Explicación de los calentadores eléctricos de conductos
Publicado por Adelle Webber con
¿Qué le pasa a sus calefactores eléctricos de conductos de aire?
The need for precise temperature control or auxiliary heating is a typical application, but not all
Todo lo eléctrico está causando problemas con La tambaleante red eléctrica estadounidense. Este invierno, cada vez son más los propietarios de viviendas que recurren a calefactores eléctricos como complemento de las bombas de calor. Garantizar que los sistemas de calefacción eléctrica domésticos y comerciales sean seguros y eficientes es hoy más importante que nunca.
Según Los calefactores fijos o portátiles de la NFPA son la principal causa de incendios en los hogarespero la calefacción central sigue siendo responsable del 12% de los incendios y del 7% de los daños materiales. Se calcula que cada año se producen una media de 44.210 incendios estructurales en viviendas, 1.370 heridos civiles, 480 muertos y 1.000 millones de dólares en daños materiales directos debido a incendios de equipos de calefacción.
Los calefactores eléctricos de conductos son una fuente oculta de calor que puede contribuir a las estadísticas.
Tipos de calefactores eléctricos de conductos.
Existen cuatro tipos principales de elementos calefactores utilizados en aplicaciones de calefacción de conductos.
- Llama abierta
- Alambre resistivo
- Tubular
- Intercambiador de calor de aletas o de matriz
Cada uno de estos tipos tiene numerosas variaciones para favorecer la transferencia eficaz de calor a la corriente de aire. La mayoría tienen múltiples circuitos resistivos conectados en paralelo para producir calor de manera uniforme en toda la superficie del intercambiador de calor.
Para controlar la temperatura del flujo de aire, se necesitan sensores y controladores que supervisen la temperatura deseada y el flujo de electricidad/corriente a los elementos calefactores. El sistema necesita un sensor que detecte cuándo no hay flujo de aire y apague los elementos calefactores para evitar el sobrecalentamiento.
Aplicaciones de las resistencias eléctricas para conductos
- Precalentadores y postcalentadores para sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado con recuperación de calor (edificios de bajo consumo energético)
- Calefactores para armarios
- Secadores de aire y deshumidificadores
- Sistemas de calefacción ferroviaria
- Calefactor del habitáculo para vehículos especiales
- Calefactores de bañera
Cuatro cosas a tener en cuenta sobre los calefactores eléctricos de conductos.
- La seguridad de los calefactores eléctricos de conductos debe ser una preocupación.
- La densidad de vatios distribuida y la transferencia de calor eficiente ahorran electricidad
- Caudal de aire o caída de presión
- Facilidad de mantenimiento
La seguridad es una preocupación primordial en los calefactores eléctricos de conductos.
Los calefactores eléctricos de conducto se colocan dentro de los conductos de flujo de aire, fuera de la vista y de la mente, a menos que se realice un programa de mantenimiento preventivo. La ubicación y la falta de apariencia visual contribuyen a posibles problemas de seguridad.
Los conductos de aire suelen tener algún tipo de filtro para atrapar el polvo y los residuos que se acumulan en su interior. Los filtros de aire también deben someterse a un programa de mantenimiento preventivo, pero a menudo no es así. La acumulación de polvo en la superficie del filtro puede restringir el flujo de aire. Los filtros agrietados o rotos pueden dejar que el polvo se deposite en el interior de los conductos o en los propios calefactores eléctricos.
Cualquiera de estas condiciones puede crear un riesgo potencial de incendio por contacto con calentadores resistivos abiertos.
Los cables eléctricos resistivos han sido durante mucho tiempo el recurso barato para la calefacción resistiva en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado domésticos y comerciales. Lamentablemente, para producir calor, la resistencia a la corriente en el cable produce un filamento incandescente que puede quemar partículas de polvo y crear un incendio en presencia de una acumulación de polvo.
Los elementos calefactores eléctricos más modernos están envueltos en una cubierta protectora que impide que entren en contacto con polvo u otros materiales inflamables. Los más seguros de estos tipos de elementos calefactores son los PTC, dispositivos de coeficiente positivo de temperatura. No se produce combustión en la creación de calor, y no hay potencial de ignición de materiales inflamables.
Los elementos calefactores PTC tampoco se calientan por encima de una temperatura establecida, lo que evita el sobrecalentamiento de los elementos y los daños a los materiales circundantes. Más información sobre la evolución de los calentadores PTC.
Aislado eléctricamente
Los calentadores de aire deben aislarse eléctricamente de los materiales circundantes y del contacto humano. Los calentadores más potentes tienen tensiones más altas, de hasta 600 V CA. Todos los elementos calefactores de 24 voltios hasta el máximo disponible deben aislarse eléctricamente.
Transferencia de calor y densidad de vatios
Muchos hogares y sistemas comerciales de calefacción suplementaria podrían ser más eficientes. Los cables de resistencia enrollados a lo largo del flujo de aire dentro de un conducto transfieren calor al aire que pasa por encima de los elementos de forma ineficiente.
Los calentadores tubulares se utilizan porque los tubos pueden doblarse para mejorar la transferencia de calor al aire que pasa. Aunque son mejores y más seguros que los cables de resistencia, siguen sin ser una forma eficaz de transferir calor al aire que pasa por el conducto.
Las estructuras de transferencia de calor, como las aletas o las matrices de aluminio, en las que el aire fluye a través de una sección transversal de una superficie calentada, son mucho más eficaces. Los elementos calefactores se incrustan en estas configuraciones de transferencia de calor para que el calor se distribuya uniformemente por toda la superficie.
Los dispositivos de estado sólido más pequeños, como los elementos calefactores PTC, tienen una alta densidad de vatios para su tamaño y suelen montarse en varias ubicaciones para conseguir una transferencia de calor eficaz.
Cuanto más eficaz sea la transferencia de calor del elemento calefactor a la superficie de la configuración de transferencia de calor, mejor será la transferencia de calor al aire que fluye a través del conjunto.
Teoría eléctrica de los elementos y conexiones PTC
El calor se genera cuando la corriente encuentra resistencia en un circuito eléctrico. En los circuitos de calefacción, la tensión es constante y la cantidad de calor generado depende de la resistencia al flujo de corriente. La mayoría de los elementos calefactores tienen una resistencia fija y, a menos que se varíe la tensión, la corriente permanecerá constante, al igual que el calor producido por el circuito.
Se añade o resta resistencia al circuito para variar el calor producido, o se modifica o corta la tensión. Para que este tipo de circuito funcione, debe haber un sensor de temperatura y un controlador. El sensor de temperatura detecta la temperatura de los elementos o del aire de salida de un sistema de conductos y controla la tensión de entrada.
Más información sobre los elementos calefactores PTC y su funcionamiento.
Es importante entender los circuitos en serie o en paralelo para la calefacción
Para la calefacción por conductos se utilizan circuitos en serie y en paralelo. Cada tipo de circuito requiere sensores y controles similares, pero la corriente y la potencia de salida pueden variar considerablemente.
Un circuito en serie tiene corriente fluyendo a través de la resistencia a lo largo de un camino independientemente del circuito AC/DC. El camino puede tener múltiples resistencias para crear calor, pero la resistencia total es constante e igual a la resistencia individual sumada.
Si se conectan en serie 3 elementos calefactores resistivos de 150 ohmios, la resistencia total es de 450 ohmios. En esta configuración, la corriente se basa constantemente en la ley de ohmios o en la fórmula E = IR o I = E/R. Si la tensión es de 240 V y la resistencia es de 450 ohmios, la corriente será de 240/450 = 0,533 amperios.
Si sólo existe un elemento de 150 ohmios, la corriente será de 240/150 = 1,6 amperios.
Una resistencia de 15 ohmios consumirá 16 amperios.
Las resistencias conectadas en paralelo reaccionan de forma muy diferente a la corriente. La resistencia total de los elementos conectados en paralelo es menor que la de cualquier resistencia individual del circuito.
1/RT= 1/R2 + 1/R2 + 1/R2 | 1/150 = 0.0066 | 1/RT = 0,02 para una resistencia total de 50 ohmios.
La corriente en el circuito paralelo es de 240/50 = 4,8 amperios.
¿Cuál es la diferencia entre los dos circuitos? La potencia de salida.
La potencia de salida en el primer circuito en serie es P = E x I o 240 V X 1,6 amperios = 384 vatios.
La potencia = 240 V x 4,8 amperios = 1.152 vatios en el circuito paralelo.
Más vatios = más potencia calorífica.
Más información sobre la producción y transferencia de calor en los calentadores tubulares.
¿Qué tiene que ver la densidad de vatios con los calefactores eléctricos resistivos?
Watt density is usually expressed in watts per square inch of surface area. The higher the watt density, the more heat is produced per square in
Dependiendo del tipo de elemento calefactor, las densidades de vatios más elevadas pueden acortar la vida útil del elemento calefactor al producir demasiado calor y deteriorar el elemento calefactor con el tiempo, acortando su vida útil. Los distintos tipos de metales utilizados en los elementos calefactores pueden producir y soportar mayores densidades de vatios.
Los elementos calefactores PTC de estado sólido producen altas densidades de vatios con poco o ningún deterioro con el paso del tiempo. Su tamaño compacto contribuye a las altas densidades de vatios por pulgada cuadrada. Estos microdispositivos calefactores están incrustados en medios de transferencia de calor, como aletas de aluminio o estructuras de panal, que transfieren la energía térmica al aire que pasa a través de ellos.
Como los elementos PTC son diminutos, varios elementos equilibran el calor a través de una serie de aletas o estructuras de panal. Un solo punto de calor no distribuiría el calor de forma eficiente ni uniforme en la gran superficie necesaria dentro de un conducto de calefacción.
Un elemento calefactor típico colocado en el interior de un conducto puede tener seis o más elementos calefactores PTC conectados en paralelo. Preguntas frecuentes sobre calentadores de aire.
Lo que no aprenderás de las fórmulas de calentamiento eléctrico resistivo.
La dinámica de los circuitos eléctricos puede ser más de lo que parece con las fórmulas.
Si falla una resistencia cuando hay varias conectadas en serie, el circuito se interrumpe y ninguno de los elementos calefactores funcionará.
Si falla una resistencia cuando hay varias conectadas en paralelo, el resto de elementos seguirán funcionando y suministrando calor.
Si una resistencia conectada en paralelo tiene un valor en ohmios inferior al de las demás, transportará más corriente y creará potencialmente un punto más caliente que los demás. Esto puede causar un calentamiento desigual o incluso dañar el calentador resistivo.
Los elementos calefactores PTC conectados en paralelo ajustan dinámicamente la corriente y equilibran la salida de calor. Como cada elemento calefactor resiste y la corriente cambia con la temperatura, los elementos equilibrarán continuamente la carga de corriente y la salida de densidad de vatios del calefactor.
Resistencia del aire y caída de presión debida a los elementos calefactores
Un reto de la calefacción eléctrica por conductos es la transferencia eficaz de calor con una baja caída de presión del aire. El diseño debe permitir el máximo flujo de aire y la máxima transferencia de calor.
Los calefactores tubulares y de hilo eléctrico resistivo ofrecen poca resistencia al flujo de aire, pero sus características de transferencia de calor son deficientes. Las estructuras de aletas de aluminio y de nido de abeja ofrecen una excelente transferencia de calor, pero una mayor resistencia al flujo de aire. Esto es especialmente cierto si se permite que el polvo y otras partículas se acumulen en la matriz aleteada.
Es esencial comprender y diseñar para obtener la menor caída de presión y la mejor transferencia de calor a través de la superficie del elemento calefactor. Talk with a experienced thermal en si tiene preguntas sobre su solicitud.
Facilidad de mantenimiento
Los elementos calefactores de estado sólido PTC modernos son duraderos y requieren poco o ningún mantenimiento. Sin embargo, cuando se utilizan en aplicaciones de conductos o precalentamiento en las que puede haber polvo y suciedad en la corriente de aire, se recomienda una limpieza periódica.
Los calentadores PTC se intercalan entre aletas de aluminio en un intercambiador de calor de conducto de aire típico. El módulo calefactor puede desmontarse fácilmente para su limpieza e inspección periódicas. Los sistemas más sofisticados pueden utilizar instrumentación de flujo de aire para identificar los cambios en el flujo de aire que requieren la inspección de los elementos calefactores o el cambio de los filtros de aire.
Revise la hoja de especificaciones PTC típica o todos para obtener ayuda.
Calentador de aire PTC aislado.
Llame para hablar con un ingeniero de gestión térmica.