Cálculo del calentador: cómo calcular la potencia de un dispositivo para calentar aire para calentar
Los calentadores tienen un alto rendimiento, por lo que con su ayuda es posible calentar incluso habitaciones muy grandes en bastante poco tiempo. Salen a la venta muchos modelos de estos dispositivos que funcionan con diferentes refrigerantes.
Para elegir la mejor opción, es necesario calcular el calentador, lo que se puede hacer manualmente o mediante una calculadora en línea. Le ayudaremos a resolver el problema de los cálculos; en este artículo le daremos un ejemplo de los cálculos que serán necesarios al elegir un dispositivo adecuado para calentar aire.
También consideraremos las características de diseño de varios tipos de calentadores de aire, las ventajas y desventajas de un sistema de calefacción que utiliza dichos dispositivos.
El contenido del artículo:
Pros y contras de calentar con calentador.
Un sistema de calefacción doméstico, basado en el suministro de aire calentado a una temperatura determinada directamente a la casa, es de especial interés para los propietarios.
El diseño de este sistema de calefacción consta de los siguientes componentes importantes:
- un calentador que actúa como generador de calor que calienta el aire;
- canales (conductos de aire) a través de los cuales entran masas de aire caliente a la casa;
- un ventilador que dirige el aire bien calentado por toda la habitación.
Este tipo de sistema tiene muchas ventajas.Estos incluyen una alta eficiencia, la ausencia de elementos auxiliares para el intercambio de calor en forma de radiadores, tuberías y la posibilidad de combinarlos con un sistema climático, y una baja inercia, por lo que grandes volúmenes se calientan muy rápidamente.
Para muchos propietarios, la desventaja es que la instalación del sistema sólo es posible simultáneamente con la construcción de la casa, por lo que es imposible realizar una mayor modernización.
La desventaja es un matiz como la presencia obligatoria de energía de respaldo y la necesidad de un mantenimiento regular.
En nuestro sitio web hay materiales más detallados sobre la instalación de calefacción de aire en una casa y una cabaña. Le recomendamos que se familiarice con ellos:
- Calefacción de aire con sus propias manos: todo sobre los sistemas de calefacción de aire.
- Cómo organizar la calefacción de aire para una casa de campo: reglas y planos de construcción.
- Cálculo del calentamiento del aire: principios básicos + ejemplo de cálculo.
Clasificación de calentadores de aire.
Los calentadores de aire están incluidos en el diseño de un sistema de calefacción para calentar aire. Existen los siguientes grupos de estos dispositivos según el tipo de refrigerante utilizado: agua, eléctrico, vapor, fuego.
Tiene sentido utilizar aparatos eléctricos en habitaciones con una superficie no superior a 100 m². Para edificios con grandes superficies, una opción más racional serían los calentadores de agua, que funcionan sólo en presencia de una fuente de calor.
Los más populares son el vapor y calentadores de agua. Tanto la primera como la segunda superficie se dividen en forma en 2 subtipos: acanalada y de tubo liso. Según la geometría de las aletas, los calentadores de aletas pueden ser de tipo placa o enrollados en espiral.
Por diseño, estos dispositivos pueden ser de un solo paso, cuando el refrigerante que contienen se mueve a través de tubos, adhiriéndose a una dirección constante, y de múltiples pasos, en cuyas tapas hay particiones, como resultado de lo cual la dirección del movimiento de el refrigerante cambia constantemente.
Hay a la venta 4 modelos de calentadores de agua y vapor, que se diferencian por la superficie de calentamiento:
- CM - el más pequeño con una hilera de tubos;
- METRO — pequeño con dos filas de tubos;
- CON — mediano con tubos en 3 filas;
- B - grande, con 4 hileras de tubos.
Durante el funcionamiento, los calentadores de agua pueden soportar grandes fluctuaciones de temperatura: 70-110⁰.Para que un calentador de este tipo funcione bien, el agua que circula por el sistema debe calentarse a un máximo de 180⁰. En la estación cálida, el calentador puede actuar como ventilador.
Diseño de diferentes tipos de calentadores de aire.
Un calentador de agua para calefacción consta de una carcasa de metal, un intercambiador de calor colocado en ella 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 una caldera o sistema de calefacción centralizada.
Normalmente el ventilador se encuentra en la parte trasera del aparato. Su tarea es impulsar el aire a través del intercambiador de calor.
Después del calentamiento, el aire regresa a la habitación a través de la rejilla ubicada en la parte frontal del calentador.
La mayoría de las veces, la carcasa tiene la forma de un rectángulo, pero hay modelos diseñados para conductos de ventilación redondos. Se instalan válvulas de dos o tres vías en la línea de suministro para regular la potencia de la unidad.
Los calentadores de aire también difieren en el método de instalación: pueden montarse en el techo o en la pared. Los modelos del primer tipo se colocan detrás de un falso techo, detrás de él solo mira la rejilla. Las unidades montadas en la pared son más populares.
Tipo #1: calentadores de tubo liso
El diseño de tubo liso consta de elementos calefactores en forma de tubos huecos delgados con un diámetro de 20 a 32 mm, ubicados a una distancia de 0,5 cm entre sí. A través de ellos circula refrigerante. El aire que lava las superficies calentadas de los tubos se calienta mediante el intercambio de calor convectivo.
Los tubos del calentador de aire están dispuestos en forma de tablero de ajedrez o de pasillo. Sus extremos están soldados a los colectores: superior e inferior. El refrigerante ingresa a la caja de distribución a través del tubo de entrada, luego, después de pasar por los tubos y calentarlos, sale por el tubo de salida en forma de condensado o agua enfriada.
Los dispositivos con una disposición escalonada de tubos proporcionan una transferencia de calor más estable, pero aquí la resistencia a los flujos de aire es mayor. Es necesario calcular la potencia de la unidad para conocer las capacidades reales del dispositivo.
Existen ciertos requisitos para el aire: no debe haber fibras, partículas en suspensión ni sustancias pegajosas. El contenido de polvo permitido es inferior a 0,5 mg/mᶾ. La temperatura de entrada es de al menos 20⁰.
Las características térmicas de los calentadores de tubo liso no son muy altas.Su uso es aconsejable cuando no se requiere un flujo de aire importante y calentamiento a alta temperatura.
Tipo #2 - calentadores de aire con aletas
Las tuberías de los dispositivos con aletas tienen una superficie acanalada, por lo que la transferencia de calor desde ellas es mayor. Al tener menos tuberías, sus características térmicas son superiores a las de los calentadores de aire de tubos lisos.
Los calentadores de placas incluyen tubos con placas montadas sobre ellos, rectangulares o redondas.
El primer tipo de placas se monta sobre un grupo de tubos. El refrigerante pasa a la caja de distribución del dispositivo a través de un accesorio, calienta el aire que pasa a gran velocidad a través de canales de pequeño diámetro y luego sale de la caja de montaje a través del accesorio.
Los calentadores de este tipo son compactos, fáciles de mantener e instalar.
Los dispositivos de placa de un solo paso se designan: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP y los dispositivos de placa de múltiples pasos se designan como KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. El modelo mediano se denomina KFS y el grande se denomina KFB.
Sobre los tubos de estos calentadores se enrolla una cinta de acero corrugado de 1 cm de ancho y 0,4 mm de espesor. El refrigerante para ellos puede ser vapor o agua.
El primero está equipado con tres filas de tubos y el segundo con cuatro. Las placas del modelo mediano tienen un espesor de 0,5 mm y unas dimensiones de 11,7 x 13,6 cm, las placas del modelo grande del mismo espesor y ancho son más largas: 17,5 cm.
Las placas están situadas a una distancia de 0,5 cm entre sí y están dispuestas en zigzag, mientras que en los modelos de tipo medio las placas están dispuestas según el principio de pasillo.
Los calentadores de aire marcados como STD tienen 5 números (5, 7, 8, 9, 14). En los calentadores STD4009V el refrigerante es vapor y en los STD3010G es agua. La instalación del primero se realiza con una orientación vertical de los tubos, la segunda, con una orientación horizontal.
Tipo #3: calentadores bimetálicos con aletas
En los sistemas de calefacción con aire caliente, a menudo se utilizan modelos de calentadores bimetálicos KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 y 4 con un tipo especial de aletas, laminadas en espiral. El refrigerante para los calentadores KP3-SK, KP4-SK es agua caliente con una presión máxima de 1,2 MPa y una temperatura máxima de 180⁰.
Para el funcionamiento de los otros dos calentadores de aire se necesita vapor a la misma presión de funcionamiento que para los primeros, pero a una temperatura ligeramente superior: 190⁰. Los fabricantes deben realizar pruebas de aceptación. Los dispositivos también se prueban para detectar fugas.
Hay 2 líneas de calentadores de aire bimetálicos: KSK3, KPZ, que tienen 3 filas de tubos, son modelos de tamaño mediano, y KSK4, KP4 con 4 filas de tubos son modelos grandes. Los componentes de estos dispositivos son elementos bimetálicos de intercambio de calor, protectores laterales, rejillas tubulares y cubiertas con tabiques.
El elemento de intercambio de calor consta de 2 tubos: uno interior con un diámetro de 1,6 cm, hecho de acero y uno exterior de aluminio con aletas montadas en él. La separación transversal entre los tubos de transferencia de calor es de 4,15 cm y la separación longitudinal es de 3,6 cm.
Reglas para cálculos y 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 seguir una serie de reglas. Veámoslos 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:
- Rendimiento del sistema, o lo que es lo mismo, cantidad de aire destilado por hora. La unidad de medida para el flujo volumétrico es mᶾ/h, masa kg/h. Símbolo - L.
- Temperatura inicial o exterior - tul.
- La temperatura final del aire es tfin.
- Densidad y capacidad calorífica del aire a una determinada temperatura: los datos se toman de tablas.
Primero, se calcula el área de la sección transversal a lo largo del frente del dispositivo de calentamiento de aire.Conocido este valor, se obtienen las dimensiones preliminares de la unidad con un margen.
Para el cálculo utilice la fórmula:
Af = Lρ / 3600 (ϑρ),
Dónde l — caudal de aire volumétrico o productividad en m³/h, ρ — densidad del aire exterior medida en kg/m³ ϑρ – velocidad másica del aire en la sección calculada, medida en kg/(cm²).
Habiendo recibido este parámetro, para cálculos adicionales se toma el tamaño típico del calentador, el más cercano en tamaño. Si el valor del área final es grande, se instalan en paralelo varias unidades idénticas, cuyo área total es igual al valor resultante.
Para determinar la potencia necesaria para calentar un volumen específico de aire, debe averiguar el consumo total de aire calentado en kg por 1 hora mediante la fórmula:
G = L x p,
Dónde R - densidad del aire a temperatura media. Se determina sumando las temperaturas en la entrada y salida de la unidad y luego dividiéndolas por 2. Los indicadores de densidad se toman de la tabla.
Ahora puedes calcular el consumo de calor para calentar el aire, para lo cual se utiliza la siguiente fórmula:
Q (W) = G x c x (t final - t inicio),
Dónde GRAMO — caudal másico de aire en kg/hora. En el cálculo también se tiene en cuenta la capacidad calorífica específica del aire, medida en J/(kg x K). Depende de la temperatura del aire entrante y sus valores se encuentran en la tabla de arriba. Se indica la temperatura en la entrada y salida del dispositivo. No empezar. Y t con. respectivamente.
Digamos que necesitamos seleccionar un calentador con una capacidad de 10.000 mᶾ/hora para que caliente el aire a 20⁰ a una temperatura exterior de -30⁰. El refrigerante es agua con una temperatura en la entrada de la unidad de 95⁰ y 50⁰ en la salida.
Flujo másico de aire: G = 10.000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13,180 kg/h.
Valor de densidad: ρ = (-30 + 20) = -10, al dividir este resultado por la mitad, obtuvimos -5. De la tabla seleccionamos la densidad correspondiente a la temperatura media.
Sustituyendo el resultado obtenido en la fórmula, se obtiene el consumo de calor: Q = 13,180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185,435 W. Aquí 1013 es la capacidad calorífica específica seleccionada de la tabla a una temperatura de -30⁰ en J/(kg x K). Al valor calculado de la potencia del calentador se le suma del 10 al 15% de la reserva.
La razón es que los parámetros tabulados a menudo difieren de los reales hacia abajo y el rendimiento térmico de la unidad, debido a la obstrucción de los tubos, disminuye con el tiempo. Exceder el valor de reserva no es deseable.
Con un aumento significativo de la superficie de calentamiento, puede producirse hipotermia e incluso descongelación en heladas severas.
La potencia de los calentadores de vapor se calcula de la misma forma que la de los calentadores de agua. Solo difiere la fórmula para calcular el refrigerante:
G=Q/r,
Dónde r - calor específico que se libera durante la condensación del vapor, medido en kJ/kg.
Cálculo del calentador eléctrico.
Los fabricantes en los catálogos de calentadores de aire eléctricos suelen indicar la potencia instalada y el flujo de aire, lo que simplifica enormemente la elección.Lo principal es que los parámetros no son inferiores a los indicados en el pasaporte, de lo contrario fallará rápidamente.
El diseño del calentador incluye varios elementos calefactores eléctricos especiales, cuyo área se aumenta presionando aletas sobre ellos.
La potencia de los dispositivos puede ser muy grande, a veces cientos de kilovatios. Hasta 3,5 kW, el calentador se puede alimentar desde una toma de corriente de 220 V, y con voltajes superiores es necesario conectarlo con un cable separado directamente al panel. Si es necesario utilizar un calentador con una potencia superior a 7 kW, será necesaria una fuente de alimentación de 380 V.
Estos dispositivos son pequeños en tamaño y peso, son completamente autónomos, no necesariamente requieren la presencia de un suministro centralizado de agua caliente o vapor.
Una desventaja importante es que la baja potencia es insuficiente para utilizarlos en grandes áreas. El segundo inconveniente es el alto consumo de energía.
Para saber cuánta corriente consume el calentador, puede utilizar la fórmula:
Yo=P/U,
Dónde PAG - fuerza, Ud. - tensión de alimentación.
Con una conexión monofásica del calentador, U se considera igual a 220 V. Con una conexión trifásica - 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,
Dónde l - rendimiento de sistema. Los valores óptimos de potencia de calefacción para una casa son de 1 a 5 kW y para oficinas, de 5 a 50 kW.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
En este video se describe la densidad del aire a tomar al calcular:
Video sobre cómo funciona un calentador en un sistema de calefacción:
Al elegir un tipo específico de calentador, se debe partir de consideraciones de viabilidad y características operativas de la casa.
Para áreas pequeñas, un calentador eléctrico será una buena compra, pero para calentar una casa grande es mejor elegir otra opción. En cualquier caso, no se puede prescindir de un cálculo preliminar..
¿Conoce bien la cuestión de elegir y calcular un calentador? ¿Quizás le gustaría compartir recomendaciones útiles para elegir un calentador de aire o señalar un error o inexactitud en los cálculos en el material discutido anteriormente? Deje su comentario debajo de este artículo; su opinión puede ser útil para las personas que eligen el calentador adecuado para su hogar.
Todo depende de los objetivos. Recomendaría llevar calentadores eléctricos para aquellas habitaciones que no estén destinadas a residencia permanente y necesiten calentarse por poco tiempo, pero rápidamente. Por cierto, es importante no solo hacer los cálculos correctos y elegir el calentador en sí, sino también tener en cuenta las pérdidas de calor que se producen debido a una construcción inadecuada o al uso de materiales aislantes térmicos baratos.
La elección del tipo de sistema de calefacción, Igor, viene dictada por la infraestructura energética que rodea la instalación. Por ejemplo, tener una sala de calderas cerca de un edificio convierte la calefacción eléctrica en un proyecto no rentable.
El modo de calefacción viene dictado por las fluctuaciones de temperatura permitidas. Por ejemplo, una bodega que requiere variaciones minúsculas de temperatura suele “calentarse” con sistemas split de precisión. Su “corto plazo, pero rápido” hará que el vino se eche a perder.
El artículo de Igor describe un algoritmo para seleccionar un calentador en función de varios parámetros del suministro de aire.La contabilidad de la pérdida de calor es una "historia" sobre cálculo del sistema de calefacción.