Cálculo do aquecedor: como calcular a potência de um dispositivo para aquecimento de ar para aquecimento

Os aquecedores têm alto desempenho, portanto, com a ajuda deles, você pode aquecer até salas muito grandes em um tempo bastante curto. Muitos modelos desses dispositivos operando com base em diferentes refrigerantes estão à venda.

Para escolher a melhor opção, é necessário calcular o aquecedor, o que pode ser feito manualmente ou por meio de uma calculadora online. Ajudaremos você a entender a questão dos cálculos - neste artigo daremos um exemplo dos cálculos que serão necessários na escolha de um dispositivo adequado para aquecimento de ar.

Também consideraremos as características de design de vários tipos de aquecedores de ar, as vantagens e desvantagens de um sistema de aquecimento que utiliza tais dispositivos.

Prós e contras do aquecimento com aquecedor

Um sistema de aquecimento doméstico, baseado no fornecimento de ar aquecido a uma temperatura definida diretamente para a casa, é de particular interesse para os proprietários.

Este projeto de sistema de aquecimento consiste nos seguintes componentes importantes:

• um aquecedor que atua como gerador de calor que aquece o ar;
• canais (dutos de ar) através dos quais as massas de ar aquecidas entram na casa;
• um ventilador que direciona o ar bem aquecido por toda a sala.

Existem muitas vantagens neste tipo de sistema.Estes incluem alta eficiência, ausência de elementos auxiliares para troca de calor na forma de radiadores, tubos e capacidade de combiná-lo com um sistema climático, e baixa inércia, fazendo com que grandes volumes sejam aquecidos muito rapidamente.

Para muitos proprietários, a desvantagem é que a instalação do sistema só é possível em simultâneo com a construção da própria casa e, assim, é impossível uma maior modernização.

A desvantagem é uma nuance como a presença obrigatória de energia reserva e a necessidade de manutenção regular.

O aquecedor é fácil de instalar e operar, é acessível, mas o mais importante é que é um dispositivo eficaz para aquecer um ambiente. A foto mostra um aquecedor de água embutido no sistema

Em nosso site encontram-se materiais mais detalhados sobre a instalação de aquecimento de ar em uma casa e chalé. Recomendamos que você se familiarize com eles:

• Aquecimento de ar faça você mesmo: tudo sobre sistemas de aquecimento de ar
• Como providenciar o aquecimento do ar para uma casa de campo: regras e planos de construção
• Cálculo do aquecimento do ar: princípios básicos + exemplo de cálculo

Classificação de aquecedores de ar

Os aquecedores de ar estão incluídos no projeto de um sistema de aquecimento para aquecer o ar. Existem os seguintes grupos desses dispositivos de acordo com o tipo de refrigerante utilizado: água, elétrico, vapor, fogo.

Faz sentido utilizar eletrodomésticos para ambientes com área não superior a 100 m². Para edifícios com grandes áreas, uma escolha mais racional seriam os esquentadores, que funcionam apenas na presença de fonte de calor.

Os mais populares são o vapor e aquecedores de água. Tanto a primeira quanto a segunda superfície são divididas em 2 subtipos: nervurada e tubo liso. De acordo com a geometria das aletas, os aquecedores com aletas podem ser do tipo placa ou enrolados em espiral.

O desempenho dos aquecedores de ar que operam com um refrigerante como o vapor é regulado por meio de válvulas especiais instaladas no tubo de entrada

Por projeto, esses dispositivos podem ser de passagem única, quando o refrigerante neles se move através de tubos, aderindo a uma direção constante, e de passagem múltipla, em cujas tampas existem divisórias, como resultado da direção do movimento de o refrigerante está mudando constantemente.

Existem 4 modelos de aquecedores de água e vapor disponíveis para venda, diferindo na área de superfície de aquecimento:

• CM - o menor com uma fileira de tubos;
• M — pequeno com duas fileiras de tubos;
• COM — médio com tubos em 3 filas;
• B - grande, com 4 filas de tubos.

Durante a operação, os aquecedores de água podem suportar grandes flutuações de temperatura - 70-110⁰.Para que um aquecedor deste tipo funcione bem, a água que circula no sistema deve ser aquecida a no máximo 180⁰. Na estação quente, o aquecedor pode funcionar como ventilador.

Projeto de diferentes tipos de aquecedores de ar

Um aquecedor de água para aquecimento é composto por uma caixa de metal, um trocador de calor colocado na forma de uma série de tubos e um ventilador. No final da unidade existem tubos de entrada através dos quais é ligada a uma caldeira ou sistema de aquecimento centralizado.

Via de regra, o ventilador está localizado na parte traseira do aparelho. Sua tarefa é conduzir o ar através do trocador de calor.

Após o aquecimento, o ar regressa à divisão através da grelha situada na parte frontal do aquecedor.

Na maioria das vezes, o corpo é feito em forma de retângulo, mas existem modelos projetados para dutos de ventilação redondos. Válvulas de duas ou três vias são instaladas na linha de alimentação para regular a potência da unidade.

O ventilador sopra através dos tubos localizados na carcaça do aquecedor.A água aquecida do sistema de aquecimento se move através dos tubos e o ventilador distribui o ar quente uniformemente por toda a sala

Os aquecedores de ar também diferem no método de instalação - podem ser montados no teto ou na parede. Os modelos do primeiro tipo são colocados atrás de um teto falso, apenas a grade fica atrás dele. As unidades montadas na parede são mais populares.

Tipo #1 – aquecedores de tubo liso

O projeto de tubo liso consiste em elementos de aquecimento em forma de tubos ocos finos com diâmetro de 20 a 32 mm, localizados a uma distância de 0,5 cm entre si. O refrigerante circula através deles. O ar que lava as superfícies aquecidas dos tubos é aquecido devido à troca de calor convectiva.

Os tubos do aquecedor de ar são dispostos em padrão xadrez ou corredor. Suas extremidades são soldadas nos coletores - superior e inferior. O refrigerante entra na caixa de distribuição pela tubulação de entrada e, após passar pelos tubos e aquecê-los, sai pela tubulação de saída na forma de condensado ou água gelada.

Uma transferência de calor mais estável é fornecida por dispositivos com arranjo escalonado de tubos, mas a resistência aos fluxos de ar é maior aqui. É necessário calcular a potência da unidade para conhecer as reais capacidades do dispositivo.

Existem certos requisitos para o ar - não deve haver fibras, partículas suspensas ou substâncias pegajosas. O teor de poeira permitido é inferior a 0,5 mg/mᶾ. A temperatura de entrada é de pelo menos 20⁰.

Aquecedores de passagem única e de 3 passagens. 1 – tubo de entrada através do qual flui o refrigerante, 2 – caixa de distribuição, 3 – tubo, 4 – tubo de saída, 5 – divisória

As características térmicas dos aquecedores de tubo liso não são muito altas.Seu uso é aconselhável quando não são necessários fluxos de ar significativos e aquecimento a altas temperaturas.

Tipo #2 – aquecedores de ar com aletas

Os tubos dos dispositivos aletados possuem superfície nervurada, portanto, a transferência de calor deles é maior. Com menos tubos, suas características térmicas são superiores às dos aquecedores de ar de tubo liso.

Os aquecedores de placas incluem tubos com placas montadas neles - retangulares ou redondos.

O primeiro tipo de placas é montado em um grupo de tubos. O refrigerante entra na caixa de distribuição do dispositivo através de uma conexão, aquece o ar que passa a uma velocidade significativa através de canais de pequeno diâmetro e sai da caixa de montagem através da conexão.

Aquecedores deste tipo são compactos, fáceis de manter e instalar.

Os dispositivos de placa de passagem única são designados: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP e os dispositivos de placa de passagem múltipla são designados como KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. O modelo intermediário é denominado KFS e o modelo grande é denominado KFB.

Uma fita de aço corrugado com 1 cm de largura e 0,4 mm de espessura é enrolada nos tubos desses aquecedores. O refrigerante para eles pode ser vapor ou água.

Aquecedores de água não podem ser conectados a tubos de metal-plástico ou polímero porque Eles não foram projetados para altas temperaturas de refrigeração. Precisamos de tubos de aço e de preferência galvanizados para evitar corrosão

O primeiro está equipado com três filas de tubos e o segundo com quatro. As placas do modelo médio têm espessura de 0,5 mm e dimensões de 11,7 x 13,6 cm, as placas do modelo grande da mesma espessura e largura são mais longas - 17,5 cm.

As placas estão localizadas a uma distância de 0,5 cm uma da outra e possuem disposição em zigue-zague, enquanto nos modelos intermediários as placas são dispostas de acordo com o princípio do corredor.

Os aquecedores de ar marcados como STD têm 5 números (5, 7, 8, 9, 14). Nos aquecedores STD4009V o refrigerante é vapor e nos STD3010G é água. A instalação do primeiro é realizada com orientação vertical dos tubos, a segunda - com orientação horizontal.

Tipo #3 – aquecedores bimetálicos com aletas

Em sistemas de aquecimento com ar aquecido, são frequentemente utilizados modelos de aquecedores bimetálicos KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 e 4 com um tipo especial de aletas - laminadas em espiral. O refrigerante para aquecedores KP3-SK, KP4-SK é água quente com pressão máxima de 1,2 MPa e temperatura máxima de 180⁰.

Para o funcionamento dos outros dois aquecedores de ar é necessário vapor com a mesma pressão de funcionamento dos primeiros, mas com temperatura um pouco superior - 190⁰. Os fabricantes devem realizar testes de aceitação. Os dispositivos também são testados quanto a vazamentos.

O trocador de calor do aquecedor de ar KSK é composto por tubos de aço e aletas de alumínio. Folhas de tubo conectam-nas

Existem 2 linhas de aquecedores de ar bimetálicos - KSK3, KPZ, que possuem 3 fileiras de tubos, são de tamanho médio, e KSK4, KP4 com 4 fileiras de tubos são modelos grandes. Os componentes desses dispositivos são elementos trocadores de calor bimetálicos, proteções laterais, grades tubulares e tampas com divisórias.

O elemento trocador de calor é composto por 2 tubos - um interno com diâmetro de 1,6 cm, feito de aço, e um externo de alumínio com aletas montadas. O espaçamento transversal entre os tubos de transferência de calor é de 4,15 cm e o espaçamento longitudinal é de 3,6 cm.

Regras para cálculos e seleção de uma unidade adequada

Ao projetar um sistema de aquecimento com um ou mais aquecedores, bem como ao realizar cálculos, uma série de regras devem ser seguidas. Vamos examiná-los com mais detalhes na seleção de fotos abaixo.

Cálculo do aquecedor de água

Para calcular a potência de um aquecedor de água ou vapor, são necessários os seguintes parâmetros iniciais:

1. Desempenho do sistema, ou seja, a quantidade de ar destilado por hora. A unidade de medida para vazão volumétrica é mᶾ/h, massa kg/h. Símbolo - L.
2. Temperatura inicial ou externa - tul.
3. A temperatura final do ar é tfin.
4. Densidade e capacidade térmica do ar a uma determinada temperatura - os dados são retirados de tabelas.

Primeiro, é calculada a área da seção transversal ao longo da frente do dispositivo de aquecimento de ar.Tendo aprendido este valor, as dimensões preliminares da unidade são obtidas com margem.

Para cálculo use a fórmula:

Af = Lρ/3600 (ϑρ),

Onde eu — fluxo volumétrico de ar ou produtividade em m³/h, ρ — densidade do ar exterior medida em kg/m³ ϑρ – velocidade mássica do ar na seção calculada, medida em kg/(cm²).

Tendo recebido este parâmetro, para cálculos posteriores eles tomam o tamanho típico do aquecedor, o mais próximo em tamanho. Se o valor final da área for grande, várias unidades idênticas são instaladas em paralelo, cuja área total é igual ao valor resultante.

Os calorificadores são chamados não apenas de dispositivos de troca de calor, mas também de refrigeradores de ar que operam à base de água fria, que são muito menos populares.

Para determinar a potência necessária para aquecer um volume específico de ar, você precisa descobrir o consumo total de ar aquecido em kg por 1 hora usando a fórmula:

G = Lxp,

Onde R - densidade do ar à temperatura média. É determinado somando as temperaturas de entrada e saída da unidade e depois dividindo por 2. Os indicadores de densidade são retirados da tabela.

Nesta tabela você pode obter dados sobre a densidade e capacidade térmica específica do ar a uma determinada temperatura para calcular a potência do dispositivo

Agora você pode calcular o consumo de calor para aquecimento do ar, para o qual é utilizada a seguinte fórmula:

Q (W) = G x c x (t final - t início),

Onde G — fluxo de massa de ar em kg/hora. A capacidade calorífica específica do ar, medida em J/(kg x K), também é levada em consideração no cálculo. Depende da temperatura do ar que entra, e seus valores estão na tabela acima. A temperatura na entrada e saída do aparelho é indicada não comece. E não con. respectivamente.

Digamos que precisamos selecionar um aquecedor com capacidade de 10.000 mᶾ/hora para que aqueça o ar a 20⁰ a uma temperatura externa de -30⁰. O refrigerante é água com temperatura na entrada da unidade de 95⁰ e 50⁰ na saída.

Fluxo de massa de ar: G = 10.000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13.180 kg/h.

Valor de densidade: ρ = (-30 + 20) = -10, ao dividir esse resultado pela metade, obtivemos -5. Na tabela selecionamos a densidade correspondente à temperatura média.

Substituindo o resultado obtido na fórmula, obtém-se o consumo de calor: Q = 13.180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185.435 W. Aqui 1013 é a capacidade de calor específico selecionada na tabela a uma temperatura de -30⁰ em J/(kg x K). Ao valor calculado da potência do aquecedor é adicionado de 10 a 15% da reserva.

A razão é que os parâmetros tabulados muitas vezes diferem dos reais para baixo, e o desempenho térmico da unidade, devido ao entupimento dos tubos, diminui com o tempo. Exceder o valor de reserva é indesejável.

Com um aumento significativo na superfície de aquecimento, pode ocorrer hipotermia e até degelo em geadas severas.

O refrigerante é fornecido ao aquecedor a vapor por cima e a água resultante da condensação do vapor de exaustão é descarregada por baixo. A foto mostra um diagrama da tubulação do aquecedor a vapor

A potência dos aquecedores a vapor é calculada da mesma forma que os aquecedores de água. Apenas a fórmula para calcular o refrigerante difere:

G=Q/r,

Onde R - calor específico liberado durante a condensação do vapor, medido em kJ/kg.

Cálculo do aquecedor elétrico

Os fabricantes em catálogos de aquecedores elétricos de ar costumam indicar a potência instalada e o fluxo de ar, o que simplifica muito a escolha.O principal é que os parâmetros não sejam inferiores aos indicados no passaporte, caso contrário irá falhar rapidamente.

O design do aquecedor inclui vários elementos de aquecimento elétrico especiais, cuja área é aumentada pressionando as aletas sobre eles.

A potência dos dispositivos pode ser muito grande, às vezes centenas de quilowatts. Até 3,5 kW, o aquecedor pode ser alimentado por uma tomada de 220 V, sendo que em tensões acima disso é necessário conectá-lo com um cabo separado diretamente no painel. Caso haja necessidade de utilização de aquecedor com potência superior a 7 kW, será necessária uma fonte de alimentação de 380 V.

Estes dispositivos são pequenos em tamanho e peso, são totalmente autónomos, não requerem necessariamente a presença de abastecimento centralizado de água quente ou vapor.

Uma desvantagem significativa é que a baixa potência é insuficiente para utilizá-los em grandes áreas. A segunda desvantagem é o alto consumo de energia.

Do cálculo do aquecedor conclui-se que o resultado da utilização do aparelho é uma notável economia de recursos energéticos. Às vezes esta unidade é combinada com um recuperador e então a entrada de ar não ocorre de fora, mas sim da sala

Para saber quanta corrente o aquecedor consome, você pode usar a fórmula:

Eu=P/U,

Onde P - poder, você - tensão de alimentação.

Com uma conexão monofásica do aquecedor, U é considerado igual a 220 V. Com uma conexão trifásica - 660 V.

A temperatura à qual um aquecedor de determinada potência aquece a massa de ar é determinada pela fórmula:

T =2,98 x P/L,

Onde eu - performance do sistema. Os valores ideais de potência do aquecedor para uma casa são de 1 a 5 kW e para escritórios - de 5 a 50 kW.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

A densidade do ar a ser tomada ao calcular é descrita neste vídeo:

Vídeo sobre como funciona um aquecedor em um sistema de aquecimento:

Ao escolher um tipo específico de aquecedor, deve-se partir de considerações de viabilidade e características operacionais da casa.

Para áreas pequenas, um aquecedor elétrico seria uma boa compra, mas para aquecer uma casa grande é melhor escolher outra opção. De qualquer forma, você não pode prescindir de um cálculo preliminar..

Você conhece bem a questão de escolher e calcular um aquecedor? Talvez você queira compartilhar recomendações úteis para a escolha de um aquecedor de ar ou apontar um erro ou imprecisão nos cálculos do material discutido acima? Deixe o seu comentário neste artigo - a sua opinião pode ser útil para quem está a escolher o aquecedor certo para a sua casa.