivos anticongelantes) como refrigerante, assim como anticongelante. Demora cerca de 5-20 minutos para a unidade atingir a capacidade operacional total (dependendo do volume do refrigerante), a eficiência dos aquecedores de tais dispositivos é de pelo menos 98%. Para aquecimento eficiente de instalações de até 30 m quadrados. um dispositivo de indução com uma capacidade de 2,5 kW é suficiente, a compra do qual, completo com sistemas de automação e controle, custará cerca de 30 mil rublos.

Unidades de aquecimento VIN

As caldeiras deste tipo são mais avançadas em termos de operação e design, o que, obviamente, afeta seu custo. Para a operação de dispositivos VIN, é necessário um inversor - um dispositivo para aumentar a frequência da corrente de entrada. A corrente de alta frequência provoca a formação de um campo eletromagnético de alta intensidade, que, por sua vez, provoca o surgimento de correntes parasitas mais potentes no enrolamento secundário. Além disso, o trocador de calor e o corpo da caldeira são feitos de ligas ferromagnéticas com campo magnético próprio. O resultado de todos esses processos é uma alta intensidade de aquecimento do trocador de calor e, claro, do transportador de calor.

Uma unidade VIN com capacidade de 3 kW é suficiente para aquecer uma sala com uma área de 35-40 metros quadrados.(dependendo das condições climáticas e da qualidade do isolamento térmico das estruturas externas do edifício).

Devido à sua maior produtividade, as unidades VIN podem ser usadas não apenas em sistemas de aquecimento para habitação, mas também para abastecimento de água quente. Para fazer isso, tanques de armazenamento adicionais equipados com automação de proteção são desligados no circuito de refrigeração, cuja capacidade é calculada em função do número de pontos de entrada de água quente. Esses recipientes são abastecidos com água quente circulando-a em um sistema com aquecimento de fluxo direto por aquecedor de indução.

Aquecedores de água tipo VIN

O coração da unidade é uma bobina, composta por um grande número de voltas de fio isolado, e colocada verticalmente em um corpo cilíndrico em forma de vaso. Uma haste de metal é inserida dentro da bobina. A caixa é hermeticamente selada na parte superior e inferior com tampas soldadas, os terminais de conexão à rede elétrica são retirados. Um refrigerante frio entra no vaso através do tubo de ramificação inferior, que preenche todo o espaço dentro do corpo. A água aquecida até a temperatura necessária vai para o sistema de aquecimento através do tubo de ramal superior.

Circuito de aquecimento médio de aquecimento

Em virtude do seu desenho, quando ligado à rede, o gerador de calor funciona constantemente a plena capacidade, uma vez que é irracional alimentar o sistema de aquecimento com dispositivos de regulação de tensão adicionais. É muito mais fácil usar o aquecimento cíclico e permitir o desligamento / desligamento automático com um sensor de temperatura da água. Basta ajustar a temperatura desejada no display da unidade eletrônica remota e ela aquecerá o refrigerante até esta temperatura, desligando a indução de água quente ao atingi-la. Depois de decorrido o tempo e a água ter arrefecido alguns graus, as automáticas voltarão a ligar o aquecimento, este ciclo será repetido constantemente.

Uma vez que o enrolamento do gerador de calor prevê uma conexão monofásica com uma tensão de alimentação de 220 V, as unidades de aquecimento do tipo indução não são produzidas com alta potência. A razão é que a corrente no circuito é muito alta (acima de 50 amperes), será necessário instalar cabos de grande seção transversal, o que por si só é muito caro. Para aumentar a potência, basta encerrar três instalações de aquecimento de água em cascata e aplicar uma conexão trifásica com uma tensão de alimentação de 380 V. Conecte uma fase separada a cada dispositivo da cascata, a foto mostra um exemplo semelhante de o funcionamento do aquecimento por indução.

Aquecimento por caldeiras de indução

Características de projeto de aquecedores do tipo "Sibtekhnomash" Usando o mesmo efeito de indução eletromagnética, outra empresa desenvolve e fabrica dispositivos de aquecimento de água com um design ligeiramente diferente, que merece atenção. O fato é que o campo elétrico criado pela bobina multivoltas tem uma forma espacial e se espalha a partir dele em todas as direções. Se nas unidades VIN o refrigerante passa dentro da bobina, o dispositivo da caldeira de indução Sibtekhnomash prevê um trocador de calor em espiral localizado fora do enrolamento, conforme mostrado na figura.

O enrolamento cria um campo elétrico alternado em torno de si mesmo, correntes parasitas aquecem as voltas do tubo do trocador de calor, por onde a água se move. As bobinas são montadas em uma cascata de 3 peças e conectadas a uma estrutura comum. Cada um deles é conectado a uma fase separada, a tensão de alimentação é de 380 V. O design Sibtekhnomash tem várias vantagens:

• os aquecedores de indução têm um projeto dobrável separado;
• na área de ação do campo elétrico ocorre um aumento da área da superfície de aquecimento e uma maior quantidade de água devido ao circuito espiral, que aumenta a taxa de aquecimento;
• linhas de trocadores de calor estão disponíveis para lavagem e manutenção.

Exemplo de conexão de uma caldeira de indução

Apesar das diferenças no projeto do gerador de calor, a eficiência de seu funcionamento é de 98%, pois nas resistências do tipo “VIN”, esse valor de eficiência é declarado pelo próprio fabricante. A durabilidade das unidades em ambos os casos é determinada pela operabilidade das bobinas, ou melhor, pela vida útil do enrolamento e do isolamento elétrico, este indicador é definido pelos fabricantes em 30 anos.

Avaliação de afirmações de marketing

As caldeiras de aquecimento por indução são creditadas com muitas vantagens, muitas vezes sem argumentos. Vamos listar essas características e dar uma avaliação do grau em que as afirmações correspondem ao fato:

Lucratividade

Demonstração

O consumo de eletricidade por caldeiras de indução é 20-30% menor do que outros aquecedores elétricos.

Facto

Todos os aparelhos elétricos de aquecimento que não realizam trabalho mecânico convertem 100% da energia da corrente elétrica em calor, sua eficiência é sempre inferior a 100%, mas difere em magnitude para dispositivos diferentes em condições diferentes. Para gerar 1 kW de energia térmica, é necessário gastar mais de 1 kW de eletricidade, mas o quanto mais depende dos parâmetros do meio de dissipação. É claro que dentro da caldeira também há perdas - por exemplo, para aquecimento da bobina, já que qualquer material condutor tem resistência, mas todas essas perdas ficam dentro da sala

Importante! Os medidores antigos (baquelite) registram um consumo de eletricidade menor (1,6 - 1,8 vezes) do que os eletrônicos modernos, uma vez que não são projetados para levar em consideração a potência reativa das caldeiras de indução.

Talvez esse fato se deva à afirmação sobre a eficiência das caldeiras de indução.

Durabilidade

Demonstração

Alta confiabilidade e longa vida útil do equipamento - mais de 25 anos.

Facto

Na verdade, a ausência de peças móveis exclui o desgaste mecânico das caldeiras de indução. Mas o sistema de aquecimento com unidade VIN inclui uma bomba de circulação, cujo recurso é muito mais modesto. Além disso, o sistema de controle e automação inclui mecanismos que também consistem em muitos componentes sujeitos a desgaste.

O núcleo de um aquecedor de indução opera sob condições de aquecimento e resfriamento cíclicos constantes, deformações de temperatura, que também são um fator negativo. Portanto, chamar o recurso de caldeiras de indução quase ilimitado é um exagero. No entanto, é, de fato, várias vezes maior do que os elementos de aquecimento.

Consistência de características ao longo de toda a vida útil

Demonstração

A ausência de formação de incrustações na superfície interna dos tubos garante a eficiência constante do aquecedor e do trocador de calor.

Facto

A incrustação é a deposição de sais na água (fluido de transferência de calor). A quantidade dessas impurezas em um volume limitado do refrigerante também é limitada e pequena, de modo que o efeito da incrustação na eficiência do aquecedor é insignificante. E em uma caldeira de indução, o enrolamento secundário está sob uma vibração quase constante, e nenhuma formação de incrustações ocorre. Portanto, a afirmação está correta, apenas seu significado é exagerado.

Silêncio

Demonstração

O funcionamento das caldeiras de aquecimento por indução é silencioso, o que as distingue de outros aquecedores elétricos.

Facto

A afirmação é verdadeira, mas - todas as caldeiras a eletricidade não fazem barulho durante o funcionamento, uma vez que as ondas acústicas não entram na faixa de suas oscilações. Apenas uma bomba de circulação pode fazer barulho, mas se desejar, você pode escolher um modelo de ação silenciosa.

Compacidade

Demonstração

As caldeiras de indução são compactas, o que é conveniente na hora de escolher o local para sua instalação.

Facto

Este é realmente o caso se você não usar uma cascata de caldeiras de indução e não instalar tanques intermediários na presença de vários pontos de entrada de água quente no sistema de abastecimento de água quente, uma vez que um aquecedor de indução é, em geral, uma pequena peça de tubo com um enrolamento.

Segurança

Demonstração

A segurança do dispositivo é absoluta.

Facto

Não existem aquecedores elétricos absolutamente seguros. Ao operar dispositivos de indução, a possibilidade de vazamento de refrigerante do sistema não está excluída, e o gerador de campo eletromagnético continuará a funcionar, e o sistema de tubos vazios irá aquecer. Para evitar a ocorrência de tal situação, um dispositivo de desligamento automático é fornecido no projeto da caldeira, mas também pode falhar.

Portanto, os aquecedores por indução, que superam os concorrentes em alguns critérios de segurança, não são totalmente seguros.

Benefícios do aquecimento geotérmico

Benefícios sistema geotérmico.

Grande economia

o Bombas de calor de fonte subterrânea têm uma eficiência 5 vezes maior do que no tradicional sistemas de aquecimento e produção de água quenteusando combustíveis fósseis ou eletricidade.

o Seu efeito útil é 400% maior, portanto, para fornecer 4 ou 5 kW de calor a uma casa, eles precisam apenas de 1 kW de eletricidade.

o Portanto, as entranhas da terra estão se transformando em nossa principal fonte de energia, e essa energia é totalmente gratuita, ou seja, a economia mensal é refletida de forma tangível em nossas faturas.

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Recurso local

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o Bombas de calor de fonte subterrânea fornecem calor no inverno, resfriamento no verão e água quente o ano todo. Aqueles. uma única unidade oferece um sistema de ar condicionado completo.

· Segurança.

o O fato de não ser necessário mais gás ou tanque para óleo diesel ou qualquer outra substância perigosa elimina completamente o risco potencial inerente a esses produtos. Como o risco de intoxicação, mau cheiro, contaminação e até explosões devido a possíveis vazamentos.

Manutenção mínima e longa vida útil

o Embora pareça inovador, a tecnologia usada em bombas de calor geotérmicas, amplamente conhecido e totalmente confiável.

o Desde o momento da instalação e arranque da instalação, a sua única preocupação é usufruir de uma temperatura agradável em casa durante todo o dia.

Sem chama ou fumaça

A estética visual não é perturbada

Todos os itens bomba de calor estão localizados no subsolo ou dentro de sua casa, para que a estética visual não seja comprometida.

· Independência da temperatura externa.

Desvantagens dos aquecedores de indução

• O alto custo dos aparelhos.
• Peso e compacidade consideráveis.
• Presença de um fator de influência do campo eletromagnético no corpo e nos dispositivos.

Vamos considerar o último ponto com mais detalhes.

O campo eletromagnético afeta os organismos vivos da mesma maneira que os alimentos em um forno de micro-ondas - os aquece até uma certa profundidade, e isso pode ter consequências. A intensidade do impacto do campo, inclusive em uma pessoa, é determinada por um indicador como a densidade do fluxo de energia (PES), que cresce com o aumento da frequência da corrente fornecida ao enrolamento primário. Ao operar aquecedores de indução, é necessário atender a norma sanitária do valor limite do PES, que é estabelecido no SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96, depende da duração da exposição em campo e é, por exemplo , para uma exposição de 8 horas - 25 μW / sq.cm, uma hora - 200 μW / sq. cm.

Além disso, a radiação do indutor afeta adversamente os aparelhos eletrônicos e equipamentos de rádio próximos, interferindo na operação.

Importante! Para se proteger dos efeitos do campo eletromagnético, pode envolver a caldeira com uma malha metálica de malha fina (1x1, 2x2 mm) (gaiola de Faraday) que não está em contacto com o corpo da caldeira e está ligada à terra.

Regras operacionais

O funcionamento seguro das caldeiras de aquecimento por indução, como quaisquer outros dispositivos técnicos, é garantido pela observância de uma série de regras relativas à sua instalação e uso após a instalação:

• A caldeira deve ser aterrada.
• A distância do dispositivo às paredes laterais deve ser de no mínimo 30 cm, do ponto inferior da caldeira ao chão - 80 cm, do ponto superior ao teto - 80 cm.
• As caldeiras de indução são instaladas apenas em circuito fechado com tanque de expansão tipo membrana.
• O sistema deve incluir um bloco de dispositivos de segurança (manômetro, válvula de ar, válvula de alívio de sobrepressão, sistema de desligamento de superaquecimento).

Fazer faça você mesmo

Caldeiras combinadas para aquecimento com lenha e eletricidade

Fazer uma caldeira de aquecimento por indução com as próprias mãos não é difícil, para isso é necessário ter uma quantidade de materiais suficiente e habilidades mínimas no trabalho com equipamentos elétricos. As instruções para a fabricação de tal dispositivo incluem uma série de pontos sequenciais:

1. Seleção do material que será aquecido. Para isso, são utilizados pedaços de arame de aço ou fio-máquina. Além disso, o diâmetro do produto laminado não ultrapassa 7 milímetros e o comprimento do segmento é de 5 centímetros.
2. O corpo da caldeira atua como a base da bobina de indutância e a seção da tubulação pela qual o refrigerante passa. Para a fabricação da caixa, são utilizados tubos de plástico.
3. A instalação do aparelho no circuito de aquecimento é feita por meio de adaptadores. O portador de calor frio é fornecido através deles e o meio aquecido é descarregado.
4. A parte inferior do tubo de plástico é disposta com uma malha de metal.
5. Além disso, pedaços de arame são despejados no tubo em uma quantidade que encherá completamente o interior do corpo.
6. Depois disso, a parte superior do aparelho fica entupida.
7. A próxima etapa é enrolar cerca de 90 voltas de fio de cobre esmaltado no corpo. Esta bobina é a parte principal do dispositivo de aquecimento.
8. Após a coleta da bobina, é possível conectar o equipamento ao circuito de aquecimento. Para fazer isso, você precisa remover uma parte do tubo e montar o indutor usando adaptadores.
9. Depois disso, é necessário conectar a bobina à rede elétrica usando um inversor de alta frequência.

Este esquema é considerado um dos mais simples. A sua utilização ajuda a garantir um aquecimento de alta qualidade da divisão e a sua instalação é pouco demorada.

Existem também esquemas mais complexos para a fabricação de tais sistemas de indução, mas sua implementação em casa requer habilidades especiais e mais equipamentos.

Revisão de fabricantes renomados

• Edison - aquecedores de indução com capacidade de 4,7 a 500 kW, fabricados pela Novosibirsk, para uso doméstico e industrial;

  

• Miratron - produtos do fabricante russo de equipamentos de aquecimento por indução NPK Miratron para uso doméstico, caracterizados por um design avançado que permite utilizar o equipamento sem danificar o interior da divisão;

  

• Teco-House - caldeiras de aquecimento por indução com sistema de controle exclusivo, produzidas pela empresa ucraniana de mesmo nome de acordo com as normas da UE e da Federação Russa.

Modelos populares da loja

O aquecedor de água instantâneo por indução WXJR-B6 com potência máxima de até cinco quilowatts usa o método de aquecimento de um líquido a partir do campo magnético de uma bobina. O aparelho tem formato retangular e dimensões de 270 x 200 x 68 mm e consome energia elétrica de forma econômica. A saída produz uma corrente constante de água aquecida a 60 ° C. Processa de 6 a 11 litros por minuto, o tempo de funcionamento não é limitado, é utilizado para grandes banhos e piscinas com um volume de cerca de 1 mil litros.

O esquentador de alta frequência VIN 7 é produzido para aquecer água ou funcionar no sistema de aquecimento de uma casa com um volume interno de até 350 metros cúbicos. A potência nominal no limite é de 7 kW, o equipamento é alimentado por uma rede de 220 V. O dispositivo é redondo, com altura de 615 mm e diâmetro externo de 13 mm. Tubos de entrada e saída com diâmetro de 20 mm. Aquece efetivamente uma grande quantidade de água por minuto, a capacidade de produção é de 5.000 900 kcal por hora.

O dispositivo de indução Edison 4.7 para aquecimento de líquido no sistema de abastecimento de água e aquecimento produz 3 mil 950 kcal por hora e consome 4,7 kW. A conexão à fonte de alimentação doméstica é possível. É utilizado em edificações com volume interno de até 240 metros cúbicos. O conjunto inclui equipamento de partida, sensores de temperatura e nível, gabinete de controle. Os fabricantes falam de desempenho confiável por um período de 30 anos.