Calentador de agua eléctrico

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 3 de enero de 2020; las comprobaciones requieren 5 ediciones .

Calentador de agua eléctrico - un calentador de agua eléctrico , un dispositivo para calentar agua debido a la energía recibida de la red eléctrica ( efecto térmico de la corriente ) con el propósito de su uso posterior en fines tecnológicos , económicos, sanitarios e higiénicos o domésticos .

En muchos países europeos , los calentadores de agua eléctricos instalados individualmente en los apartamentos reemplazan el suministro de agua caliente centralizado que falta . En Rusia y los países de la CEI , los calentadores de agua eléctricos se utilizan generalmente en la construcción de viviendas individuales en ausencia de un suministro de gas centralizado , y también como fuente de respaldo de agua caliente durante los cierres preventivos de verano .

Las ventajas de los calentadores de agua eléctricos son la automatización del proceso de trabajo, la posibilidad de instalación en cualquier edificio (solo se requiere electrificación), seguridad contra explosiones, menor riesgo de incendio en comparación con los calentadores de agua a gas y combustibles sólidos, sin peligro de intoxicación por gas o combustión. productos Sin embargo, los calentadores de agua eléctricos, especialmente los calentadores de flujo, requieren líneas suficientemente potentes y la electricidad suele ser mucho más cara que el gas u otros combustibles.

Según el dispositivo, los calentadores de agua eléctricos se dividen en almacenamiento y flujo.

Calentadores de agua eléctricos acumulativos

El calentador de agua acumulativo (capacitivo) o caldera (del inglés boiler ) es un recipiente relativamente grande con una fuente de calor colocada dentro o, con menos frecuencia, debajo. Muy a menudo, el elemento calefactor actúa como una fuente de calor .

El tanque de calentamiento de agua está protegido desde el exterior por una capa de aislamiento térmico y una carcasa protectora. El espesor estándar es de 50 mm para recipientes pequeños (hasta unos 200 l), 100 mm para recipientes grandes. El aislamiento térmico se fabrica tradicionalmente con espuma rígida de poliuretano (dura) o gomaespuma (blanda, desmontable). En calentadores de agua de grandes volúmenes (a partir de 1000 l), el aislamiento térmico suele suministrarse separado del depósito, esto permite reducir las dimensiones del producto (para facilitar su transporte).

En el exterior, un panel de control está conectado al elemento calefactor, que necesariamente incluye control de temperatura. Este suele ser un termostato bimetálico . Rango de ajuste de temperatura en el termostato: 30 a 85 °C . Según el fabricante y el modelo, el rango permitido puede variar.

Calentadores de agua eléctricos del tipo cerrado (presión, alta presión)

Dichos calentadores de agua están constantemente conectados a la red de suministro de agua, el tanque interno está constantemente bajo su presión.

Una caldera de tipo cerrado se puede usar en un sistema de suministro de agua centralizado para varios puntos de agua, mientras que se permite usar accesorios de agua convencionales (mezcladores monomando y de dos válvulas) y mezcladores especiales para calentadores de agua de tipo abierto.

Para evitar daños en el tanque debido al aumento de presión resultante de la expansión del agua durante el calentamiento, se puede usar un tanque de expansión (tanque de expansión) o un grupo de seguridad compuesto por válvulas de seguridad, alivio y retención junto con la caldera, si es necesario, se complementa también con reductor de presión, manómetro, termomezclador. Cuando la presión sube por encima del valor nominal de la válvula de seguridad, la válvula accionada por resorte se abre y el exceso de agua se descarga en el alcantarillado. Se necesita una válvula de retención para evitar que el agua se drene en la línea de suministro y se sobrecaliente el elemento calefactor. El grupo de seguridad está ubicado en la tubería de suministro directamente en la entrada a la caldera.

El material para la fabricación de un tanque de calentamiento de agua puede ser: acero esmaltado ; acero inoxidable ; en casos raros, cobre y otros metales. Además del esmaltado, los tanques de acero usan protección catódica basada en un ánodo de sacrificio, generalmente magnesio o zinc , o un ánodo alimentado externamente, para evitar la corrosión.

Calentadores de agua eléctricos de tipo abierto (sin presión, baja presión)

Un calentador de agua de tipo abierto puede abastecer solo un punto de extracción y solo por medio de accesorios de extracción especiales (mezclador especial). El principio básico de funcionamiento de tales accesorios es cerrar el agua de la red bajo presión, no en la salida, sino en la entrada de la caldera. Esto permite que el contenedor se fabrique con materiales menos duraderos, generalmente de plástico. El grifo especial también funciona como un grupo de seguridad, drenando el exceso de agua en el fregadero a medida que se expande durante el calentamiento.

Las calderas de tipo abierto con un grupo de seguridad y un tanque de expansión no pueden funcionar: bajo una presión constante de agua fría, el tanque de calefacción se hinchará y explotará. Además, para tales calentadores de agua, a menudo el apagado se produce de acuerdo con la presión de entrada y no con la de salida. Por lo tanto, un grifo ordinario o un grifo instalado después del calentador de agua (¡lo cual está estrictamente prohibido por las instrucciones de instalación!) puede causar, si está cerrado, el funcionamiento continuo del calentador de agua sin flujo de agua, lo que puede crear una situación peligrosa.

El material para la fabricación de un tanque de calentamiento de agua puede ser: plástico , cobre .

Cómo funciona

Cuando se abre el grifo, el agua calentada en el tanque de calentamiento de agua ingresa a la red de suministro de agua, reemplazándose gradualmente en el tanque con agua fría. Cuando se agota el suministro de agua caliente y ya comienza a fluir agua fría del grifo, debe esperar hasta que la caldera se caliente nuevamente. La calefacción se enciende cuando el sensor de temperatura registra una temperatura en el tanque por debajo de la temperatura configurada, independientemente de la presencia o ausencia de toma de agua.

El concepto de "calentador de agua eléctrico sin presión" no significa en absoluto que el tanque pueda llenarse previamente y luego desconectarse del suministro de agua y consumir agua hasta que el tanque esté vacío. Al abrir el grifo, esta agua entra en la red de abastecimiento de agua, reponiéndose paulatinamente en el depósito por agua fría.

Para que se produzca la entrada de agua y que salga agua caliente del depósito, se debe suministrar agua fría al depósito a presión. En este caso, el tanque en sí estará completamente lleno de agua en cualquier momento. Si no hay presión en la entrada, el agua no podrá físicamente salir al exterior, ya que el tubo de salida de agua caliente (9) se abre en el punto más alto de la caldera (a pesar de que en el exterior del calentador, el la conexión de agua caliente se puede ubicar en cualquier lugar, incluso en el tanque inferior).

El agua fría, por el contrario, se suministra desde abajo, mientras que se instala un divisor (5) al final del accesorio, como resultado de lo cual el agua entrante parece "esparcirse" por el fondo del tanque. El elemento calefactor también se encuentra en la parte inferior. Como resultado, debido a la convección natural , la temperatura aumenta gradualmente a lo largo de la altura del tanque y el agua ya calentada no se mezcla con el agua fría.

Para los casos en que no haya un suministro constante de agua, se proporcionan calentadores de agua especiales sin aislamiento térmico. Un caso especial de tales tanques son las llamadas calderas eléctricas.

Cálculos

Es posible determinar el tiempo de calentamiento del agua en un calentador de agua de almacenamiento utilizando fórmulas físicas estándar para calcular la potencia como la tasa de cambio de energía:

$c={\frac{Q}{m\Delta T))$ , donde es la capacidad calorífica específica del agua, es igual a 4183 J kg −1 K −1 ; - la cantidad de calor recibido por la sustancia durante el calentamiento, J; - masa de agua calentada, kg (con buena precisión igual a su volumen en litros); - la diferencia entre las temperaturas final e inicial de la sustancia (T 2 - la temperatura del agua calentada, ° CT 1 - la temperatura inicial del agua fría, ° C). $C$ $q$ $metro$ $\Delta T=T_{2}-T_{1}$
$N={\frac {Q}{\tau}}$ , donde es la potencia calorífica, W; - el intervalo de tiempo durante el cual se produce el calentamiento, sec. $norte$ $\tau$
Para grandes volúmenes y baja potencia del elemento calefactor, así como en recipientes sin aislamiento térmico, el parámetro de pérdida de calor, expresado en kWh/día, puede ser importante. Este valor se indica en la documentación técnica del producto. Debe convertirse a unidades SI, es decir, W. (multiplicar por 1000/24 = 41.666…) y restar de la potencia eléctrica del elemento calefactor: , donde es la potencia del elemento calefactor, W; — pérdidas de calor del depósito de calentamiento de agua, kWh/día. Dado que en calentadores de agua domésticos con una capacidad de hasta 1000 litros, las pérdidas de calor no superan los 1,5 kWh / día. (62 W), las pérdidas de calor generalmente se desprecian. $N=~N_{completo}-~{\frac {1000}{24}}*Q_{c}$ ${\ Displaystyle N_ {completo}}$ $Q_{c}$

El cálculo final se ve así:

\tau ={\frac {cm(T_{2}-T_{1})}{N_{completo}-{\frac {1000*Q_{c}}{24}}}}

Esta fórmula universal puede brindar respuestas a preguntas comunes que surgen al seleccionar y operar calentadores de agua, tales como:

¿Cuánto tiempo se tarda en calentar el agua de la caldera a una temperatura determinada?
¿Qué potencia del elemento calefactor puede proporcionar la tasa de calentamiento requerida?
¿Qué volumen de tanque de calentamiento de agua se necesita para una provisión cómoda de las necesidades?

Para responder a esta pregunta, use la expresión derivada de la fórmula universal (ya que no se requiere agua hirviendo, sino agua diluida): donde los índices 1, 2 y 3 denotan agua fría, calentada en una caldera y mezclada, respectivamente.

{cm}_{2}(~T_{3}-~T_{2})+~{cm}_{1}(~T_{3}-~T_{1})=0

Cálculos del hogar

En casa, también puedes usar:

derivado de la fórmula descrita por la frase: 1 kW en 1 hora calienta 860 litros de agua por 1 K ;
por una fórmula empírica adaptada, según la cual el tiempo (en horas) requerido para el calentamiento completo del agua en el tanque de un calentador de agua de almacenamiento se determina de la siguiente manera: $t$ $t=0.00116{\frac{V(T_{2}-T_{1})}{W))$

donde está el volumen del tanque (l); - la temperatura del agua calentada (generalmente 60 ° C ); — temperatura inicial del agua fría; — potencia eléctrica del elemento calefactor (kW). $V$ $T_{2}$ $T_{1}$ $W$

El volumen requerido del tanque del calentador de agua (en litros) se puede estimar aproximadamente con base en la siguiente tabla:

lugar de aplicación	Número de personas en la familia
lugar de aplicación	una	2	3	cuatro	5
Lavado	5−10	quince	quince	treinta	treinta
Ducha	treinta	cincuenta	80	100	120
Lavado + ducha	cincuenta	80	100	120	150
Bañera	100	150	200	250	300

Beneficios

Cantidad casi ilimitada de agua caliente consumida por unidad de tiempo, es decir, la capacidad de alimentar cualquier cantidad de salidas de agua caliente desde un tanque. El número de puntos de agua atendidos al mismo tiempo está limitado únicamente por el rendimiento de la tubería.
Bajo consumo de energía (a partir de 0,5 kW); aunque el costo total de la electricidad es ligeramente más alto que el del flujo, porque se consume relativamente poca energía durante un tiempo mucho más largo y parte del calor se pierde durante la pérdida de calor.
Posibilidad de instalación en apartamentos con cableado eléctrico insuficientemente potente;
Requisitos menos estrictos para la automatización de protección.
La posibilidad de calentar el agua por la noche, cuando estén vigentes las tarifas preferenciales, con su posterior consumo durante el día. Sin embargo, esta opción automática, aunque presente en muchos calentadores de agua importados, no funciona con nuestras redes debido a un desajuste en la señal del código de inicio de la tarifa nocturna; por lo tanto, en Rusia, la calefacción a la tarifa nocturna es posible en su mayor parte solo "en modo manual".
Ausencia de picos de carga en la red eléctrica, consumo de energía uniforme durante mucho tiempo.
A diferencia del flujo, funciona incluso a baja presión en el suministro de agua.

Desventajas

Recurso limitado de agua caliente;
La necesidad de colocar un tanque voluminoso;
La necesidad de conectarse a una alcantarilla u otra fuente para la descarga de agua;
Imposibilidad de suministro instantáneo de agua caliente;
Pérdidas de energía térmica durante el período de espera para el calentamiento del tanque, así como después del calentamiento del agua, si se retrasa su consumo;
La necesidad de comprobar periódicamente el estado del ánodo y la descalcificación.

Calentadores de agua eléctricos instantáneos

En los calentadores de agua instantáneos (coloquialmente "flores"), el tamaño del tanque se reduce mucho, por lo que el tanque de calentamiento es un tubo estrecho. Esto conduce a un calentamiento rápido del agua mientras fluye a través del tanque de calentamiento.

Dichos calentadores de agua tienen una potencia notablemente mayor, por lo que solo para ducharse necesita una potencia de al menos 6-8 kW, y para un suministro completo de agua caliente a un edificio residencial individual: 15-20 kW. Sin embargo, una mayor potencia no significa un mayor consumo de electricidad, ya que un calentador de agua de este tipo funciona durante un tiempo relativamente corto, ya que no necesita calentar todo el tanque. El peligro de un consumo excesivo de energía surge solo si el consumidor trata el consumo de agua caliente con descuido, sin cerrar el grifo en los momentos en que no se necesita directamente.

Se puede utilizar un elemento calefactor o una bobina no aislada como elemento calefactor. Las ventajas de una espiral sin aislamiento incluyen, en primer lugar, la imposibilidad de depositar sales de dureza en ella debido al hecho de que tiembla durante el calentamiento, lo que evita que se depositen las partículas de cal. La principal desventaja es la alta sensibilidad a las bolsas de aire, por lo que es recomendable complementar los modelos en espiral (en ausencia de una protección incorporada) contra el funcionamiento en seco.

Variedades

Hay calentadores de agua instantáneos de tipo cerrado (presión) y abierto (sin presión) . El significado de estos términos es el mismo que para los modelos capacitivos. Los pasajes de flujo de tipo cerrado pueden suministrar varios puntos de extracción, mientras que no se requiere un tanque de expansión y un grupo de seguridad. Los flujos continuos de tipo abierto pueden suministrar agua caliente a un solo punto de extracción utilizando un mezclador especial.

A pesar de que las flores de tipo cerrado pueden funcionar con mezcladores convencionales de cualquier diseño, todavía se recomienda sacar agua usando solo un grifo de agua caliente de un mezclador de dos válvulas, ya que esto ayuda, en primer lugar, a ahorrar energía (hay no hay adición de agua fría y, por lo tanto, un calentamiento injustificado), y en segundo lugar, evita un flujo demasiado pequeño a través del calentador de agua (todo el flujo pasa por el calentador de agua, no parte de él). Cuando se usa un mezclador monomando, siempre hay algo de flujo que pasa al caño del grifo a través de una tubería fría, es decir, desviando el flujo.

Los modelos de calentadores de agua instantáneos con control hidráulico suelen tener varios niveles de potencia manual. El control de temperatura en cada etapa en dichos modelos se lleva a cabo cambiando el flujo de agua.

Los modelos con control electrónico tienen un termostato que cambia la potencia de calefacción en función del caudal y la temperatura del agua entrante. Si el flujo es demasiado grande para alcanzar la temperatura establecida, algunos modelos electrónicos simplemente funcionan a plena capacidad y, en ocasiones, informan la temperatura real. Otros comienzan a limitar el flujo a un valor tal que el agua aún pueda calentarse a la temperatura establecida (esta opción está presente solo en modelos trifásicos).

El elemento calefactor se enciende en el momento de la extracción de agua según las señales de los sensores de flujo ("el agua fluye a través del tubo con el elemento calefactor") y la temperatura ("el agua que fluye está fría, la temperatura está por debajo del temperatura establecida"). El elemento calefactor se apaga inmediatamente después del final de la extracción o en caso de sobrecalentamiento.

Los calentadores de agua eléctricos instantáneos están disponibles en opciones de alimentación monofásica (220 V) y trifásica (380 V). Un calentador de agua para red monofásica tiene una potencia pequeña, no superior a 10 kW, debido a las restricciones de carga máxima en la red. Si la instalación de calentamiento de agua está diseñada para conectarse a una red trifásica, su potencia puede alcanzar los 12-30 kW.

Debe recordarse que los estándares de voltaje en Rusia [1] y los países de la CEI son algo diferentes de los estándares europeos, por lo que la potencia indicada en los equipos importados debe ajustarse en consecuencia, solo después de eso puede tener una idea del potencia real del dispositivo. Por ejemplo, un calefactor con una potencia nominal de 10 kW, diseñado para una tensión de red de 230 V, que es estándar en la mayoría de los países de la UE, cuando se conecta a una red rusa de 220 V, producirá una potencia de 10 × (220/230 )²≈9,15 kW, es decir, un 8,5% menos que el nominal.