Geradores de calor: ar, água e vórtice

Neste artigo: História dos geradores de calor princípio de operação e dispositivo; tipos de geradores de calor; fabricantes e custo médio dos geradores de calor; a história do gerador de calor de cavitação de vórtice; o princípio do gerador de calor de vórtice; fabricantes de geradores de calor de cavitação no CIS.

Geradores de calor

No inverno, as instalações precisam de aquecimento artificial, caso contrário, seus habitantes experimentarão pessoalmente todas as delícias da era do gelo. Aquecimento central em edifícios de apartamentos, aquecimento individual em chalés privados … mas que tal divisões grandes, por exemplo, zonas de vendas e armazéns? E com canteiros de obras ou, digamos, serviços de automóveis, onde o ar frio flui constantemente de fora? A única maneira de aquecer uma grande área é o aquecimento do ar, construído com pistolas de calor ou geradores de calor. Este artigo cobrirá geradores de calor.

História dos geradores de calor

A invenção do gerador de calor convectivo está diretamente relacionada à invenção de Robert Bunsen, um queimador atmosférico que leva seu nome. Os primeiros geradores de calor colocados no mercado em 1856 pela empresa inglesa “Pettit and Smith” foram equipados com um queimador atmosférico semelhante ao queimador de Bunsen, mas de tamanho maior..

Robert Wilhelm Bunsen
Químico experimental alemão Robert Wilhelm Bunsen

Em 1881, o inglês Sigismund Leoni recebeu a patente de um novo tipo de geradores de calor – a chama de um queimador neles aquecia uma placa de amianto, que transfere o calor para o ar. Posteriormente, o amianto foi substituído por argila refratária, hoje substituída por materiais refratários mais duráveis.

Um queimador atmosférico e uma placa refratária acima dele são os principais elementos no projeto de qualquer gerador de calor moderno..

O dispositivo e o princípio de operação do gerador de calor

Em termos de tarefas, os geradores de calor são semelhantes às pistolas de calor – a diferença é que essas unidades só podem ser estacionárias. Projeto típico de um gerador de calor: um ventilador (axial ou centrífugo), acima dele uma câmara de combustão, um queimador é introduzido em sua parte inferior, um trocador de calor a ar está localizado acima do queimador. Os gases quentes formados na câmara de combustão são encaminhados para o trocador de calor e, em seguida, conduzidos para a chaminé. O fluxo de ar soprado pelo ventilador aquece no trocador de calor a 20-70 ° C e, em seguida, entra na sala aquecida ou no sistema de ventilação do duto.

O dispositivo e o princípio de operação do gerador de calor

Dependendo da potência dos ventiladores instalados em seu projeto, os geradores de calor podem desenvolver uma pressão estática de saída de 100-2000 Pa.

Em termos de energia térmica, os geradores de calor diferem em dois tipos – até 350-400 kW (em uma única caixa) e até 1000 kW (consistem em trocas de calor e seções de ventilação).

Em geradores de calor destinados a sistemas de aquecimento de dutos de ar, o trocador de calor e a câmara de combustão são feitos de aço inoxidável; um sistema de drenagem de condensado é adicionalmente introduzido em seu projeto.

Tipos de geradores de calor

A principal diferença entre os modelos existentes de geradores de calor é o tipo de combustível usado neles e que tipo de refrigerante deve ser aquecido. Os geradores de calor podem operar com combustível sólido, gás, óleo diesel e ser equipados com um queimador universal. O transportador de calor em sistemas de aquecimento, que é aquecido por um gerador de calor, pode ser água e ar..

Geradores de calor a gásConcebidos para o fornecimento contínuo de ar quente às instalações, são instalados na vertical. O trocador de calor nelas instalado extrai parte significativa do calor dos produtos da combustão, reduzindo a volatilidade dos gases de combustão – o escapamento dos geradores de calor a gás deve ser equipado com ventilador. Se o projeto do gerador de calor contém uma câmara de combustão fechada, sob a qual um soprador está localizado, então a probabilidade de reversão é mínima – todos os produtos de combustão serão removidos pela chaminé, portanto, tais geradores de calor a gás são considerados os mais seguros. Na maioria dos casos, a eficiência dos geradores de calor a gás é 85-90%.

Geradores de calor a gás

Ao escolher um modelo de gerador de calor a gás, é necessário prestar atenção especial à sua capacidade de trabalhar com pressão de gás reduzida. Ao construir o aquecimento em um gerador de calor a gás na ausência de fornecimento de gás central, será especialmente conveniente instalar um tanque de gás com um volume de 2.500 litros ou mais (o volume necessário depende da área aquecida do edifício).

Geradores de calor a diesel, Os combustíveis para os quais querosene ou gasóleo são utilizados são adequados para aquecimento de instalações industriais com uma área significativa. Eles são equipados com um bico que pulveriza o combustível pela câmara de combustão ou o combustível é fornecido pelo método de gotejamento. Sujeitos a operação contínua, eles são reabastecidos duas vezes por dia..

Geradores de calor a diesel

Para a combustão em geradores de calor com queimador universal, utilizam-se óleo diesel e óleo residual, gorduras de origem vegetal e animal. Eles são especialmente úteis em empresas onde há um problema com o descarte de gorduras e óleos usados. No entanto, a potência térmica do gerador de calor, no qual o óleo residual e as gorduras são queimados, não excederá 200 kW; ao queimar óleo diesel, uma maior produção térmica é obtida. Independentemente do tipo de combustível utilizado, este tipo de gerador de calor, como qualquer outro, necessita de uma chaminé. Na queima do óleo residual, é inevitável a formação de escórias, que devem ser removidas diariamente – para maior comodidade, serão necessárias duas cubas de combustão, uma das quais substituirá a outra durante a limpeza e para reduzir o tempo de inatividade do gerador de calor.

Geradores de calor de combustível sólidotêm um design diferente dos descritos acima – sendo algo entre geradores de calor a gás / diesel e entre um forno convencional. Estão equipados com ventilador que sopra ar através de um permutador de calor e que o abastece nas salas aquecidas, dispõem de grades e porta de abastecimento de combustível. Os geradores de calor de combustível sólido queimam madeira seca, briquetes de turfa, carvão e vários resíduos agrícolas. Esses geradores de calor têm uma eficiência da ordem de 80-85%, que é um pouco menos do que aqueles que operam com combustíveis gasosos e líquidos – 85-90%. Também deve ser notado o grande tamanho dos geradores de calor de combustível sólido e desperdício significativo na forma de uma parte incombustível do combustível..

Geradores de calor de combustível sólido

Os trocadores de calor em geradores de calor podem ser de ferro fundido ou aço: seu primeiro tipo é mais resistente à corrosão, mas bastante maciço, os trocadores de calor do segundo tipo, ao contrário, têm menos peso, mas estão sujeitos à corrosão. Ambos os tipos de trocadores de calor não toleram bem os impactos, portanto o transporte e a instalação dos geradores de calor devem ser realizados com o máximo cuidado..

As vantagens dos geradores de calor a ar são maiores, em comparação com o aquecimento de água, a eficiência e velocidade de aquecimento das instalações, e ao trabalhar com óleo residual – economizando dinheiro em combustível, sem falar na resolução do problema de destinação de resíduos.

O custo médio de um gerador de calor de 400 kW será de RUB 90.000. No mercado russo existem geradores de calor da Master (EUA), Kroll (Alemanha), Sial e ITM (Itália), Benson Heating (Inglaterra), FEG Konvektor GF (Hungria).

Ao escolher um gerador de calor de ar, deve-se considerar aqueles modelos em que o ar é aquecido indiretamente, ou seja, a câmara de combustão está completamente isolada do refrigerante. Neste caso, os produtos da combustão têm a garantia de não penetrar nos canais de aquecimento do ar, não haverá necessidade de misturar o ar do exterior com o do interior das instalações. No entanto, esses geradores de calor têm um preço, peso e dimensões superiores..

Os geradores de calor com as funções de fornecimento de água quente e aquecimento podem resolver completamente os problemas de fornecimento de calor, na sua maioria funcionam com combustíveis sólidos.

Gerador de calor Vortex – história

Este tipo de geradores de calor merece atenção especial, em grande parte devido à oposição de seus apoiadores e adversários..

Na década de 20 do século passado, o francês Joseph Rank, conduzindo pesquisas na câmara de ar de uma instalação de ciclone, descobriu que, sendo girados em uma câmara cilíndrica ou cônica, os gases são separados em duas frações – com uma temperatura mais alta nas bordas e uma mais baixa no centro. além disso, a fração no centro, em contraste com a periferia, gira na direção oposta. Em 1934, Rank recebeu uma patente nos Estados Unidos para seu “tubo de vórtice”.

Gerador de calor Vortex

O alemão Robert Hilsch na década de 40 continuou a pesquisa de seu colega francês, conseguindo uma diferença maior entre as temperaturas das duas correntes de ar que saíam do tubo de vórtice de Rank devido ao seu design aprimorado.

Nos anos 50, o cientista soviético A. Merkulov realizou uma série de experimentos com o tubo de vórtice de Rank, decidindo bombear água nele em vez de gás – teoricamente, não deveria haver uma diferença de temperatura na água que era conduzida pelo tubo de Rank porque, ao contrário dos gases, a água não pode ser comprimida … Contrariando as expectativas, o fluxo de vórtice bifurcado de água foi aquecido e resfriado de forma semelhante aos gases, o que intrigou o professor Merkulov – ele não conseguia explicar as razões para esse fenômeno.

A propósito, o criador do primeiro gerador de calor vórtice costuma ser chamado de inventor autodidata austríaco Viktor Schauberger, conhecido pela turbina de sucção que construiu em 1921, que funciona apenas com água …

Vinte anos atrás, o americano James Griggs, cuja área de interesse era a área de aquecimento, foi o primeiro a decidir construir um gerador de calor a água baseado no princípio do tubo de Rank. James ficou desapontado com os aquecedores de água com elementos de aquecimento – os sais na água formaram incrustações nos elementos de aquecimento, causando o superaquecimento da bobina e a falha do elemento de aquecimento. Com base no fato de que os elementos de aquecimento têm uma eficiência próxima de 100% e o motor elétrico girando o gerador de calor é de cerca de 90-95%, James Griggs decidiu compensar o maior consumo de energia não tendo que substituir os elementos de aquecimento que queimaram com a formação de incrustações. O cálculo de Griggs era para o atrito fazer com que a água esquentasse. O engenheiro americano acabou acertando – o gerador de calor que ele criou realmente aquecia a água, e sua estrutura interna não estava sujeita ao desgaste de várias impurezas e sais presentes na água. Mas, para a extrema surpresa de James, o cálculo dos custos de energia não revelou a perda de energia planejada de 10%, mas, em comparação com sistemas de aquecimento com elementos de aquecimento, economia de 14%! Tendo realizado testes experimentais em 1992, Griggs descobriu que para cada joule de eletricidade gasto na operação de um gerador de calor, um aquecedor cria 1,5 joules de calor. Depois de passar mais dois anos tentando descobrir as razões para a ocorrência de excesso de energia e, portanto, não descobrindo-as, James Griggs em 1994 recebeu uma patente nos Estados Unidos para um gerador de calor de cavitação rotativo que ele criou..

De onde vem o excesso de energia de calor nos geradores de calor de vórtice

O gerador de calor Griggs é projetado da seguinte forma: um rotor de alumínio é colocado em uma caixa de aço cilíndrica, furos são feitos ao longo da superfície do aro; a caixa é fechada com uma tampa de aço plana fixada a ela com parafusos. Nas tampas planas, em cada uma delas, existe uma entrada para tomada de água, em relação uma à outra, as entradas de ambas as tampas, montadas em lados opostos do corpo, estão localizadas na mesma linha. Água, vindo de um lado para o rotor, o contorna ao longo da borda e flui do lado oposto com uma temperatura mais alta do que a originalmente.

Gerador de calor Vortex

O motivo do aquecimento da água é provavelmente devido à cavitação. Ao entrar no rotor e preencher os orifícios ao longo de sua borda, a água gruda neles, mas a força centrífuga faz com que a água se estique e adere aos orifícios – suas gotas escapam deles, atingem as paredes do corpo e se chocam contra elas. A onda de choque resultante e o aumento da pressão “colapsam” o grande número de bolhas de gás e vapor, causando em cada uma delas uma pressão de centenas de milhares de atmosferas e uma temperatura de mais de 106 ° C – ocorre cavitação acústica.

A teoria descrita acima é baseada no fenômeno da sonoluminescência, descoberto em 1934 pelos cientistas alemães N. Frenzel e H. Schultes, trabalhando em um sonar para submarinos. Eles descobriram que as ondas sonoras causam expansão e contração das bolhas de gás na água – sob a influência das vibrações e com o tempo, o tamanho das bolhas muda de várias dezenas para vários mícrons, seu volume muda várias vezes. Como resultado, o gás contido nas bolhas torna-se quente o suficiente para derreter o aço e até mesmo emitir luz..

Fabricantes de geradores de calor de vórtice e seus custos

A produção de geradores de calor de vórtice para o mercado CIS é realizada por vários fabricantes, cada um deles possui uma patente para um modelo que fabrica com base no modelo desenvolvido pelas especificações técnicas – não existem normas estaduais para geradores de calor de vórtice. Sua produção é realizada pelas empresas “YUSMAR” LLC (Moldávia), a NPP russa “Tecnologias e comunicações de energia alternativa”, “Noteka-S” LLC, “Angstrem” NPP, “ORBI” LLC, “Kommash Plant” OJSC e outras. Nos últimos 20 anos, os inventores dos geradores de calor de vórtice receberam cerca de 50 patentes.

O custo dos geradores de calor de vórtice com uma potência do motor elétrico de 55 kW / h será em média 290.000 rublos.

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