La caldera de inducción es la mejor fuente de calor eléctrico para sistemas de calefacción.

El contenido del artículo

• Historia de la caldera de inducción
• Dispositivo y principio de funcionamiento.
• Características de la caldera de inducción.
• Cómo instalar una caldera de inducción.
• Cómo elegir una caldera de inducción.

En este artículo: La historia de la creación de calderas de inducción; el principio de funcionamiento y el dispositivo de la caldera; pros y contras de las calderas de inducción; cómo instalar una caldera en un sistema de calefacción cerrado; selección de una caldera de inducción.

Los combustibles orgánicos, como la madera, el carbón, los productos derivados del petróleo y el gas natural, constituyen el principal grupo de vectores de energía del planeta que se utilizan para calentar nuestras casas y apartamentos. Sin embargo, cualquiera de sus variedades tiene dos inconvenientes serios, y el segundo es especialmente crítico a nivel doméstico: una vez que no habrá combustible orgánico debido a la producción completa, es extremadamente difícil obtenerlo en algunas regiones de la CEI por cualquier motivo. Y en una situación tan desesperada, los propietarios recurren a calentar calderas eléctricas, y su elección se encuentra entre calderas con elementos calefactores y calderas con calentadores térmicos eléctricos, es decir, no hay elección como tal. Pero también hay calderas de inducción eléctricas, y sus características operativas son bastante altas …

Historia de la caldera de inducción

Aproximadamente desde 1822 hasta 1831, el brillante científico e investigador inglés Michael Faraday realizó una serie de experimentos con el objetivo de convertir el magnetismo en electricidad. Y solo a fines de agosto de 1831, otro experimento de Faraday dio el resultado que el científico esperaba: habiendo recibido una corriente eléctrica en un devanado de alambre primario enrollado en un núcleo de hierro redondo, descubrió la inducción electromagnética..

El descubrimiento de Michael Faraday se usó originalmente en transformadores, generadores y motores, pero se volvió realmente solicitado solo 70 años después; desde principios del siglo XX, el ritmo del desarrollo industrial requirió nuevos métodos para fundir metales en un taller. Y la primera fundición de inducción se abrió en Sheffield, Inglaterra, en 1927.

En los años 80 del siglo XX, se crearon calderas de inducción, que se utilizaron para calefacción en empresas industriales, incluso en la URSS: el primer tipo consumía corriente con una frecuencia de 50 Hz, el segundo, con una frecuencia de 1 kHz y superior. Las dimensiones y el peso de las calderas de inducción industriales son bastante impresionantes, el refrigerante en ellas circula a través de un devanado secundario de tuberías colocadas encima de un núcleo de metal con un devanado primario. Los modelos en serie de calderas de inducción destinadas a sistemas de calefacción domésticos y que se diferencian de los análogos industriales en un tamaño y peso mucho más pequeños, aparecieron en Rusia en los años 90 del siglo pasado..

Cabe señalar que el físico-inventor Nikolo Tesla no tiene relación directa con la caldera de inducción, excepto quizás por el descubrimiento de la corriente eléctrica alterna..

Dispositivo y principio de funcionamiento.

El cuerpo de una caldera de inducción es de varias capas: un núcleo con una pared doble, luego una capa de aislamiento eléctrico y térmico, luego un cuerpo exterior (exterior). A diferencia de las calderas industriales de inducción con un devanado cilíndrico, las calderas domésticas utilizan un devanado de alambre de cobre toroidal hecho entre dos tubos de acero ferromagnéticos soldados entre sí con una pared de más de 10 mm, el diámetro interior es menor que el diámetro exterior. Como resultado, se logra un menor peso, una mayor eficiencia y pequeñas dimensiones de la caldera en comparación con los análogos industriales. El tubo interior con bobinado toroidal actúa como núcleo (circuito magnético), el tubo interior es un elemento calefactor para el refrigerante..

El refrigerante, agua o anticongelante, ingresa a la caldera a través de un tubo de entrada soldado a través de ambos tubos metálicos. Debido a la gran superficie interna del intercambiador de calor de tubo interior, el portador de calor recibe aproximadamente el 98% de la energía térmica generada por la caldera de inducción, y en un tiempo más corto que el calentamiento con elementos calefactores, debido a la menor inercia. La corriente de inducción generada por el campo magnético de alta frecuencia desde el devanado exterior al tubo interior provoca el calentamiento del refrigerante, mientras que las vibraciones de las paredes a altas frecuencias evitan que las incrustaciones se acumulen en las paredes metálicas. La capa exterior aislante eléctrica y térmica proporciona una protección completa contra posibles fugas de corriente eléctrica y pérdidas de calor..

Una corriente alterna bajo voltaje, cuya frecuencia es de aproximadamente 20 kHz, se suministra a la caldera desde un convertidor inversor semiconductor. Además del inversor, el paquete de la caldera del inversor incluye un termostato electrónico (un sensor de temperatura está integrado en el cuerpo de la caldera) y disyuntores..

El calentamiento del refrigerante en una caldera de inducción se produce debido al calentamiento del núcleo de acero por las corrientes parásitas provocadas por el campo electromagnético generado por la corriente de alto voltaje. Cuando se conecta la energía de la caldera, ocurre lo siguiente: una corriente de alto voltaje fluye hacia el devanado toroidal primario de la caldera, el campo electromagnético resultante presiona las corrientes parásitas hacia la superficie exterior del núcleo de acero, su densidad aumenta y la tubería del núcleo se calienta primero desde el exterior y luego por completo. El calor generado por la caldera es absorbido por el portador de calor que circula a través de ella y entregado a los dispositivos de calefacción. Se necesitan unos 7 minutos para calentar el núcleo de una caldera de inducción a una temperatura de funcionamiento de 75 ° C..

Características de la caldera de inducción.

Este tipo de calderas de calefacción tiene una serie de ventajas sobre los elementos de calefacción tradicionales, pero también tiene desventajas, incluidas las específicas solo para tales calderas. Echemos un vistazo más de cerca a los pros y los contras de las calderas de inducción, comenzando con las características positivas:

• ausencia total de elementos calefactores, así como elementos móviles y muy cargados que están sujetos a desgaste durante el funcionamiento y requieren reemplazo periódico;
• la capacidad de operar desde una red eléctrica de baja tensión y corriente constante, que generalmente es inaceptable para otros tipos de calderas eléctricas;
• la estructura de la caldera no contiene conexiones desmontables, es decir la probabilidad de fuga está completamente excluida;
• calentamiento significativamente más rápido hasta la temperatura de funcionamiento, en comparación con cualquier otro tipo de calderas de calefacción eléctrica;
• protección contra la formación de incrustaciones *;
• fuego alto (clase II) y seguridad eléctrica, ya que el elemento calefactor (núcleo) no está conectado eléctricamente al inductor (devanado primario) directamente, y la diferencia de temperatura entre el núcleo y el refrigerante no supera los 30 ° С;
• el diseño de la caldera no requiere la instalación de una chimenea;
• no es necesario instalar la caldera de inducción en una habitación separada;
• Como cualquier calentador eléctrico, la eficiencia de dicha caldera es cercana al 100%. Por cierto, este valor no cambia a lo largo de los años de su funcionamiento, a diferencia de las calderas con elementos calefactores y electrodo;
• la vida útil promedio es de 25 años y más (depende del grosor de las tuberías metálicas que forman el núcleo de la caldera) y no se requieren trabajos de mantenimiento con este equipo;
• le permite usar casi cualquier refrigerante en el sistema de calefacción (agua, anticongelante, aceite, etc.) y sin ninguna preparación previa;
• el reemplazo del refrigerante gastado en el sistema de calefacción se realiza una vez cada 10 años;
• funcionamiento silencioso absoluto;
• baja inercia, que ahorra energía debido al control eficiente del funcionamiento de la caldera mediante automatización electrónica **. Cabe señalar que la inercia de las calderas de inducción es menor que la de los elementos calefactores, pero mayor que la de las calderas de electrodos;
• la instalación de la caldera no requiere la participación de especialistas altamente calificados;
• se permite su uso para cualquier sistema de calefacción cerrado, incluso para «suelo cálido» y para calefacción de zócalo – el umbral mínimo para la temperatura de calefacción del medio de calefacción es 35 ° С.

* – No se forman depósitos de incrustaciones en las superficies internas del tubo central debido a la pequeña diferencia de temperatura entre el calentador y el refrigerante, que no excede los 30 ° C, así como debido a vibraciones de alta frecuencia causadas por corrientes parásitas que repelen los iones de sal de las paredes internas del tubo..

** – el control electrónico de la caldera de inducción proporciona un menor consumo de energía al mantener la temperatura a un nivel estrictamente especificado, es decir cuando sube, el suministro de energía a la caldera se apaga inmediatamente y se reanuda solo cuando la temperatura cae por debajo de la configurada por el usuario.

Cabe señalar que la presión máxima permitida en un sistema de calefacción con calentamiento del refrigerante de una caldera de inducción no debe exceder los 0.3 MPa.

Contras de las calderas de inducción:

• tamaño y peso significativos. Por ejemplo, una caldera monofásica con una potencia de 2,5 kW, con una altura de 450 mm y un diámetro de 121 mm, pesa 23 kg;
• alto costo – de 30,000 rublos. y más alto. En parte, el precio de las calderas de inducción se debe a la presencia de un arrancador inversor en el sistema de control, que no es barato en sí mismo;
• instalación solo en sistemas de calefacción cerrados;
• durante el funcionamiento, dependiendo de la potencia de la caldera, se generan interferencias en los rangos de radio de onda larga, media y VHF a una distancia de varios metros de su ubicación, que no pueden apantallarse completamente. Sin embargo, esto no tiene ningún efecto en el cuerpo humano, solo los animales domésticos (perros, gatos) pueden sentirlos..

Cómo instalar una caldera de inducción.

La instalación de tales calderas está permitida solo en un sistema de calefacción cerrado equipado con una bomba de circulación forzada y un tanque de expansión expansomat. La caldera de inducción se coloca estrictamente vertical, la tubería de retorno del circuito de calefacción está conectada a la tubería de entrada (según el modelo, ubicada en la parte inferior o lateral, en la parte inferior del cuerpo), y la tubería de suministro está conectada a la tubería de salida (ubicada en el lado superior del cuerpo o desde arriba). La caldera de inducción se fija a la pared con sujetadores que pueden soportar su propio peso y el peso del medio de calentamiento que llena la caldera durante el funcionamiento. La distancia desde el cuerpo de la caldera a cualquier objeto cercano, paredes, techo y piso debe ser de al menos 300 mm en sus lados, al menos 800 mm, desde abajo y desde arriba.

Durante el trabajo de instalación, la caldera de inducción debe estar conectada a tierra. No se requiere flejado con tubos de metal, puede conectar los tubos de metal-plástico del circuito directamente a las boquillas de la caldera. Un grupo de seguridad está integrado en la sección de la tubería ubicada no lejos de la tubería de salida de la caldera: un manómetro, un respiradero automático y una válvula explosiva. Se pueden instalar válvulas de cierre en el circuito de calefacción después de los puntos de colocación del grupo de seguridad, el tanque expansomat se puede instalar en la sección de retorno. Después del punto donde se coloca el expansomat y antes de que se inserte la tubería de retorno en la caldera de inducción, se incorporan secuencialmente en el circuito un filtro de sedimentación, un filtro de malla gruesa, una bomba de circulación y un sensor de flujo (le permite controlar el flujo del refrigerante a lo largo del circuito de retorno, su flujo hacia la caldera). El sistema de control de una caldera de inducción se instala de acuerdo con las reglas del PUE y se conecta a la caldera de acuerdo con los diagramas que figuran en su pasaporte técnico..

Cómo elegir una caldera de inducción.

En el mercado ruso, hay principalmente calderas de inducción monofásicas y trifásicas de dos fabricantes nacionales: LLC «Alternative Energy» (marca «VIN») y CJSC «NPK» INERA «(marca» SAV «), con una capacidad de 2,5 a 7 kW ( monofásico) y de 7 a 60 kW (trifásico).

Además de los elementos obligatorios, que están equipados con un sistema de calefacción con una caldera de inducción, y para facilitar su control, se permite completar con una unidad programadora electrónica para los modos de funcionamiento de la caldera durante una semana o un programador que le permite controlar el funcionamiento del sistema de calefacción de forma remota a través de un canal GSM..

Teniendo en cuenta que la potencia de las calderas de inducción no disminuye con los años de operación, la selección del modelo requerido se realiza en una proporción de 60 W por m² zona a calentar. Por ejemplo, para locales con una superficie total de 20 m² necesita una caldera con una capacidad de 3 kW. Para calcular con precisión la potencia de caldera requerida en relación con un edificio específico, es necesario involucrar a especialistas que evaluarán el grado de aislamiento de las instalaciones en él..

El período de garantía de las calderas de inducción es de 3 años para la propia caldera y de un año para el equipamiento eléctrico del armario con el que se completa. El momento decisivo en la duración del funcionamiento sin problemas de tales calderas es el grosor del núcleo interno de la tubería de acero: cuanto más gruesa sea su pared, más tiempo podrá resistir los procesos corrosivos. El espesor de pared óptimo del tubo central es de 10 mm.

La conveniencia de utilizar calderas de inducción eléctricas también radica en la capacidad de mantener la temperatura óptima en los edificios que visitan los propietarios de vez en cuando. En este caso, no se necesitará un modelo particularmente potente, ya que incluso una caldera de 6 kW es capaz de mantener la temperatura en una casa con un área de, por ejemplo, 120 m² al nivel de 12-15 ° С. Y dado que una casa de campo generalmente tiene una chimenea, al derretirla, puede elevar fácil y rápidamente la temperatura mantenida por la caldera de inducción a un nivel cómodo, lo que sería imposible en un edificio sin calefacción..