Calorificador: cómo calcular la potencia de un dispositivo para calentar aire para calentar

Los calentadores tienen un alto rendimiento, por lo que incluso habitaciones muy grandes se pueden calentar con ellos en un tiempo bastante corto. Muchos modelos de estos dispositivos, que funcionan sobre la base de diferentes refrigerantes, salen a la venta.

Para elegir la mejor opción, necesita un cálculo de calorifer, que puede realizar manualmente o usando la calculadora en línea. Le ayudaremos a resolver el problema de los cálculos: en este artículo damos un ejemplo de los cálculos que se necesitarán al elegir el dispositivo adecuado para calentar el aire.

Y también considere las características de diseño de varios tipos de calentadores, las ventajas y desventajas de un sistema de calefacción que utiliza dichos dispositivos.

Pros y contras de calentar con un calentador

El sistema de calefacción del hogar, basado en el suministro de aire calentado a la temperatura establecida directamente en la casa, es de particular interés para los propietarios de sus propios hogares.

Este diseño del sistema de calefacción consta de los siguientes componentes importantes:

• un calentador que actúa como un generador de calor que calienta el aire;
• canales (conductos) a través de los cuales las masas de aire caliente entran en la casa;
• Un ventilador que dirige el aire bien caliente por toda la habitación.

Hay muchas ventajas para este tipo de sistema. Estos incluyen una alta eficiencia y la ausencia de elementos auxiliares para la transferencia de calor en forma de radiadores, tuberías, y la capacidad de combinarlo con el sistema climático y baja inercia, como resultado de lo cual el calentamiento de grandes volúmenes ocurre muy rápidamente.

Para muchos propietarios de viviendas, el inconveniente es que la instalación del sistema solo es posible simultáneamente con la construcción de la casa y luego su posterior modernización es imposible.

La desventaja es un matiz como la disponibilidad obligatoria de energía de respaldo y la necesidad de mantenimiento regular.

El calentador de aire es fácil de instalar y operar, asequible, pero lo más importante, es un dispositivo eficaz para calentar la habitación. En la foto, un calentador de agua montado en el sistema.

En nuestro sitio hay materiales más detallados sobre el dispositivo para calentar el aire en la casa y la cabaña. Le recomendamos que se familiarice con ellos:

• Calefacción de aire de bricolaje: todo sobre sistemas de calefacción de aire
• Cómo organizar el calentamiento del aire de una casa de campo: reglas y esquemas de construcción
• Cálculo del calentamiento del aire: principios básicos + ejemplo de cálculo

Clasificación de calentadores

Los calentadores están incluidos en el diseño de un sistema de calefacción para calentar el aire. Los siguientes grupos de estos dispositivos según el tipo de refrigerante utilizado: agua, electricidad, vapor, fuego.

Tiene sentido usar electrodomésticos para habitaciones con un área de no más de 100 m². Para edificios con grandes áreas, una opción más racional serían los calentadores de agua, que solo funcionan si hay una fuente de calor.

Los más populares son steam y calentadores de agua. Tanto la primera como la segunda forma de la superficie se dividen en 2 subespecies: acanaladas y de tubo liso. Los calentadores acanalados en la geometría de las costillas son lamelares y enrollados en espiral.

El rendimiento de los calentadores de aire que funcionan con un refrigerante como el vapor se regula mediante válvulas especiales instaladas en el tubo de entrada.

Por diseño, estos dispositivos pueden ser unidireccionales, cuando el refrigerante en ellos se mueve a lo largo de los tubos, adhiriéndose a una dirección constante y multidireccional, en cuyas cubiertas hay particiones, como resultado de lo cual la dirección de movimiento del refrigerante cambia constantemente.

Se venden 4 modelos de calentadores de agua y vapor, que difieren en el área de superficie de calentamiento:

• SM - el más pequeño con una fila de tuberías;
• M - pequeño con dos hileras de tuberías;
• Con - promedio con tuberías en 3 filas;
• B - grande, con 4 hileras de tuberías.

Los calentadores de agua durante el funcionamiento soportan grandes fluctuaciones de temperatura: 70-110⁰. Para que el calentador de aire de este tipo funcione bien, el agua que circula en el sistema debe calentarse a un máximo de 180⁰. En la estación cálida, el calentador de aire puede actuar como un ventilador.

Diseño de diferentes tipos de calentadores.

El calentador de agua de calentamiento consiste en un cuerpo de metal, un intercambiador de calor colocado en forma de una serie de tubos y un ventilador.Al final de la unidad hay tubos de entrada a través de los cuales se conecta a la caldera o al sistema de calefacción centralizado.

Por lo general, el ventilador se encuentra en la parte posterior del dispositivo. Su tarea es conducir aire a través del intercambiador de calor.

Después de calentar, a través de la parrilla ubicada en la parte delantera del calentador, el aire fluye hacia la habitación.

La mayoría de las veces, la carcasa se realiza en forma de rectángulo, pero hay modelos diseñados para conductos de ventilación de sección transversal circular. Se instalan válvulas de dos o tres vías en la línea de suministro para ajustar la potencia de la unidad.

El ventilador sopla a través de los tubos ubicados en la caja del calentador. El agua calentada del sistema de calefacción se mueve a través de los tubos, y el ventilador distribuye aire caliente de manera uniforme en toda la habitación.

Los calentadores difieren en el método de instalación: son de techo y de pared. Los modelos del primer tipo se colocan detrás del falso techo, solo se asoma la rejilla. Los electrodomésticos montados en la pared son más populares.

Vista # 1 - calentadores de tubo liso

El diseño de tubo liso consiste en elementos calefactores en forma de tubos delgados huecos con un diámetro de 20 a 32 mm, ubicados a una distancia de 0,5 cm entre sí. Un refrigerante circula a través de ellos. El aire, que lava las superficies calentadas de los tubos, se calienta por intercambio de calor por convección.

Los tubos en el calentador de aire son escalonados o pasillo. Sus extremos están soldados a los colectores, superior e inferior. El refrigerante ingresa a la caja de conexiones a través del tubo de entrada, luego, pasando a través de los tubos y calentándolos, sale del tubo de salida en forma de condensado o agua fría.

Los dispositivos con una disposición de tubos de tablero de ajedrez proporcionan una transferencia de calor más estable, pero la resistencia al flujo de aire aquí es mayor. Es necesario realizar el cálculo de la potencia de la unidad para conocer las capacidades reales del dispositivo.

Existen ciertos requisitos para el aire: no debe haber fibras, partículas suspendidas ni sustancias pegajosas. El contenido de polvo permitido es inferior a 0,5 mg / mᶾ. La temperatura de entrada es de al menos 20⁰.

Calentadores unidireccionales y de 3 vías. 1 - tubo de entrada a través del cual entra el refrigerante, 2 - caja de distribución, 3 - tubo, 4 - tubo de salida, 5 - partición

Las características termotécnicas de los calentadores de tubo liso no son muy altas. Su uso es aconsejable cuando no se requiere un flujo de aire significativo y su calentamiento a alta temperatura.

Vista # 2 - calentadores de aire con aletas

Las tuberías de los dispositivos acanalados tienen una superficie con aletas, por lo tanto, la transferencia de calor desde ellas es mayor. Con un número menor de tuberías, su rendimiento térmico es mayor que el de los calentadores de aire de tubo liso.

La composición de los calentadores de placas incluye tubos con placas montadas sobre ellos, rectangulares o redondos.

El primer tipo de placas se montan en un grupo de tuberías. El refrigerante pasa a la caja de conexiones del dispositivo a través del accesorio, calienta el aire que pasa a una velocidad considerable a través de los canales de diámetro pequeño y luego sale de la caja de recolección a través del accesorio.

Los calentadores de este tipo son compactos, fáciles de mantener e instalar.

Los dispositivos de placa de paso único se designan: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP y multidireccional: KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. El modelo intermedio se denomina KFS y el grande, KSE.

Una cinta de acero corrugado de 1 cm de ancho y 0,4 mm de espesor se enrolla en los tubos de estos calentadores. El portador de calor para ellos puede ser tanto vapor como agua.

Los calentadores de agua no pueden conectarse con tuberías de metal-plástico o polímero. No están diseñados para la alta temperatura del portador de calor. Necesita tubos de acero y mejor galvanizado para eliminar la corrosión.

El primero está equipado con tres filas de tubos, y el segundo cuatro. Las placas del modelo medio tienen un espesor de 0,5 mm y unas dimensiones de 11,7 x 13,6 cm.Las placas de un modelo grande del mismo grosor y ancho se distinguen por una longitud más larga: 17.5 cm.

Las placas están a una distancia de 0,5 cm entre sí y tienen una disposición en zigzag, mientras que en los modelos de vista intermedia, las placas están dispuestas de acuerdo con el principio del corredor.

Los calentadores de aire con la marca STD tienen 5 números (5, 7, 8, 9, 14). El vapor es el portador de calor en los calentadores de aire STD4009B, y el agua es el portador de calor en el STD3010G. La instalación de la primera se realiza con la orientación vertical de los tubos, la segunda, con la horizontal.

Vista # 3 - calentadores de aletas bimetálicas con aletas

En los sistemas de calefacción con calefacción de aire, los modelos de calentadores bimetálicos KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 y 4 a menudo se usan con un tipo especial de aletas: laminado en espiral. El portador de calor para los calentadores de aire KP3-SK, KP4-SK es agua caliente con una presión máxima de 1.2 MPa y una temperatura máxima de 180⁰.

Para que funcionen los otros dos calentadores de aire, se requiere vapor con la misma presión de trabajo que el primero, pero con una temperatura ligeramente más alta: 190⁰. Los fabricantes deben realizar pruebas de aceptación. Dispositivos de prueba y de estanqueidad.

El intercambiador de calor del calentador de aire KSK consiste en tubos de acero y con aletas de aluminio. Conectar sus placas de tubo

Hay 2 líneas de calentadores bimetálicos: KSK3, KPZ, con 3 filas de tubos, pertenecen al centro, y KSK4, KP4 con 4 filas de tubos, a modelos grandes. Los componentes de estos dispositivos son elementos de intercambio de calor bimetálicos, protectores laterales, rejillas de tubos, cubiertas con tabiques.

El elemento de intercambio de calor consta de 2 tubos, un diámetro interno de 1.6 cm, hecho de acero y exterior de aluminio con aletas montadas en él. El intervalo transversal entre los tubos de transferencia de calor es de 4,15 cm y el longitudinal es de 3,6 cm.

Reglas para el cálculo y la selección de una unidad adecuada

Al diseñar un sistema de calefacción con uno o un grupo de calentadores, así como al realizar cálculos, se deben observar una serie de reglas. Consideremos con más detalle en la selección de fotos a continuación.

Cálculo del calentador de agua.

Para calcular la potencia de un calentador de agua o vapor, se necesitan los siguientes parámetros iniciales:

1. Rendimiento del sistema o, en otras palabras, la cantidad de aire destilado por hora. La unidad de medida del caudal volumétrico es mᶾ / h, masa kg / h. El símbolo es L.
2. Temperatura inicial o externa - tul.
3. La temperatura final del aire es tcon.
4. Densidad y capacidad calorífica del aire a cierta temperatura: los datos se toman de las tablas.

Primero, el área de la sección transversal se calcula desde la parte frontal del dispositivo de calentamiento de aire. Habiendo aprendido este valor, obtenga las dimensiones preliminares de la unidad con un margen.

Para el cálculo utilizando la fórmula:

AF = Lρ / 3600 (ϑρ),

Donde L - caudal volumétrico de aire o capacidad en m³ / h, ρ - densidad del aire exterior medida en kg / m³ ϑρ - velocidad del aire en masa en la sección calculada, medida en kg / (cm²).

Una vez recibido este parámetro, para cálculos posteriores, tome el tamaño típico del calentador, el más cercano en tamaño. Con un gran valor total del área, se instalan varias unidades idénticas en paralelo, cuyo área en total es igual al valor obtenido.

Los calentadores no solo son intercambiadores de calor, sino también enfriadores de aire de agua fría, que son mucho menos populares

Para determinar la potencia requerida para calentar un volumen específico de aire, debe averiguar el consumo total de aire calentado en kg por 1 hora de acuerdo con la fórmula:

G = L x p,

Donde p - densidad del aire a temperatura media. Se determina sumando las temperaturas a la entrada y a la salida de la unidad, luego se divide por 2. Los indicadores de densidad se toman de la tabla.

De esta tabla, puede tomar datos sobre la densidad y el calor específico del aire a una temperatura determinada para calcular la potencia del dispositivo.

Ahora puede calcular el consumo de calor para calentar el aire para el que se utiliza la siguiente fórmula:

Q (W) = G x c x (t con. - t beg.),

Donde G - flujo de aire en masa en kg / h. Al calcular, también se tiene en cuenta el calor específico del aire medido en J / (kg x K). Depende de la temperatura del aire entrante, y sus valores están en la tabla anterior. Se indica la temperatura a la entrada y a la salida del dispositivo. t rogar. y t con. en consecuencia

Suponga que necesita elegir un calentador con una capacidad de 10,000 mᶾ / h para que caliente el aire a 20⁰ a una temperatura exterior de -30⁰. El refrigerante es agua que tiene una temperatura en la entrada a la unidad de 95⁰ y 50⁰ en la salida.

Caudal másico: G = 10,000 mᶾ / h. х 1.318 kg / mᶾ = 13.180 kg / h.

Valor de densidad: ρ = (-30 + 20) = -10, dividiendo este resultado en la mitad recibida -5. De la tabla, se eligió la densidad correspondiente a la temperatura promedio.

Sustituyendo el resultado en la fórmula, obtenga el consumo de calor: Q = 13 180/3600 x 1013 x 20 - (-30) = 185 435 W. Aquí 1013 es el calor específico seleccionado de la tabla a una temperatura de –30⁰ en J / (kg x K). Al valor calculado de la potencia del calentador agregue del 10 al 15% de la reserva.

La razón es que los parámetros tabulares a menudo difieren de los reales en la dirección de reducción, y el rendimiento térmico de la unidad, debido a la obstrucción de los tubos, disminuye con el tiempo. Exceder el margen es indeseable.

Con un aumento significativo en la superficie de calentamiento, puede ocurrir hipotermia e incluso descongelarse en grandes heladas.

En el calentador de vapor, el refrigerante se suministra desde arriba, y el agua resultante de la condensación del vapor de escape se descarga desde abajo. En la foto: un diagrama del flejado de un calentador de vapor.

La potencia de los calentadores de vapor se calcula de la misma manera que los calentadores de agua. Solo la fórmula de cálculo del refrigerante difiere:

G = q / r,

Donde r - calor específico liberado durante la condensación de vapor, medido en kJ / kg.

Cálculo de un calentador eléctrico.

Los fabricantes en los catálogos de calentadores eléctricos a menudo indican la potencia instalada y el flujo de aire, lo que simplifica enormemente la elección. Lo principal es que los parámetros no deben ser más pequeños que los indicados en el pasaporte; de ​​lo contrario, fallarán rápidamente.

El diseño del calentador de aire incluye varios elementos especiales de calefacción eléctrica, cuyo área aumenta debido al montaje de aletas en ellos.

El poder de los dispositivos puede ser muy grande, a veces es de cientos de kilovatios. Hasta 3.5 kW, el calentador de aire puede alimentarse desde un tomacorriente de 220 V, y con un voltaje por encima de esto, es necesario conectar el cable del hotel directamente al blindaje. Si es necesario usar un calentador con una potencia superior a 7 kW, una fuente de alimentación de 380 V.

Estos dispositivos tienen dimensiones y peso pequeños, son completamente autónomos, no necesitan la presencia de agua caliente centralizada o vapor.

Una desventaja significativa es la baja potencia insuficiente para aplicarlos en grandes áreas.El segundo inconveniente es el alto consumo de energía.

Del cálculo del calentador, se deduce que el resultado del uso del dispositivo es un ahorro tangible de recursos energéticos. A veces, esta unidad se combina con un recuperador y luego la toma de aire no se lleva a cabo fuera, sino desde las instalaciones.

Para averiguar qué corriente usa el calentador, puede usar la fórmula:

I = P / U,

Donde P - poder U - tensión de alimentación.

Con una conexión monofásica, el calentador U se toma igual a 220 V. Con un trifásico - 660 V.

La temperatura a la que un calentador de cierta potencia calienta la masa de aire está determinada por la fórmula:

T = 2.98 x P / L,

Donde L - rendimiento del sistema. Los valores óptimos de la potencia del calentador de aire para la casa son de 1 a 5 kW, y para oficinas: de 5 a 50 kW.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

En este video se describe qué densidad de aire tomar en el cálculo:

Video sobre cómo funciona el calentador en el sistema de calefacción:

Al elegir un cierto tipo de calentador, debe proceder de consideraciones de conveniencia y características operativas de la casa.

Para áreas pequeñas, un calentador eléctrico será una buena compra, y para calentar una casa grande, es mejor elegir otra opción. En cualquier caso, no lo haga sin un cálculo preliminar.

¿Está bien versado en elegir y calcular un calentador? ¿Quizás quiera compartir recomendaciones útiles sobre la elección de un calentador de aire o señalar un error o inexactitud en los cálculos del material discutido anteriormente? Deje su comentario en este artículo: su opinión puede ser útil para las personas que eligen el calentador de aire adecuado para su hogar.