Cómo conectar una caldera de calefacción eléctrica: diferencias entre diferentes esquemas

Para calentar un edificio residencial individual, los sistemas que usan la transferencia de líquido refrigerante a través de tuberías a baterías de calefacción, en el que el calor se transfiere al aire circundante y el retorno del líquido enfriado para su posterior calentamiento, se están utilizando cada vez más.

En este caso, una caldera se entiende generalmente como un recipiente de metal sellado en el que se calienta el refrigerante, y el término "eléctrico" define el tipo de energía utilizada.

Según el principio del uso de electricidad, las calderas son:

1. calentamiento indirecto;

2. acción directa;

3. tipo de inducción.

Tienen un diseño completamente diferente, difieren en grados de seguridad, requieren una actitud diferente cuando se conectan al cableado.

Caldera eléctrica indirecta

El término "acción indirecta" se refiere al calentamiento indirecto realizado por una corriente eléctrica que pasa a través de un elemento calefactor con una resistencia puramente resistiva. Como resultado de este fenómeno, según la ley Joule-Lenz, la temperatura de un conductor colocado especialmente en un líquido aumenta.

El calor liberado en la resistencia es eliminado por el portador de calor. Elementos de calentamiento térmico, o como se abrevian como TENY, están disponibles en diferentes capacidades para operar en circuitos de CA o CC con diferentes voltajes.

Características de diseño

Dentro de la carcasa metálica de la caldera, se montan elementos de calentamiento eléctricos, lavados por el refrigerante.

Consisten en un cuerpo tubular de metal sellado con una rosca de aleación de nicromo montada en el interior, que tiene una cierta resistencia eléctrica y es capaz de resistir la potencia de calentamiento nominal.

Esta rosca, con ambos extremos, está montada dentro de un tubo de metal y conectada a conectores de salida hechos por rosca de tornillo para conectar cables eléctricos.

La cavidad entre el cuerpo del tubo y la rosca de nicromo está separada por una capa de material termoconductor con altas propiedades dieléctricas, un tipo especial de arena. Los extremos del elemento están sellados y equipados con puntas para montar en la tapa de la caldera.

Un calentador en funcionamiento, por lo tanto, tiene una cierta resistencia eléctrica, que puede medirse con un ohmímetro o probador ordinario, o calcularse a partir del valor de potencia dado en la caja.

Por ejemplo, un convertidor de voltaje de 1 kW consume una corriente de I = 1000/220 = 4.54 amperios cuando funciona a un voltaje de 220 voltios y tiene una resistencia eléctrica de R = 220 / 4.54 = 48.5 Ohm.

El segundo parámetro de salud del elemento calefactor es la calidad de la resistencia de aislamiento entre el hilo conductor de nicromo y la carcasa. Para medirlo, debe usar un dispositivo especial: megaohmímetro.

Para calefacción doméstica, generalmente se utilizan modelos de 220 voltios con una potencia de carga del orden de un kilovatio. Cuando se requiere una mayor cantidad de calor, los elementos de calentamiento se recogen en cadenas paralelas en una red monofásica o se conectan en grupos idénticos en una red trifásica.

Se realizan dos bridas en la caldera para la comunicación con las líneas de refrigerante:

1. en la entrada inferior, se bombea una corriente de agua fría;

2. el líquido calentado sale de la salida superior.

Cuando la corriente pasa a través de la resistencia del elemento calefactor, se libera calor, que se transmite a través de la capa de aislamiento a la carcasa metálica y se elimina del elemento calefactor por el flujo de refrigerante. Debido a esto, cuando se trabaja, se crea un equilibrio entre el calor liberado por la energía eléctrica y el fluido eliminado bombeado a través de la caldera.

Cada elemento calefactor con su parte de trabajo debe estar completamente sumergido en el líquido para que la eliminación del calor pase de manera eficiente y uniforme. Si esto se viola, por ejemplo, debido a la formación de una congestión de aire o una fuga de líquido, lo que provocó una disminución en su nivel en la caldera, es posible que la rosca, el aislamiento o la carcasa del elemento calefactor se quemen y se destruyan.

Una simple caldera eléctrica casera en el video:

 

Diagrama de conexión hidráulica

La caldera eléctrica indirecta indirecta se fabrica en la fábrica en un hermoso edificio moderno, que puede:

• instalar en el piso de la habitación;

• colgar en la pared.

Después de que se fija firmemente a la construcción del edificio, se recoge el circuito hidráulico del sistema de calefacción de la casa.

Para su uso:

• radiadores de calefacción conectados por cadenas paralelas entre las líneas de presión y drenaje (retorno) del transporte de refrigerante;

• tanque de expansión, diseñado para drenar burbujas de aire del líquido bombeado;

• válvulas de cierre, lo que le permite cambiar el circuito hidráulico en varios modos de funcionamiento;

• bomba de circulación de circuito cerrado;

• válvula: contrapresión, seguridad, bypass;

• sensores del sistema de control de procesos tecnológicos básicos;

• Equipos de automatización, lógica de control y protecciones.

Si la bomba de circulación se excluye de la operación, el circuito puede funcionar debido a la circulación natural, cuando el portador de calor frío baja y el calentado sube. Sin embargo, esto requerirá cálculos hidráulicos y térmicos complejos, que, además, requerirán una configuración de equipo adicional.

La bomba siempre proporciona un bombeo rápido del refrigerante a lo largo de la red y aumenta la eficiencia de calentamiento.

Caldera eléctrica de acción directa

El término "acción directa" significa que para garantizar el calentamiento, se crea un camino para el paso de la corriente eléctrica directamente a través del líquido refrigerante sin pasar por ningún elemento intermedio.

Para esto, los electrodos para suministrar la fase y el cero de trabajo se montan directamente en la línea de agua bombeada a través del cuerpo de la caldera. Dado que su resistencia específica depende en gran medida de la concentración de sales disueltas, el grado de pureza del refrigerante afecta la magnitud de la corriente eléctrica que pasa y el grado de calentamiento.

Características de diseño

Los dispositivos de acción directa en su forma y dimensiones difieren significativamente de la definición clásica de la palabra "caldera". Su cuerpo está hecho en forma de un segmento de una tubería ordinaria, equipado con:

1. boquillas para conexión con líneas de presión y retorno;

2. conectores cero de fase y de trabajo para conectar a los electrodos del circuito eléctrico.

Debido a esto, las dimensiones del dispositivo son bastante pequeñas en tamaño y peso, lo que ahorra significativamente espacio en la sala de calderas en comparación con los análogos de acción indirecta.

La corriente eléctrica que pasa a través del refrigerante a través de los electrodos está limitada solo por la resistencia de la salmuera, que depende de una serie de características operativas, y en algún momento puede exceder el valor nominal.

Dado que el calor generado por la electricidad se genera directamente en el refrigerante sin pérdida de transmisión a través de otros medios adicionales, la reducción de potencia en el circuito considerado es menor que en el anterior, y la eficiencia es mayor.

Debido a la simplicidad de las estructuras mecánicas, estos dispositivos son bastante baratos, lo cual es su ventaja. En este caso, uno de los electrodos debe colocarse directamente sobre el cuerpo de la tubería, y el segundo debe incorporarse al flujo de refrigerante.

El método del electrodo para calentar el líquido requiere la creación de un medio especial para el paso de la corriente eléctrica: la salmuera. Cuando se usa en dispositivos domésticos, aparecen las siguientes desventajas:

• El refrigerante en forma de soluciones líquidas entra en procesos electroquímicos con todos los materiales metálicos. Cuando se usa aluminio, el cuerpo del radiador se corroe en unos pocos años, y las estructuras de hierro fundido duran un poco más, pero también se obstruyen constantemente y requieren limpieza;

• Las bombas de circulación para sistemas de calefacción están diseñadas para funcionar en un entorno de agua limpia o anticongelante con varios aditivos anticorrosivos. No se realizaron pruebas de sus diseños para la operación a largo plazo en salmuera.

Diagrama de cableado

Básicamente, el sistema de calentamiento hidráulico de una caldera de acción directa no es diferente de un circuito de calentamiento indirecto. Como antes, se monta una línea de agua fría en la tubería de entrada y se instala una línea de presión caliente en la tubería de salida.

Los elementos restantes del circuito, dependiendo de las tareas de calefacción local, pueden copiar completamente el diseño anterior.

Ambas imágenes muestran la disposición más simple y típica de los elementos del circuito hidráulico. Un diseño real creado para condiciones específicas de calefacción de las instalaciones siempre tendrá algunas desviaciones y adiciones.

Muy a menudo, no se utiliza un circuito reducido de circuito único, sino un mínimo compuesto por dos grupos con órganos ejecutivos y de gobierno independientes. Un ejemplo simple es un circuito adicional que produce agua caliente para uso doméstico, por ejemplo, en el baño y la cocina.

Caldera eléctrica de inducción

Para calentar el refrigerante, este diseño utiliza corrientes de Foucault inducidas en un elemento de calentamiento especial: un inductor.

Características de diseño

La tensión de alimentación se suministra a la bobina de una bobina hecha de un cable eléctrico aislado. Debido al fenómeno de la inducción, las corrientes de inducción que pasan a través de un circuito cerrado son inducidas en el núcleo magnético del núcleo. En este caso, el metal inductor se calienta.

El líquido refrigerante se bombea constantemente a través de este espacio y elimina el calor al sistema hidráulico.

Durante el funcionamiento de la caldera de inducción, se producen pequeñas vibraciones del inductor, que protegen las paredes de la formación de incrustaciones.

Cuando se utilizan corrientes de frecuencia industrial, se obtienen construcciones de dimensiones impresionantes. Para reducir las dimensiones y el peso de la caldera, se utiliza la conversión de voltaje de alta frecuencia hasta 1 ÷ 20 kHz, que forma el campo magnético correspondiente.

La caldera de inducción se puede colocar en una carcasa protectora con buen aislamiento.

Garantizar condiciones de operación seguras para calderas directas e indirectas

Al comparar el principio de funcionamiento de un elemento calefactor con una descarga eléctrica de corriente en un refrigerante, se crean diversas condiciones para su aplicación, cuando para todos los tipos de calderas la carcasa está hecha de metal y llena de un líquido conductor.

Cuando se usa un elemento calefactor, la corriente fluye a través de un filamento de nicromo, se aísla de la carcasa mediante una capa de dieléctrico, que no permite que el potencial de fase pase a la carcasa.

En una caldera de calentamiento directo, se genera corriente en el refrigerante en contacto con la superficie del cuerpo de la caldera. Como resultado, existe un potencial de fase, que viola ciertas reglas de seguridad y crea el requisito previo para que una persona reciba una lesión eléctrica.

Los problemas de diseño de las protecciones eléctricas de alta velocidad para tales estructuras aún no se han resuelto. El uso de diseños RCD convencionales o diflavtomats que controlan la aparición de corrientes de fuga en el circuito no tiene sentido, ya que operarán constantemente, bloqueando el suministro del potencial de fase a la carcasa.

En los diseños de calderas indirectas, el uso de RCD es bastante razonable y apropiado. No permitirá que una persona caiga bajo la acción del potencial de fase. Esto se puede entender con la ayuda de imágenes explicativas.

En condiciones normales de funcionamiento, la corriente fluye exclusivamente a lo largo del circuito interno aislado de la carcasa.

Cuando se rompe el aislamiento de una caldera eléctrica con calentamiento indirecto, la corriente de fuga a través de la carcasa penetrará en el conductor de PE y a través de él hasta el circuito de tierra. El punto de ajuste del RCD se establece de modo que el dispositivo de corriente residual se dispare y con sus contactos de alimentación elimina la tensión de alimentación del circuito, lo que elimina las lesiones humanas.

Por lo tanto, en condiciones de uso seguro, las calderas de calentamiento directo pierden significativamente. Si se dañan mecánicamente por algún motivo, se crea un circuito abierto para que la corriente fluya, lo que dejará un potencial de fase peligroso en la carcasa. Y luego el caso decide todo ...

Esquema de conexión al sistema eléctrico.

Consideraremos todo el circuito de calefacción de la caldera como el actuador para la calefacción:

• acción directa: entre los electrodos integrados en la carcasa;

• calentamiento indirecto - conectado en paralelo a los elementos calefactores;

• inducción - caja de bornes con bobinados.

Entonces, el resto del circuito puede representarse mediante una vista simplificada con elementos de automatización, control y protección de corriente contra sobrecarga y cortocircuito.

La tensión de alimentación desde la centralita a través del organismo regulador se suministra al actuador de calefacción y a la fuente de alimentación (protecciones y lógica).

Con sus sensores, las protecciones escanean los principales parámetros técnicos y, cuando superan los límites de una posible regulación, dejan la caldera fuera de servicio.

Recientemente, el cuerpo lógico de automatización se ha realizado cada vez más sobre la base de tecnologías de microprocesador que proporcionan una funcionalidad avanzada. Recibe información de los sensores para la temperatura del refrigerante, el aire interior, la presión del fluido dentro del sistema, la procesa y mantiene la temperatura dentro de la caldera ajustando el voltaje en el actuador.

Ver también: Cómo elegir un termostato para una caldera de calefacción eléctrica

Conclusión El artículo intenta generalizar los diagramas de conexión de calderas eléctricas de varios diseños sin especificar los fabricantes, dividiéndolos en grupos principales según el principio de funcionamiento, para analizar sus lados positivos y débiles. Y cuánto te ayudó esto: comparte tu opinión en los comentarios.