A caldeira de indução é a melhor fonte de calor elétrico para sistemas de aquecimento

Neste artigo: A história da criação das caldeiras de indução; o princípio de funcionamento e o dispositivo da caldeira; prós e contras de caldeiras de indução; como instalar uma caldeira em sistema de aquecimento fechado; seleção de uma caldeira de indução.

Os combustíveis orgânicos, como madeira, carvão, derivados de petróleo e gás natural, constituem o principal grupo de transportadores de energia na Terra usados ​​para aquecer nossas casas e apartamentos. No entanto, qualquer uma de suas variedades tem duas desvantagens sérias, e a segunda é especialmente crítica no nível doméstico – uma vez que não haverá nenhum combustível orgânico devido à produção total, é extremamente difícil obtê-lo em algumas regiões do CEI por qualquer motivo. E em tal situação desesperadora, os proprietários voltam-se para caldeiras elétricas de aquecimento, e sua escolha reside entre caldeiras com elementos de aquecimento e caldeiras com aquecedores elétricos térmicos – ou seja, não há escolha como tal. Mas também existem caldeiras elétricas de indução, e seu desempenho é bastante alto …

História da caldeira de indução

De cerca de 1822 a 1831, o brilhante cientista e explorador inglês Michael Faraday conduziu uma série de experimentos com o objetivo de converter o magnetismo em eletricidade. E apenas no final de agosto de 1831, outro experimento Faraday deu o resultado que o cientista esperava – tendo recebido uma corrente elétrica em um enrolamento de fio primário em um núcleo de ferro redondo, ele descobriu a indução eletromagnética.

A descoberta de Michael Faraday foi originalmente usada em transformadores, geradores e motores, mas tornou-se realmente procurada apenas 70 anos depois – desde o início do século 20, o ritmo de desenvolvimento industrial exigia novos métodos de fusão de metais em uma oficina. E a primeira fundição por indução foi inaugurada em Sheffield, Inglaterra, em 1927.

Na década de 80 do século XX, foram criadas caldeiras de indução, que serviam para aquecimento em empreendimentos industriais, inclusive na URSS: o primeiro tipo consumia corrente com frequência de 50 Hz, o segundo – com frequência de 1 kHz e acima. As dimensões e o peso das caldeiras de indução industriais são bastante impressionantes, o refrigerante nelas circula através de um enrolamento secundário de tubos colocados no topo de um núcleo de metal com um enrolamento primário. Modelos em série de caldeiras de indução destinadas a sistemas de aquecimento doméstico e diferindo de análogos industriais em tamanho e peso muito menores, surgiram na Rússia na década de 90 do século passado.

Deve-se notar que o físico-inventor Nikolo Tesla não tem relação direta com a caldeira de indução – exceto talvez pela descoberta da corrente elétrica alternada.

Dispositivo e princípio de operação

O corpo de uma caldeira de indução é multicamadas – um núcleo com uma parede dupla, uma camada de isolamento elétrico e térmico e um corpo externo (externo). Ao contrário das caldeiras de indução industriais com enrolamento cilíndrico, nas caldeiras domésticas é utilizado um enrolamento de fio de cobre toroidal, feito entre dois tubos de aço ferromagnético soldados entre si com uma parede de mais de 10 mm, o diâmetro interno é menor que o diâmetro externo. Como resultado, menor peso, maior eficiência e pequenas dimensões da caldeira são alcançados em comparação com análogos industriais. O tubo interno com enrolamento toroidal atua como um núcleo (circuito magnético), o interno é um elemento de aquecimento para o refrigerante.

O refrigerante, água ou anticongelante, entra na caldeira através de um tubo de entrada soldado através de ambos os tubos de metal. Devido à grande área interna do tubo interno-trocador de calor, o portador de calor recebe cerca de 98% da energia térmica gerada pela caldeira de indução, e em um tempo menor do que o aquecimento com elementos de aquecimento, devido à menor inércia. A corrente de indução gerada por um campo magnético de alta frequência do enrolamento externo para o tubo interno faz com que o meio de aquecimento aqueça, enquanto as vibrações das paredes em altas frequências evitam que incrustações se acumulem nas paredes de metal. A camada externa de isolamento elétrico e térmico oferece proteção completa contra possíveis vazamentos de corrente elétrica e perda de calor..

Uma corrente alternada sob tensão, cuja frequência é de cerca de 20 kHz, é fornecida à caldeira a partir de um conversor inversor de semicondutor. Além do inversor, o pacote da caldeira do inversor inclui um termostato eletrônico (um sensor de temperatura está embutido no corpo da caldeira) e disjuntores.

O aquecimento do refrigerante em uma caldeira de indução ocorre devido ao aquecimento do núcleo de aço por correntes parasitas causadas pelo campo eletromagnético gerado pela corrente de alta tensão. Quando a energia da caldeira é conectada, ocorre o seguinte – uma corrente de alta tensão flui para o enrolamento toroidal primário da caldeira, o campo eletromagnético resultante pressiona as correntes parasitas na superfície externa do núcleo de aço, sua densidade aumenta e o tubo do núcleo aquece primeiro do lado de fora e depois completamente. O calor gerado pela caldeira é absorvido pelo transportador de calor que circula através dela e entregue aos dispositivos de aquecimento. Demora cerca de 7 minutos para aquecer o núcleo de uma caldeira de indução a uma temperatura operacional de 75 ° C.

Características da caldeira de indução

Este tipo de caldeiras de aquecimento tem uma série de vantagens sobre os elementos de aquecimento tradicionais, mas também tem desvantagens, incluindo aquelas específicas apenas para essas caldeiras. Vamos dar uma olhada nos prós e contras das caldeiras de indução, começando com as características positivas:

• ausência completa de quaisquer elementos de aquecimento, bem como elementos móveis e altamente carregados que estão sujeitos a desgaste durante a operação e requerem substituição periódica;
• a capacidade de operar com uma fonte de alimentação de baixa tensão e corrente constante, o que geralmente é inaceitável para outros tipos de caldeiras elétricas;
• a estrutura da caldeira não contém conexões destacáveis, ou seja, a probabilidade de vazamento é completamente excluída;
• aquecimento significativamente mais rápido até a temperatura de operação, em comparação com quaisquer outros tipos de caldeiras de aquecimento elétrico;
• proteção contra formação de incrustações *;
• alto incêndio (classe II) e segurança elétrica, uma vez que o elemento de aquecimento (núcleo) não está conectado eletricamente ao indutor (enrolamento primário) diretamente, e a diferença de temperatura entre o núcleo e o refrigerante não ultrapassa 30 ° С;
• o projeto da caldeira não requer a instalação de chaminé;
• não há necessidade de instalar a caldeira de indução em sala separada;
• Como acontece com qualquer aquecedor elétrico, a eficiência dessa caldeira é próxima a 100%. A propósito, este valor não se altera ao longo dos anos de funcionamento, ao contrário das caldeiras com elementos de aquecimento e eletrodo;
• a vida útil média é de 25 anos e mais (dependendo da espessura dos tubos metálicos que formam o núcleo da caldeira), e nenhum trabalho de manutenção é necessário com este equipamento;
• permite que você use quase qualquer portador de calor no sistema de aquecimento (água, anticongelante, óleo, etc.), e sem qualquer preparação preliminar;
• a substituição do refrigerante gasto no sistema de aquecimento é realizada uma vez a cada 10 anos;
• operação absolutamente silenciosa;
• baixa inércia, que permite economizar energia devido ao controle efetivo do funcionamento da caldeira através da automação eletrônica **. Deve-se notar que a inércia das caldeiras de indução é menor do que a dos elementos de aquecimento, mas maior do que a das caldeiras a eletrodo;
• a instalação da caldeira não requer o envolvimento de especialistas altamente qualificados;
• é permitido o uso para qualquer sistema de aquecimento fechado, incluindo para “piso quente” e para aquecimento de rodapé – o limite mínimo de temperatura para aquecer o refrigerante é 35 ° С.

* – depósitos de calcário nas superfícies internas do tubo central não são formados devido à pequena diferença de temperatura entre o aquecedor e o refrigerante, não excedendo 30 ° С, bem como devido a vibrações de alta frequência causadas por correntes parasitas que repelem íons de sal das paredes internas do tubo.

** – o controle eletrônico da caldeira de indução fornece menos consumo de energia, mantendo a temperatura em um nível estritamente especificado, ou seja, quando aumenta, o fornecimento de energia para a caldeira é imediatamente desligado e reiniciado apenas quando a temperatura cai abaixo da temperatura especificada pelo usuário.

Deve-se notar que a pressão máxima permitida em um sistema de aquecimento com aquecimento do refrigerante de uma caldeira de indução não deve exceder 0,3 MPa.

Contras de caldeiras de indução:

• tamanho e peso significativos. Por exemplo, uma caldeira monofásica de 2,5 kW, com altura de 450 mm e diâmetro de 121 mm, pesa 23 kg;
• alto custo – de 30.000 rublos. e mais alto. Em parte, o preço das caldeiras de indução se deve à presença de um inversor de partida no sistema de controle, o que não é barato em si;
• instalação apenas em sistemas de aquecimento fechados;
• durante a operação, dependendo da potência da caldeira, são geradas interferências nas faixas de rádio de ondas longas, médias e VHF a vários metros de sua localização, que não podem ser totalmente blindadas. No entanto, isso não tem efeito no corpo humano, apenas animais domésticos (cães, gatos) são capazes de senti-los..

Como instalar uma caldeira de indução

A instalação de tais caldeiras é permitida apenas em um sistema de aquecimento fechado equipado com uma bomba de circulação forçada e um tanque de expansão expansomat. A caldeira de indução é posicionada estritamente verticalmente, o tubo de retorno do circuito de aquecimento é conectado ao tubo de entrada (dependendo do modelo, localizado na parte inferior ou lateral, na parte inferior do corpo) e a tubulação de abastecimento é conectada ao tubo de saída (localizado no lado superior do corpo ou de cima). A caldeira de indução é fixada à parede com fechos que suportam o seu próprio peso e o peso do meio de aquecimento que enche a caldeira durante o funcionamento. A distância do corpo da caldeira a qualquer objeto próximo, paredes, teto e piso deve ser de pelo menos 300 mm em seus lados, pelo menos 800 mm – de baixo e de cima.

Durante os trabalhos de instalação, a caldeira de indução deve ser aterrada. Não é necessário amarrar com tubos de metal, você pode conectar os tubos de metal-plástico do circuito diretamente aos bicos da caldeira. Um grupo de segurança é construído na seção da tubulação localizada não muito longe da tubulação de saída da caldeira – um medidor de pressão, um respiradouro automático e uma válvula explosiva. As válvulas de corte podem ser instaladas no circuito de aquecimento após os pontos de colocação do grupo de segurança, o tanque expansor pode ser instalado na seção de retorno. Após o ponto onde o expansor é colocado e antes que o oleoduto de retorno seja introduzido na caldeira de indução, um filtro de sedimentação, um filtro de malha grossa, uma bomba de circulação e um sensor de fluxo são sequencialmente construídos no circuito (permite que você controle o fluxo do refrigerante ao longo do circuito de retorno, seu fluxo para a caldeira). O sistema de controle de uma caldeira de indução é instalado de acordo com as regras da PUE e é conectado à caldeira de acordo com os diagramas fornecidos em seu passaporte técnico.

Como escolher uma caldeira de indução

No mercado russo, existem principalmente caldeiras de indução monofásicas e trifásicas de dois fabricantes nacionais – LLC “Alternative Energy” (marca “VIN”) e CJSC “NPK” INERA “(marca” SAV “), com capacidade de 2,5 a 7 kW ( monofásico) e de 7 a 60 kW (trifásico).

Para além dos elementos obrigatórios, que são dotados de sistema de aquecimento com caldeira de indução e para facilitar o seu controlo, pode completar-se com uma unidade programadora electrónica dos modos de funcionamento da caldeira durante uma semana ou com um programador que permite controlar o funcionamento do sistema de aquecimento à distância através de um canal GSM.

Considerando que a potência das caldeiras de indução não diminui com os anos de operação, a seleção do modelo necessário é feita na proporção de 60 W por m² área a ser aquecida. Por exemplo, para instalações com uma área total de 20 m² você precisa de uma caldeira com capacidade de 3 kW. Para calcular com precisão a potência necessária da caldeira em relação a um edifício específico, é necessário envolver especialistas que irão avaliar o grau de isolamento das instalações nele..

O período de garantia para as caldeiras de indução é de 3 anos para a própria caldeira e de um ano para o equipamento elétrico do armário com o qual se completa. O momento decisivo na duração do funcionamento sem problemas de tais caldeiras é a espessura do núcleo interno do tubo de aço – quanto mais espessa for a sua parede, mais tempo será capaz de suportar processos corrosivos. A espessura ideal da parede do tubo central é de 10 mm.

A conveniência de usar caldeiras de indução elétrica também reside na capacidade de manter a temperatura ideal em edifícios que são visitados pelos proprietários de vez em quando. Neste caso, não será necessário um modelo particularmente potente, pois mesmo uma caldeira de 6 kW é capaz de manter a temperatura em uma casa com área de, por exemplo, 120 m² ao nível de 12-15 ° С. E como uma casa de campo costuma ter lareira, ao derretê-la é possível elevar fácil e rapidamente a temperatura mantida pela caldeira de indução a um nível confortável, o que seria impossível em um prédio sem aquecimento.

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