Generadores de calor: aire, agua y vórtice

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En este artículo: Historia de los generadores de calor principio de funcionamiento y dispositivo; tipos de generadores de calor; fabricantes y coste medio de los generadores de calor; la historia del generador de calor de cavitación de vórtice; el principio del generador de calor de vórtice; fabricantes de generadores de calor de cavitación en el CIS.

Generadores de calor

En la temporada de invierno, las instalaciones necesitan calefacción artificial, de lo contrario, sus habitantes experimentarán personalmente todas las delicias de la edad de hielo. Calefacción central en edificios de apartamentos, calefacción individual en casas particulares … pero ¿qué pasa con grandes áreas, por ejemplo, áreas de ventas y almacenes? ¿Y con las obras de construcción o, digamos, los servicios de automóviles, donde el aire frío fluye constantemente desde el exterior? La única forma de calentar un área grande es calentar el aire, construido sobre pistolas de calor o generadores de calor. Este artículo cubrirá los generadores de calor..

Historia de los generadores de calor

La invención del generador de calor por convección está directamente relacionada con la invención de Robert Bunsen, un quemador atmosférico que lleva su nombre. Los primeros generadores de calor puestos en el mercado en 1856 por la empresa inglesa «Pettit and Smith» estaban equipados con un mechero atmosférico similar al mechero Bunsen, solo que de mayor tamaño.

Robert Wilhelm Bunsen
El químico experimental alemán Robert Wilhelm Bunsen

En 1881, el inglés Sigismund Leoni recibió una patente para un nuevo tipo de generadores de calor: la llama de un quemador en ellos calentaba una placa de amianto, que transfiere calor al aire. Posteriormente, el amianto fue reemplazado por arcilla refractaria, hoy reemplazada por materiales refractarios más duraderos..

Un quemador atmosférico y una placa refractaria encima son los elementos principales en el diseño de cualquier generador de calor moderno..

El dispositivo y el principio de funcionamiento del generador de calor.

En términos de sus tareas, los generadores de calor son similares a las pistolas de calor; la diferencia es que estas unidades solo pueden estar estacionarias. Diseño típico de un generador de calor: un ventilador (axial o centrífugo), encima de él hay una cámara de combustión, se introduce un quemador en su parte inferior, un intercambiador de calor de aire se ubica encima del quemador. Los gases calientes que se forman en la cámara de combustión se alimentan al intercambiador de calor y luego se conducen a la chimenea. El flujo de aire soplado por el ventilador se calienta en el intercambiador de calor a 20-70 ° C, luego ingresa a la habitación con calefacción o al sistema de ventilación por conducto.

El dispositivo y el principio de funcionamiento del generador de calor.

Dependiendo de la potencia de los ventiladores instalados en su diseño, los generadores de calor pueden desarrollar una presión estática de salida de 100-2000 Pa.

En términos de potencia térmica, los generadores de calor se diferencian en dos tipos: hasta 350-400 kW (en una sola carcasa) y hasta 1000 kW (consisten en secciones de intercambio de calor y ventilación).

En los generadores de calor destinados a sistemas de calefacción por conductos de aire, el intercambiador de calor y la cámara de combustión están hechos de acero inoxidable; además, se introduce un sistema de drenaje de condensado en su diseño..

Tipos de generadores de calor

La principal diferencia entre los modelos existentes de generadores de calor es qué tipo de combustible se utiliza en ellos y qué tipo de refrigerante se va a calentar. Los generadores de calor pueden funcionar con combustible sólido, gas, combustible diesel y estar equipados con un quemador universal. El portador de calor en los sistemas de calefacción, que se calienta mediante un generador de calor, puede ser tanto agua como aire..

Generadores de calor a gasdiseñados para el suministro continuo de aire caliente a las instalaciones, se instalan en posición vertical. El intercambiador de calor instalado en ellos extrae una parte significativa del calor de los productos de combustión, reduciendo la volatilidad de los gases de combustión; el tubo de escape para los generadores de calor de gas debe estar equipado con un ventilador. Si el diseño del generador de calor contiene una cámara de combustión cerrada, debajo de la cual se encuentra el ventilador, entonces la probabilidad de empuje inverso es mínima: todos los productos de combustión se eliminarán a través de la chimenea, por lo tanto, dichos generadores de calor de gas se consideran los más seguros. En la mayoría de los casos, la eficiencia de los generadores de calor a gas es del 85-90%..

Generadores de calor a gas

Al elegir un modelo de generador de calor a gas, es necesario prestar especial atención a su capacidad para trabajar a una presión de gas reducida. Al construir calefacción en un generador de calor de gas en ausencia de suministro central de gas, será especialmente conveniente instalar un tanque de gas con un volumen de 2500 litros o más (el volumen requerido depende del área calentada del edificio).

Generadores de calor diesel, como combustible para el que se utiliza queroseno o diesel, son muy adecuados para calentar locales industriales con un área significativa. Están equipados con una boquilla que rocía combustible a través de la cámara de combustión o el combustible se suministra mediante un método de goteo. Sujeto a funcionamiento continuo, se repostan dos veces al día..

Generadores de calor diesel

Para la combustión en generadores de calor con quemador universal, se utilizan tanto combustible diesel como aceite usado, grasas de origen vegetal y animal. Son especialmente convenientes en empresas donde existe un problema con la eliminación de grasas y aceites usados. Sin embargo, la potencia térmica del generador de calor, que quema aceites y grasas residuales, no superará los 200 kW; al quemar combustible diesel, se logra una mayor potencia térmica. Independientemente del tipo de combustible utilizado, este tipo de generador de calor, como cualquier otro, necesita una chimenea. Al quemar aceite usado, es inevitable la formación de escorias, que deben eliminarse diariamente; para mayor comodidad, se requerirán dos recipientes de combustión, uno de los cuales reemplazará al otro durante la limpieza y para reducir el tiempo de inactividad del generador de calor.

Generadores de calor de combustible sólidotienen un diseño diferente a los descritos anteriormente, siendo algo entre generadores de calor de gas / diesel y entre un horno convencional. Están equipados con un ventilador que impulsa el aire a través de un intercambiador de calor y lo alimenta a las habitaciones climatizadas, tienen rejas y puerta de carga de combustible. Los generadores de calor de combustible sólido queman madera seca, briquetas de turba, carbón y diversos desechos agrícolas. Dichos generadores de calor tienen una eficiencia del orden del 80-85%, que es ligeramente menor que los que funcionan con combustibles gaseosos y líquidos: 85-90%. Cabe señalar también el gran tamaño de los generadores de calor de combustibles sólidos y el importante desperdicio en forma de una parte incombustible del combustible..

Generadores de calor de combustible sólido

Los intercambiadores de calor en los generadores de calor pueden ser de hierro fundido o acero: el primer tipo es más resistente a la corrosión, pero bastante masivo, los intercambiadores de calor del segundo tipo, por el contrario, tienen menos peso, pero están sujetos a corrosión. Ambos tipos de intercambiadores de calor no toleran bien los impactos, por lo que el transporte e instalación de los generadores de calor debe realizarse con sumo cuidado..

Las ventajas de los generadores de calor de aire son mayores, en comparación con el calentamiento de agua, la eficiencia y la velocidad de calentamiento de las instalaciones y cuando se trabaja con aceite usado, lo que ahorra dinero en combustible, sin mencionar la solución del problema de eliminación de desechos..

El coste medio de un generador de calor de 400 kW será de 90.000 rublos. Hay generadores de calor en el mercado ruso de Master (EE. UU.), Kroll (Alemania), Sial e ITM (Italia), Benson Heating (Inglaterra), FEG Konvektor GF (Hungría).

Al elegir un generador de calor de aire, se deben considerar aquellos modelos en los que el aire se calienta indirectamente, es decir, la cámara de combustión está completamente aislada del refrigerante. En este caso, se garantiza que los productos de combustión no penetren en los canales de calentamiento del aire, no será necesario mezclar el aire del exterior con el aire del interior de las instalaciones. Sin embargo, estos generadores de calor tienen un precio, un peso y unas dimensiones más elevados..

Los generadores de calor con las funciones de proporcionar agua caliente y calefacción pueden resolver completamente los problemas de suministro de calor, en su mayor parte funcionan con combustible sólido..

Generador de calor Vortex – historia

Este tipo de generadores de calor merece una atención especial, en gran parte debido a la oposición de sus partidarios y opositores..

En los años 20 del siglo pasado, el francés Joseph Rank, al realizar una investigación en la cámara de aire de una instalación ciclónica, encontró que, al girar, los gases en una cámara cilíndrica o cónica se separan en dos fracciones, con una temperatura más alta en los bordes y una más baja en el centro. además, la fracción del centro, a diferencia de la marginal, gira en sentido contrario. En 1934, Rank recibió una patente en los Estados Unidos por su «tubo de vórtice»..

Generador de calor Vortex

El alemán Robert Hilsch en los años 40 continuó la investigación de su colega francés, logrando una mayor diferencia entre las temperaturas de las dos corrientes de aire que salían del tubo de vórtice Rank debido a su diseño mejorado.

En los años 50, el científico soviético A. Merkulov organizó una serie de experimentos con el tubo de vórtice Rank, y decidió bombear agua en él en lugar de gas; en teoría, no debería haber una diferencia de temperatura en el agua que se condujo a través del tubo Rank, porque, a diferencia de los gases, el agua no se puede comprimir. … Contrariamente a las expectativas, el flujo de vórtice bifurcado de agua se calentó y enfrió de manera similar a los gases, lo que desconcertó al profesor Merkulov; no pudo explicar las razones de esto..

Por cierto, el creador del primer generador de calor de vórtice a menudo se llama el inventor autodidacta austriaco Viktor Schauberger, conocido por la turbina de succión que construyó en 1921 que funciona solo con agua …

Hace veinte años, el estadounidense James Griggs, cuya área de interés estaba en el campo de la calefacción, fue el primero en construir un generador de calor de agua basado en el principio de tubería Rank. James estaba decepcionado con los calentadores de agua con elementos calefactores: las sales en el agua formaron una escala en los elementos calefactores, lo que provocó que el serpentín se sobrecaliente y fallara el elemento calefactor. Basado en el hecho de que los elementos calefactores tienen una eficiencia cercana al 100%, y el motor eléctrico que hace girar el generador de calor es de alrededor del 90-95%, James Griggs decidió compensar el mayor consumo de energía al no tener que reemplazar los elementos calefactores que se habían quemado por la formación de incrustaciones. El cálculo de Griggs era que la fricción hiciera que el agua se calentara. El ingeniero estadounidense resultó tener razón: el generador de calor que creó realmente calentó el agua y su estructura interna no sufrió el desgaste de diversas impurezas y sales presentes en el agua. Pero, para gran sorpresa de James, el cálculo de los costos de energía no reveló la pérdida de energía prevista del 10%, pero, en comparación con los sistemas de calefacción con elementos calefactores, ¡un 14% de ahorro! Habiendo llevado a cabo pruebas experimentales en 1992, Griggs descubrió que por cada julio de electricidad gastado en el funcionamiento de un generador de calor, un calentador crea 1,5 julios de calor. Después de pasar otros dos años tratando de averiguar las razones de la ocurrencia del exceso de energía y sin descubrirlas, James Griggs en 1994 recibió una patente en los Estados Unidos por un generador de calor de cavitación rotatorio que él mismo creó..

¿De dónde proviene el exceso de energía térmica en los generadores de calor de vórtice?

El generador de calor Griggs está diseñado de la siguiente manera: se coloca un rotor de aluminio en un cuerpo de acero cilíndrico, se perforan orificios a lo largo de la superficie de la llanta; la caja se cierra con una tapa plana de acero fijada con tornillos. En las tapas planas, en cada una de ellas, hay una entrada para el flujo de agua, en relación entre sí, las entradas en ambas tapas, montadas en lados opuestos del cuerpo, se encuentran en la misma línea. El agua, que viene de un lado al rotor, lo pasa por alto a lo largo del borde y fluye desde el lado opuesto con una temperatura más alta de la que tenía originalmente..

Generador de calor Vortex

La razón por la que el agua se calienta probablemente se deba a la cavitación. Al ingresar al rotor y llenar los orificios a lo largo de su borde, el agua se adhiere a ellos, pero la fuerza centrífuga hace que el agua se estire y se adhiera a los orificios: sus gotas salen de ellos, se precipitan hacia las paredes de la carcasa y chocan contra ellos. La onda de choque resultante y el aumento de la presión «colapsan» la gran cantidad de burbujas de gas y vapor, provocando en cada una de ellas una presión de cientos de miles de atmósferas y una temperatura de más de 106 ° C – se produce cavitación acústica.

La teoría descrita anteriormente se basa en el fenómeno de la sonoluminiscencia, descubierto en 1934 por los científicos alemanes N. Frenzel y H. Schultes, que están trabajando en un sonar para submarinos. Descubrieron que las ondas sonoras causan la expansión y contracción de las burbujas de gas en el agua; bajo la influencia de las vibraciones y en el tiempo con ellas, el tamaño de las burbujas cambia de varias decenas a varias micras, su volumen cambia varias veces. Como resultado, el gas contenido en las burbujas se calienta lo suficiente como para derretir el acero e incluso emite luz..

Fabricantes de generadores de calor de vórtice y su costo.

La producción de generadores de calor de vórtice para el mercado CIS la llevan a cabo varios fabricantes, cada uno de ellos tiene una patente para un modelo que produce sobre la base del modelo desarrollado por las especificaciones técnicas; no existen estándares estatales para los generadores de calor de vórtice. Su producción es realizada por las empresas «YUSMAR» LLC (Moldavia), central nuclear rusa «Tecnologías de energía alternativa y comunicaciones», «Noteka-S» LLC, central nuclear «Angstrem», «ORBI» UK LLC, «Kommash Plant» JSC y otras. Durante los últimos 20 años, los inventores de generadores de calor de vórtice recibieron alrededor de 50 patentes.

El costo de los generadores de calor de vórtice con una potencia de motor eléctrico de 55 kW / h promediará 290,000 rublos.

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