Este artigo descreve como fazer você mesmo um gerador de calor.

O princípio de funcionamento de um gerador de calor estático e os resultados de sua pesquisa são descritos detalhadamente. São fornecidas recomendações para seu cálculo e seleção de componentes.

A ideia de criação

O que fazer se você não tiver dinheiro suficiente para comprar um gerador de calor? Como fazer você mesmo? Eu vou te contar sobre experiência própria nesse caso.

Tivemos a ideia de fazer o nosso próprio gerador de calor depois de conhecer vários tipos de geradores de calor. Seus designs pareciam bastante simples, mas não totalmente pensados.

Existem dois designs conhecidos de tais dispositivos: rotativo e estático. No primeiro caso, um rotor é usado para criar a cavitação, como você pode imaginar pelo nome; no segundo, o elemento principal do dispositivo é um bico; Para escolher uma das opções de design, vamos comparar os dois designs.

Gerador de calor rotativo

O que é um gerador de calor rotativo? Em essência, é um pouco modificado bomba centrífuga, Ou seja, existe uma carcaça da bomba (que em nesse casoé um estator) com tubos de entrada e saída, e uma câmara de trabalho, dentro da qual existe um rotor que atua como impulsor. A principal diferença de uma bomba convencional é o rotor. Existem muitos designs de rotores geradores de calor de vórtice e, é claro, não descreveremos todos eles. O mais simples deles é um disco, em cuja superfície cilíndrica são feitos muitos furos cegos de determinada profundidade e diâmetro. Esses buracos são chamados de células de Griggs, em homenagem ao inventor americano que foi o primeiro a testar um gerador de calor rotativo com esse projeto. O número e as dimensões dessas células são determinados com base no tamanho do disco do rotor e na velocidade de rotação do motor elétrico que o faz girar. O estator (também conhecido como carcaça do gerador de calor), via de regra, é feito na forma de um cilindro oco, ou seja, um tubo conectado em ambos os lados com flanges. Neste caso, a folga entre a parede interna do estator e o rotor é muito pequena e equivale a 1...1,5 mm.

É no espaço entre o rotor e o estator que a água é aquecida. Isto é facilitado pelo seu atrito na superfície do estator e do rotor, durante a rápida rotação deste último. E, claro, os processos de cavitação e a turbulência da água nas células do rotor desempenham um papel significativo no aquecimento da água. A velocidade de rotação do rotor é geralmente de 3.000 rpm com diâmetro de 300 mm. À medida que o diâmetro do rotor diminui, é necessário aumentar a velocidade de rotação.

Não é difícil adivinhar que, apesar de sua simplicidade, tal projeto requer uma precisão de fabricação bastante elevada. E é óbvio que será necessário balancear o rotor. Além disso, temos que resolver a questão da vedação do eixo do rotor. Naturalmente, os elementos de vedação requerem substituição regular.

Do exposto conclui-se que o recurso de tais instalações não é tão grande. Além de tudo o mais, o funcionamento dos geradores de calor rotativos é acompanhado de aumento de ruído. Embora tenham produtividade 20-30% maior em comparação com geradores de calor estáticos. Os geradores de calor rotativos são ainda capazes de produzir vapor. Mas isso é uma vantagem para uma vida útil curta (em comparação com modelos estáticos)?

Gerador de calor estático

O segundo tipo de gerador de calor é denominado estático. Isto se deve à ausência de peças rotativas no projeto do cavitador. Para criar processos de cavitação eles são usados tipos diferentes fungou. O mais comumente usado é o chamado bocal Laval

Para que ocorra a cavitação, é necessário garantir uma alta velocidade de movimento do fluido no cavitador. Para isso, é utilizada uma bomba centrífuga convencional. A bomba aumenta a pressão do líquido na frente do bico, ela corre para a abertura do bico, que tem uma seção transversal significativamente menor que a tubulação de abastecimento, o que garante alta velocidade na saída do bico. Devido à forte expansão do líquido na saída do bico, ocorre cavitação. Isso também é facilitado pelo atrito do líquido na superfície do canal do bico e pela turbulência da água que ocorre quando o jato sai repentinamente do bico. Ou seja, a água é aquecida pelos mesmos motivos que em um gerador de calor rotativo, mas com eficiência um pouco menor.

O projeto de um gerador de calor estático não requer fabricação de peças de alta precisão. Restauração mecânica na fabricação dessas peças é reduzido ao mínimo em comparação com o projeto do rotor. Devido à ausência de peças rotativas, o problema de vedação das unidades e peças correspondentes é facilmente resolvido. O equilíbrio também não é necessário. A vida útil do cavitador é significativamente maior (garantia de 5 anos). Mesmo que o bico chegue ao fim de sua vida útil, sua fabricação e substituição exigirão custos de material significativamente mais baixos (o gerador de calor rotativo nesse caso terá essencialmente). ser fabricado novamente).

Talvez a desvantagem mais importante de um gerador de calor estático seja o custo da bomba. Porém, o custo de fabricação de um gerador de calor deste projeto praticamente não difere de versão rotativa, e se lembrarmos da vida útil de ambas as instalações, essa desvantagem se tornará uma vantagem, pois se o cavitador for trocado, a bomba não precisará ser trocada.

Assim, optaremos por um gerador de calor de desenho estático, até porque já temos uma bomba e não teremos que gastar dinheiro na sua compra.

Fabricação de gerador de calor

Seleção de bomba

Vamos começar escolhendo uma bomba para o gerador de calor. Para fazer isso, vamos determinar seus parâmetros operacionais. Se esta bomba é uma bomba de circulação ou uma bomba de aumento de pressão, não tem importância fundamental. Na foto da Figura 6 é utilizada uma bomba de circulação com rotor seco Grundfos. O que importa é a pressão operacional, o desempenho da bomba, o máximo temperatura permitida líquido bombeado.

Nem todas as bombas podem ser usadas para bombear líquidos Temperatura alta. E, se você não prestar atenção a este parâmetro na hora de escolher uma bomba, sua vida útil será bem menor que a declarada pelo fabricante.

A eficiência do gerador de calor dependerá da quantidade de pressão desenvolvida pela bomba. Aqueles. quanto maior a pressão, maior será a queda de pressão proporcionada pelo bico. Como resultado, mais eficiente será o aquecimento do líquido bombeado através do cavitador. No entanto, você não deve perseguir os números máximos em especificações técnicas bombas Já com uma pressão na tubulação em frente ao bico igual a 4 atm, será perceptível um aumento na temperatura da água, embora não tão rápido quanto com uma pressão de 12 atm.

O desempenho da bomba (o volume de líquido que bombeia) praticamente não tem efeito na eficiência do aquecimento de água. Isso se deve ao fato de que para garantir uma queda de pressão no bico, tornamos sua seção transversal significativamente menor que o diâmetro nominal da tubulação do circuito e dos bicos da bomba. A vazão do líquido bombeado através do cavitador não excederá 3...5 m3/h, porque Todas as bombas podem fornecer a pressão mais alta apenas com a vazão mais baixa.

A potência da bomba de trabalho do gerador de calor determinará o coeficiente de conversão energia elétrica para térmico. Leia mais sobre o fator de conversão de energia e seu cálculo abaixo.

Ao escolher uma bomba para o nosso gerador de calor, contamos com a nossa experiência com instalações Warmbotruff (este gerador de calor está descrito no artigo sobre a eco-casa). Sabíamos que o gerador de calor que instalamos utilizava uma bomba WILO IL 40/170-5.5/2 (ver Fig. 6). Esta é uma bomba de circulação de rotor seco em linha com potência de 5,5 kW, pressão máxima de operação de 16 atm, proporcionando uma altura manométrica máxima de 41 m (ou seja, fornece uma queda de pressão de 4 atm). Bombas semelhantes são produzidas por outros fabricantes. Por exemplo, a Grundfos produz um análogo dessa bomba - este é o modelo TP 40-470/2.

Figura 6 - Bomba de funcionamento do gerador de calor “Warbotruff 5.5A”

E ainda assim, tendo comparado as características de desempenho desta bomba com outros modelos produzidos pelo mesmo fabricante, escolhemos a bomba centrífuga multiestágio de alta pressão MVI 1608-06/PN 16. Esta bomba fornece mais que o dobro da pressão, com o mesmo motor potência, embora custe quase 300 € a mais.

Disponível atualmente grande oportunidade economize dinheiro usando o equivalente chinês. Afinal, os fabricantes chineses de bombas estão constantemente melhorando a qualidade das falsificações em todo o mundo. marcas famosas e expandir o alcance. O custo dos “grundfos” chineses é muitas vezes várias vezes inferior, enquanto a qualidade nem sempre é tão pior e, por vezes, não é muito inferior.

Desenvolvimento e produção de cavitador

O que é um cavitador? Existe Grande quantidade desenhos de cavitadores estáticos (você pode verificar isso na Internet), mas em quase todos os casos são feitos em forma de bico. Via de regra, o bico Laval é tomado como base e modificado pelo projetista. O bico Laval clássico é mostrado na Fig. 7.

A primeira coisa que você deve prestar atenção é a seção transversal do canal entre o difusor e o confusor.

Não estreite muito sua seção transversal, tentando garantir a máxima queda de pressão. É claro que quando a água sai de um pequeno orifício transversal e entra na câmara de expansão, será alcançado o maior grau de rarefação e, consequentemente, uma cavitação mais ativa. Aqueles. A água aquecerá até uma temperatura mais alta em uma passagem pelo bico. Porém, o volume de água bombeado através do bocal será muito pequeno e, misturando-se com água fria, não transferirá calor suficiente para ele. Assim, o volume total de água aquecerá lentamente. Além disso, a pequena seção transversal do canal contribuirá para a ventilação da água que entra no tubo de entrada da bomba em funcionamento. Como resultado, a bomba funcionará de forma mais ruidosa e poderá ocorrer cavitação na própria bomba, fenômenos já indesejáveis. Por que isso acontece ficará claro quando considerarmos o projeto do circuito hidrodinâmico do gerador de calor.

O melhor desempenho é alcançado com um diâmetro de abertura do canal de 8 a 15 mm. Além disso, a eficiência do aquecimento também dependerá da configuração da câmara de expansão do bico. Então passamos para o segundo ponto importante no desenho do bico - câmara de expansão.

Qual perfil você deve escolher? Além disso, isso não é tudo opções possíveis perfis de bicos. Portanto, para determinar o desenho dos bicos, decidimos recorrer à modelagem matemática do fluxo de fluido nos mesmos. Apresentarei alguns resultados da modelagem dos bicos mostrados na Fig. 8.

As figuras mostram que esses designs de bicos permitem o aquecimento por cavitação dos líquidos bombeados através deles. Eles mostram que quando o líquido flui, zonas de alta e pressão baixa, que provocam a formação de cavidades e seu posterior colapso.

Como pode ser visto na Figura 8, o perfil do bico pode ser muito diferente. A opção a) é essencialmente um perfil de bico Laval clássico. Usando esse perfil, é possível variar o ângulo de abertura da câmara de expansão, alterando assim as características do cavitador. Normalmente o valor está na faixa de 12 a 30°. Como pode ser visto no diagrama de velocidade da Fig. 9 tal bico fornece a maior velocidade de movimento do fluido. No entanto, um bico com tal perfil proporciona a menor queda de pressão (ver Fig. 10). A maior turbulência será observada já na saída do bocal (ver Fig. 11).

Obviamente, a opção b) criará vácuo de forma mais eficaz quando o líquido fluir para fora do canal que conecta a câmara de expansão à câmara de compressão (ver Fig. 9). A velocidade do fluxo de líquido através deste bocal será a menor, como evidenciado pelo diagrama de velocidade mostrado na Fig. 10. A turbulência resultante da passagem do líquido pelo bico da segunda opção, na minha opinião, é a mais ideal para o aquecimento de água. O aparecimento de um vórtice no fluxo começa já na entrada do canal intermediário, e na saída do bocal começa a segunda onda de formação de vórtices (ver Fig. 11). Porém, tal bico é um pouco mais difícil de fabricar, porque você terá que moer um hemisfério.

O bocal de perfil c) é uma versão anterior simplificada. Era de se esperar que as duas últimas opções tivessem características semelhantes. Mas o diagrama de mudança de pressão mostrado na Fig. 9 indica que a diferença será a maior das três opções. A velocidade do fluxo do fluido será maior que na segunda versão do bico e menor que na primeira (ver Fig. 10). A turbulência que ocorre quando a água passa por este bico é comparável à segunda opção, mas a formação de um vórtice ocorre de forma diferente (ver Fig. 11).

Dei como exemplo apenas os perfis de bicos mais fáceis de fabricar. Todas as três opções podem ser usadas ao projetar um gerador de calor e não se pode dizer que uma das opções esteja correta e as outras não. Você mesmo pode experimentar diferentes perfis de bicos. Para fazer isso, não é necessário fabricá-los imediatamente em metal e realizar um experimento real. Isto nem sempre é justificado. Primeiro, você pode analisar o bico que inventou em qualquer um dos programas que simulam o movimento de fluidos. Usei o aplicativo COSMOSFloWorks para analisar os bicos mostrados acima. Versão simplificada desta aplicação faz parte do sistema de projeto auxiliado por computador SolidWorks.

No experimento para criar nosso próprio modelo de gerador de calor, usamos uma combinação de bicos simples (ver Fig. 12).

Existem soluções de design muito mais sofisticadas, mas não vejo sentido em apresentar todas elas. Se você estiver realmente interessado neste tópico, poderá encontrar outros designs de cavitadores na Internet.

Fabricação de um circuito hidrodinâmico

Depois de decidido o desenho do bico, passamos para a próxima etapa: a fabricação do circuito hidrodinâmico. Para fazer isso, você deve primeiro esboçar um diagrama de circuito. Tornamos isso muito simples desenhando um diagrama no chão com giz (ver Fig. 13)

1. Manômetro na saída do bico (mede a pressão na saída do bico).
2. Termômetro (mede a temperatura na entrada do sistema).
3. Válvula de ventilação de ar (remove bloqueio de ar do sistema).
4. Tubo de saída com torneira.
5. Manga do termômetro.
6. Duto de entrada com torneira.
7. Manga para termômetro na entrada.
8. Manômetro na entrada do bico (mede a pressão na entrada do sistema).

Agora descreverei o projeto do circuito. É uma tubulação cuja entrada está conectada à saída da bomba e a saída à entrada. Nesta tubulação é soldado um bico 9, tubos para conexão de manômetros 8 (antes e depois do bico), mangas para instalação de termômetro 7,5 (não soldamos roscas para as mangas, apenas as soldamos), um encaixe para o ar válvula de ventilação 3 (usamos um Sharkran comum, acessórios para a válvula de controle e acessórios para conexão do circuito de aquecimento.

No diagrama que desenhei, a água se move no sentido anti-horário. A água é fornecida ao circuito através do tubo inferior (sharkran com volante vermelho e válvula de retenção), e dele a água é dispensada, respectivamente, pelo superior (sharkran com volante vermelho). A diferença de pressão é regulada por uma válvula localizada entre os tubos de entrada e saída. Na foto fig. 13 é mostrado apenas no diagrama e não fica ao lado de sua designação, porque já o aparafusamos nos cabos, tendo previamente enrolado o selo (ver Fig. 14).

Para fazer o circuito pegamos um tubo DN 50, pois... Os tubos de ligação da bomba têm o mesmo diâmetro. Neste caso, as tubulações de entrada e saída do circuito ao qual está conectado circuito de aquecimento, fizemos isso a partir de um tubo DN 20 Você pode ver o que obtivemos no final na Fig. 15.

A foto mostra uma bomba com motor de 1 kW. Posteriormente, substituímo-la pela bomba de 5,5 kW descrita acima.

A vista, claro, não era das mais agradáveis ​​​​esteticamente, mas não nos propusemos tal tarefa. Talvez um dos leitores pergunte por que tais dimensões do contorno, porque é possível diminuí-lo? Pretendemos dispersar um pouco a água devido ao comprimento do tubo na frente do bico. Se você pesquisar na Internet, provavelmente encontrará imagens e diagramas dos primeiros modelos de geradores de calor. Quase todos funcionaram sem bicos. O efeito de aquecimento do líquido foi conseguido acelerando-o a velocidades bastante elevadas. Para isso foram utilizados cilindros pequena altura Com entrada tangencial E saída coaxial.

Não usamos esse método para acelerar a água, mas decidimos tornar nosso projeto o mais simples possível. Embora tenhamos ideias sobre como acelerar o fluido com este projeto de circuito, falaremos mais sobre isso mais tarde.

Na foto, o manômetro na frente do bico e o adaptador com luva para o termômetro, que fica montado na frente do hidrômetro, ainda não foram aparafusados ​​​​(naquela época ainda não estava pronto). Resta instalar os elementos que faltam e passar para a próxima etapa.

Iniciando o gerador de calor

Acho que não adianta falar sobre como conectar o motor da bomba e o radiador de aquecimento. Embora não tenhamos abordado a questão de conectar o motor elétrico de uma forma totalmente padronizada. Como em casa normalmente se utiliza rede monofásica e as bombas industriais são produzidas com motor trifásico, decidimos usar um conversor de frequência , desenhado para rede monofásica. Isso também possibilitou aumentar a velocidade de rotação da bomba acima de 3.000 rpm. e então encontre a frequência de rotação ressonante da bomba.

Para parametrizar o conversor de frequência, precisamos de um laptop com porta COM para parametrizar e controlar o conversor de frequência. O próprio conversor é instalado em um gabinete de controle, onde o aquecimento é fornecido em condições de inverno operação e ventilação para condições de verão Operação. Para ventilar o gabinete utilizamos um ventilador padrão, e para aquecer o gabinete utilizamos um aquecedor de 20 W.

O conversor de frequência permite ajustar a frequência da bomba em uma ampla faixa, tanto abaixo da principal quanto acima da principal. A frequência do motor não pode ser aumentada em mais de 150%.

No nosso caso, você pode aumentar a rotação do motor para 4.500 rpm.

Você pode aumentar brevemente a frequência para 200%, mas isso leva à sobrecarga mecânica do motor e aumenta a probabilidade de sua falha. Além disso, utilizando um conversor de frequência, o motor fica protegido contra sobrecarga e curto circuito. Além disso, o conversor de frequência permite dar partida no motor com Tempo dado aceleração, que limita a aceleração das pás da bomba na partida e limita correntes iniciais motor. O conversor de frequência está instalado em armário de parede(ver Fig. 16).

Todos os controles e elementos de indicação estão localizados no painel frontal do gabinete de controle. Os parâmetros operacionais do sistema são exibidos no painel frontal (no dispositivo MTM-RE-160).

O dispositivo tem a capacidade de registrar leituras de 6 canais diferentes de sinais analógicos ao longo do dia. Neste caso, registramos as leituras de temperatura na entrada do sistema, as leituras de temperatura na saída do sistema e os parâmetros de pressão na entrada e saída do sistema.

O ajuste da velocidade da bomba principal é realizado por meio de dispositivos MTM-103; os botões verde e amarelo servem para ligar e desligar os motores da bomba de trabalho do gerador de calor e Bomba de circulação. Planejamos usar uma bomba de circulação para reduzir o consumo de energia. Afinal, quando a água esquenta até Configure a temperatura, a circulação ainda é necessária.

Ao usar um conversor de frequência Micromaster 440, você pode usar programa especial Comece instalando-o no laptop (ver Fig. 18).

Primeiro, os dados iniciais do motor escritos na placa de identificação (uma placa com os parâmetros de fábrica do motor fixada no estator do motor) são inseridos no programa.

• Potência nominal R kW,
• Corrente nominal I nom.,
• Cosseno,
• Tipo de motor,
• Velocidade de rotação nominal N nom.

Depois disso, a autodetecção do motor é iniciada e o próprio conversor de frequência determina parâmetros necessários motor. Depois disso, a bomba está pronta para operação.

Teste do gerador de calor

Assim que a instalação estiver conectada, você pode começar a testar. Ligamos o motor elétrico da bomba e, observando as leituras dos manômetros, ajustamos a queda de pressão necessária. Para tanto, é fornecida uma válvula no circuito, localizada entre os tubos de entrada e saída. Girando a manopla da válvula, ajustamos a pressão na tubulação após o bico na faixa de 1,2…1,5 atm. Na seção do circuito entre a entrada do bico e a saída da bomba, a pressão ideal estará na faixa de 8…12 atm.

A bomba foi capaz de nos fornecer uma pressão na entrada do bico de 9,3 atm. Ajustada a pressão na saída do bico para 1,2 atm, deixamos a água fluir em círculo (fechamos a válvula de saída) e anotamos o tempo. À medida que a água se movia ao longo do circuito, registámos um aumento de temperatura de aproximadamente 4°C por minuto. Assim, após 10 minutos já aquecemos a água de 21°C a 60°C. Volume de contorno s bomba instalada totalizou quase 15 litros. O consumo de eletricidade foi calculado medindo a corrente. A partir desses dados podemos calcular a taxa de conversão de energia.

KPI = (C*m*(Tk-Tn))/(3600000*(Qk-Qn));

• C - capacidade calorífica específica da água, 4200 J/(kg*K);
• m é a massa de água aquecida, kg;
• Tn - temperatura inicial da água, 294° K;
• Tk - temperatura final da água, 333° K;
• Qn - leituras iniciais do medidor elétrico, 0 kWh;
• Qk - leitura final do medidor elétrico, 0,5 kWh.

Vamos substituir os dados na fórmula e obter:

KPI = (4.200*15*(333-294))/(3.600.000*(0,5-0)) = 1,365

Isto significa que ao consumir 5 kWh de eletricidade, o nosso gerador de calor produz 1.365 vezes mais calor, ou seja, 6.825 kWh. Assim, podemos afirmar com segurança a validade desta ideia. Esta fórmula não leva em consideração a eficiência do motor, o que significa que a taxa de transformação real será ainda maior.

Ao calcular a energia térmica necessária para aquecer a nossa casa, partimos da fórmula simplificada geralmente aceite. De acordo com esta fórmula, quando altura padrão teto (até 3 m), para nossa região precisaremos de 1 kW de energia térmica para cada 10 m2 Assim, para nossa casa com área de 10x10 = 100 m2 precisaremos de 10 kW de energia térmica. Aqueles. um gerador de calor com potência de 5,5 kW não é suficiente para aquecer esta casa, mas isso é apenas à primeira vista. Se ainda não se esqueceu, para aquecer a divisão vamos utilizar um sistema de “piso quente”, que permite poupar até 30% da energia consumida. Conclui-se que os 6,8 kW de energia térmica gerados pelo gerador de calor deveriam ser suficientes para aquecer a casa. Além disso, a conexão subsequente bomba de calor e um coletor solar nos permitirá reduzir ainda mais os custos de energia.

Conclusão

Para concluir, gostaria de propor uma ideia controversa para discussão.

Já mencionei que nos primeiros geradores de calor a água era acelerada transmitindo-lhe movimento rotacional em cilindros especiais. Você sabe que não fomos por esse caminho. E ainda para aumentando a eficiênciaÉ necessário que além do movimento de translação, a água também adquira movimento de rotação. Ao mesmo tempo, a velocidade do movimento da água aumenta visivelmente. Técnica semelhante é usada em competições para beber rapidamente uma garrafa de cerveja. Antes de beber, a cerveja na garrafa é bem agitada. E o líquido escorre pelo gargalo estreito muito mais rápido. E tivemos uma ideia de como poderíamos tentar fazer isso sem alterar praticamente o projeto existente do circuito hidrodinâmico.

Para dar movimento rotacional à água, usaremos estator motor assíncrono Com rotor de gaiola de esquilo a água que passa pelo estator deve primeiro ser magnetizada. Para isso você pode usar um solenóide ou ímã de anel permanente. Depois contarei o que resultou dessa ideia, porque agora, infelizmente, não há oportunidade de fazer experimentos.

Também temos ideias sobre como melhorar nosso bico, mas falaremos sobre isso também após experimentos e patenteamentos, se forem bem-sucedidos.

Várias maneiras de economizar energia ou obter eletricidade gratuita continuam populares. Graças ao desenvolvimento da Internet, as informações sobre todos os tipos de “invenções milagrosas” estão se tornando mais acessíveis. Um design, tendo perdido popularidade, é substituído por outro.

Hoje veremos o chamado gerador de cavitação de vórtice - um dispositivo cujos inventores nos prometem aquecimento ambiente altamente eficiente em que está instalado. O que é isso? Este aparelho utiliza o efeito de aquecimento de um líquido durante a cavitação - efeito específico da formação de microbolhas de vapor em áreas de redução local de pressão no líquido, que ocorre quando o impulsor da bomba gira ou quando o líquido é exposto a vibrações sonoras. Se você já usou um banho ultrassônico, deve ter notado como seu conteúdo esquenta visivelmente.

Artigos sobre geradores de vórtice tipo rotativo, cujo princípio de funcionamento é criar áreas de cavitação quando um impulsor de formato específico gira em um líquido. Esta solução é viável?

Vamos começar com cálculos teóricos. Neste caso, gastamos eletricidade para operar o motor elétrico (eficiência média - 88%), e gastamos parcialmente a energia mecânica resultante no atrito nas vedações da bomba de cavitação, e parcialmente no aquecimento do líquido devido à cavitação. Ou seja, em qualquer caso, apenas parte da eletricidade desperdiçada será convertida em calor. Mas se você lembrar que a eficiência de um elemento de aquecimento convencional é de 95 a 97 por cento, fica claro que não haverá milagre: muito mais caro e complexo bomba de vórtice será menos eficaz do que uma simples espiral de nicromo.

Pode-se argumentar que ao usar elementos de aquecimento, é necessário introduzir bombas de circulação adicionais no sistema de aquecimento, enquanto uma bomba de vórtice pode bombear o próprio refrigerante. Mas, curiosamente, os criadores de bombas estão lutando contra a ocorrência de cavitação, o que não apenas reduz significativamente a eficiência da bomba, mas também causa sua erosão. Consequentemente, uma bomba geradora de calor não só deve ser mais potente do que uma bomba de transferência especializada, mas também exigirá a utilização de materiais e tecnologias mais avançadas para fornecer um recurso comparável.

Estruturalmente, nosso bico Laval se parecerá com um tubo de metal com rosca de tubo nas extremidades, permitindo sua conexão à tubulação por meio de acoplamentos roscados. Para fazer o tubo você precisará de um torno.

• O formato do próprio bico, ou mais precisamente, sua parte de saída, pode diferir em design. A opção “a” é a mais fácil de fabricar e suas características podem ser variadas alterando o ângulo do cone de saída entre 12 e 30 graus. Porém, este tipo de bico proporciona resistência mínima ao fluxo de fluido e, conseqüentemente, menor cavitação no fluxo.
• A opção “b” é mais difícil de fabricar, mas devido à máxima queda de pressão na saída do bocal também criará a maior turbulência no fluxo. As condições para a ocorrência de cavitação neste caso são ótimas.
• A opção “c” é um compromisso em termos de complexidade e eficiência de fabricação, por isso vale a pena escolhê-la.

No aquecimento de uma casa particular ou instalações de produção Vários esquemas para geração de energia térmica são utilizados.

Um deles são os geradores de cavitação, que permitirão aquecer ambientes com custos mais baixos.

Para auto-montagem Ao instalar tal dispositivo, você precisa entender o princípio de operação e as nuances tecnológicas.

Noções básicas de física

Cavitação é a formação de vapor em uma massa de água com lenta diminuição da pressão e alta velocidade.

Bolhas de vapor podem surgir sob a influência de uma onda sonora de uma certa frequência ou radiação de uma fonte de luz coerente.

Durante o processo de mistura de vazios de vapor com água sob pressão leva ao colapso espontâneo de bolhas e à ocorrência de movimento de força de impacto da água (está escrito sobre o cálculo de choque hidráulico em tubulações).

Sob tais condições, moléculas de gases dissolvidos são liberadas nas cavidades resultantes.

À medida que o processo de cavitação avança, a temperatura dentro das bolhas sobe para 1.200 graus.

Isso afeta negativamente os materiais recipientes com água, pois o oxigênio nessas temperaturas começa a oxidar intensamente o material.

Experimentos mostraram que, sob tais condições, até mesmo ligas de metais preciosos estão sujeitas à destruição.

Fazer você mesmo um gerador de cavitação é bastante simples. A tecnologia bem estudada foi incorporada em materiais e usada para aquecimento de ambientes há vários anos.

Na Rússia, o primeiro dispositivo foi patenteado em 2013.

O gerador era um recipiente fechado através do qual a água era fornecida sob pressão. Bolhas de vapor são formadas sob a influência de um campo eletromagnético alternado.

Vantagens e desvantagens

Um aquecedor de água por cavitação é um dispositivo simples que converte energia líquida em calor.

Esta tecnologia tem vantagens:

• eficiência;
• economia de combustível;
• disponibilidade.

O gerador de calor é montado com suas próprias mãos a partir de componentes, que pode ser adquirido em uma loja de ferragens ().

Tal dispositivo, em termos de parâmetros, não será diferente dos modelos de fábrica.

As desvantagens são:

IMPORTANTE!
Para controlar a velocidade do movimento do fluido, use dispositivos especiais, capaz de desacelerar o movimento da água.

Princípios operacionais

O processo de trabalho ocorre simultaneamente em duas fases ambiente:

• líquidos,
• par.

Os dispositivos de bombeamento não são projetados para operar nessas condições, o que leva ao colapso das cavidades com perda de eficiência.

Geradores de calor misturam fases, causando conversão térmica.

Aquecedores para uso doméstico converter energia mecânica em energia térmica com o líquido retornando à fonte (sobre a caldeira aquecimento indireto com reciclagem lida na página).

A patente não foi obtida porque ainda não há uma justificativa precisa para o processo.

Na prática, são utilizados dispositivos projetados por Schauberger e Lazarev.

Os desenhos de Larionov, Fedoskin e Petrakov são usados ​​para criar o gerador.

Antes de iniciar o trabalho, uma bomba é selecionada(leia o artigo sobre como calcular a circulação de um sistema de aquecimento).

Os seguintes parâmetros são levados em consideração:

• poder;
• quantidade necessária de energia térmica;
• a quantidade de pressão.

A maioria dos modelos é feita em forma de bicos, o que se explica pela facilidade de modernização, praticidade e maior potência.

O orifício entre o difusor e o confusor deve ter um diâmetro de 8 a 15 centímetros. Com uma seção transversal menor obtemos alta pressão, mas com baixo consumo de energia.

O gerador de calor possui uma câmara de expansão, cujo tamanho é calculado com base na potência necessária.

Características de design

Apesar da simplicidade do dispositivo, existem características que devem ser levadas em consideração durante a montagem:

Os cálculos de calor são feitos usando as seguintes fórmulas:

Epot = - 2*Ekin, onde

Ekin = mV2/2 – quantidade cinética instável.

Montagem de gerador de cavitação DIY permitirá que você economize não só em combustível, mas também na compra de modelos de série.

A produção de tais geradores de calor foi estabelecida na Rússia e no exterior.

Os dispositivos têm muitas vantagens, mas principal desvantagem– custo – reduz-os a nada. preço médio para um modelo doméstico é de cerca de 50-55 mil rublos.

Conclusão

Ao montar de forma independente um gerador de calor por cavitação, obtemos um dispositivo de alta eficiência.

Para o correto funcionamento do aparelho é necessário proteger as partes metálicas com pintura. É melhor fazer peças que entrem em contato com o líquido com paredes espessas, o que aumentará a vida útil.

Assista ao vídeo fornecido exemplo claro operação de um gerador de calor de cavitação caseiro.

Para garantir o máximo aquecimento econômico, os proprietários de casas usam vários sistemas. Propomos considerar como funciona um gerador de calor por cavitação, como fazer o aparelho com as próprias mãos, bem como sua estrutura e circuito.

Prós e contras das fontes de energia de cavitação

Os aquecedores de cavitação são dispositivos simples, que convertem a energia mecânica do fluido de trabalho em energia térmica. Na verdade, este aparelho compreende bomba centrífuga(para banheiros, poços, sistemas de abastecimento de água de residências particulares), que apresenta baixo indicador de eficiência. A conversão de energia no aquecedor de cavitação é amplamente utilizada em empresas industriais, onde os elementos de aquecimento podem ser danificados se entrarem em contato com um fluido de trabalho que apresente uma grande diferença de temperatura.

Foto – Projeto de um gerador de calor por cavitação

Prós do dispositivo:

1. Eficiência;
2. Fornecimento de calor econômico;
3. Disponibilidade;
4. Você mesmo pode montar Eletrodoméstico produção de energia térmica. Como mostra a prática, dispositivo caseiro Não é inferior em qualidade ao adquirido.

Desvantagens do gerador:

1. Barulho;
2. É difícil obter materiais para produção;
3. O poder é grande demais para quarto pequeno até 60-80 metros quadrados, é mais fácil comprar um gerador doméstico;
4. Mesmo os minidispositivos ocupam muito espaço (em média, pelo menos um metro e meio de espaço).

Vídeo: dispositivo de gerador de calor por cavitação

Princípio da Operação

"Cavitação" refere-se à formação de bolhas num líquido, portanto Roda de trabalho opera em uma fase mista (período de bolha de líquido e gás) do meio ambiente. As bombas, via de regra, não são projetadas para fluxo de fases mistas (seu funcionamento destrói bolhas, fazendo com que o gerador de cavitação perca eficiência). Esses dispositivos térmicos são projetados para induzir fluxo de fases mistas como parte da mistura de fluidos, resultando em conversão térmica.

Foto – Desenho do gerador de calor

Em aquecedores de cavitação comerciais, a energia mecânica aciona o aquecedor de energia de entrada (por exemplo, motor, unidade de controle), fazendo com que o fluido que produz a energia de saída retorne à fonte. Esse armazenamento converte energia mecânica em energia térmica com pouca perda (normalmente menos de 1%), portanto, os erros de conversão são levados em consideração durante a conversão.

Um gerador de energia a jato de supercavitação funciona de maneira um pouco diferente. Esse aquecedor é usado em empresas poderosas quando energia térmica Quando a saída é transferida para o fluido em um determinado dispositivo, sua potência excede significativamente a quantidade de energia mecânica necessária para operar o aquecedor. Esses dispositivos são mais eficientes em termos energéticos do que mecanismos de retorno, nomeadamente porque não exigem verificações regulares e configurações.

Existir tipos diferentes tais geradores. O tipo mais comum é o mecanismo Griggs hidrodinâmico rotativo. Seu princípio de funcionamento é baseado no funcionamento de uma bomba centrífuga. Consiste em tubos, um estator, uma carcaça e uma câmara de trabalho. Sobre este momento Existem muitas atualizações, a mais simples é uma bomba d'água de acionamento rotativo ou disco (esférico). Consiste em uma superfície de disco na qual muitos vários buracos tipo cego (sem saída), dados elementos estruturais chamadas células de Griggs. Seus parâmetros dimensionais e número dependem diretamente da potência do rotor, do projeto do gerador de calor e da velocidade de acionamento.

Foto – Mecanismo hidrodinâmico de Griggs

Existe uma certa folga entre o rotor e o estator, necessária para o aquecimento da água. Esse processo é realizado pelo rápido movimento do líquido ao longo da superfície do disco, o que aumenta a temperatura. Em média, o rotor se move a aproximadamente 3.000 rpm, o que é suficiente para elevar a temperatura a 90 graus.

O segundo tipo de gerador de cavitação é geralmente chamado de estático. Ao contrário do rotativo, não possui peças rotativas para que ocorra a cavitação, necessita de bicos. Em particular, estas são partes do famoso Laval, que estão ligadas à câmara de trabalho.

Para funcionar, é conectada uma bomba convencional, como em um gerador rotativo, que bombeia pressão na câmara de trabalho, o que garante maior velocidade de movimentação da água e, consequentemente, aumento de sua temperatura. A velocidade do fluido na saída do bocal é garantida pela diferença nos diâmetros dos tubos de avanço e de saída. Sua desvantagem é que a eficiência é significativamente menor do que a rotativa, principalmente por ser maior e mais pesada.

Como fazer seu próprio gerador

A primeira unidade tubular foi desenvolvida por Potapov. Mas ele não recebeu uma patente para isso, porque... Até agora, a justificativa para o funcionamento de um gerador ideal é considerada “ideal” incompleta, na prática também tentaram recriar o dispositivo de Schauberger e Lazarev; No momento, costuma-se trabalhar de acordo com os desenhos de Larionov, Fedoskin, Petrakov, Nikolai Zhuk.

Foto – Gerador de cavitação de vórtice Potapov

Antes de iniciar o trabalho, você precisa escolher uma bomba de vácuo ou sem contato (adequada até para poços) de acordo com seus parâmetros. Para fazer isso, os seguintes fatores devem ser levados em consideração:

1. Potência da bomba (é feito um cálculo separado);
2. Energia térmica necessária;
3. A quantidade de pressão;
4. Tipo de bomba (boost ou step down).

Apesar de enorme variedade formas e tipos de cavitadores, quase todos industriais e dispositivos domésticos feito em forma de bico, este formato é o mais simples e prático. Além disso, é fácil de atualizar, o que aumenta significativamente a potência do gerador. Antes de iniciar o trabalho preste atenção na seção transversal do furo entre o confusor e o difusor. Deve ser feito não muito estreito, mas também não largo, aproximadamente de 8 a 15 cm. No primeiro caso, você aumentará a pressão na câmara de trabalho, mas a potência não será alta, pois. O volume de água aquecida será relativamente pequeno em comparação com a água fria. Além desses problemas, uma pequena diferença nas seções transversais contribui para a saturação de oxigênio na água que entra na tubulação de trabalho, este indicador afeta o nível de ruído da bomba e a ocorrência de fenômenos de cavitação no próprio dispositivo, o que, em; princípio, afeta negativamente o seu funcionamento.

Foto – Gerador de calor por cavitação

Os geradores de calor por cavitação de sistemas de aquecimento devem possuir câmaras de expansão. Eles podem ter perfis diferentes dependendo dos requisitos e potência necessária. Dependendo deste indicador, o projeto do gerador pode mudar.

Consideremos o projeto do gerador:

1. O tubo de onde vem a água 1 é conectado por um flange a uma bomba, cuja essência é fornecer água sob uma certa pressão para a câmara de trabalho.
2. Depois que a água entra na tubulação, ela deve adquirir a velocidade e a pressão necessárias. Isto requer diâmetros de tubo especialmente selecionados. A água move-se rapidamente para o centro da câmara de trabalho, ao atingir a qual se misturam vários fluxos de líquido, após o que se forma uma pressão de energia;
3. Para controlar a velocidade do fluido, é utilizado um dispositivo de frenagem especial. Precisa ser instalado na saída e saída da câmara de trabalho, o que geralmente é feito para produtos petrolíferos (resíduos de petróleo, processamento ou lavagem), água quente em um eletrodoméstico.
4. Através da válvula de segurança, o líquido segue para a tubulação oposta, onde o combustível retorna ao seu ponto inicial por meio da bomba de circulação. Devido ao movimento constante, são produzidos calor e calor, que podem ser convertidos em energia mecânica constante.

Em princípio, o trabalho é simples e baseado num princípio semelhante ao do dispositivo vórtice, até as fórmulas de cálculo do calor produzido são idênticas. Esse:

Epot = - 2 Ekin

Onde Ekin =mV2/2 é o movimento do Sol (valor cinético, não constante);

A massa do planeta é m, kg.

Visão geral de preços

Claro, um gerador de calor por cavitação é praticamente um dispositivo anômalo; gerador ideal, é difícil comprar, o preço é muito alto. Propomos considerar quanto custa um dispositivo de aquecimento por cavitação em diferentes cidades da Rússia e da Ucrânia:

Os geradores de calor de vórtice de cavitação têm mais desenhos simples, mas são um pouco inferiores em eficiência. Neste momento, existem várias empresas líderes de mercado: bomba-gerador de calor rotativo hidro-impacto "Radex", NPP "Novas Tecnologias", choque eléctrico "Tornado" e choque electro-hidráulico "Vektorplus", mini-aparelho para uma casa privada (LATR) TSGC2-3k (3 kVA) e Yurle-K bielorrusso.

Foto – Gerador de Calor Tornado

As vendas são feitas em concessionárias e lojas parceiras na Rússia, Quirguistão, Bielo-Rússia e outros países da CEI.

Todos os anos, o aumento dos preços do aquecimento obriga-nos a procurar formas mais baratas de aquecer os espaços residenciais durante a estação fria. Isto se aplica especialmente às casas e apartamentos que possuem uma grande metragem quadrada. Um desses métodos de salvamento é o vórtice. Tem muitas vantagens e também permite que você salve na criação. A simplicidade do design não dificultará a montagem, mesmo para iniciantes. A seguir consideraremos as vantagens deste método de aquecimento e também tentaremos traçar um plano de montagem de um gerador de calor com as próprias mãos.

Um gerador de calor é um dispositivo especial cujo objetivo principal é gerar calor através da queima do combustível nele carregado. Nesse caso, é gerado calor, que é gasto no aquecimento do refrigerante, que por sua vez desempenha diretamente a função de aquecimento do ambiente residencial.

Os primeiros geradores de calor surgiram no mercado em 1856, graças à invenção do físico britânico Robert Bunsen, que, durante uma série de experimentos, percebeu que o calor gerado durante a combustão poderia ser direcionado em qualquer direção.

Desde então, os geradores foram, obviamente, modificados e são capazes de aquecer uma área muito maior do que há 250 anos.

O principal critério pelo qual os geradores diferem entre si é o combustível que carregam. Dependendo disso, eles distinguem os seguintes tipos:

1. Geradores de calor a diesel – geram calor como resultado da combustão do óleo diesel. Capaz de aquecer bem Grandes áreas, mas é melhor não utilizá-los em casa devido à presença de substâncias tóxicas produzidas pela combustão do combustível.
2. Os geradores de calor a gás funcionam segundo o princípio do fornecimento contínuo de gás, queimando numa câmara especial que também produz calor. É considerada uma opção totalmente econômica, mas a instalação requer autorização especial e maior segurança.
3. Os geradores de combustível sólido são semelhantes em design a um forno a carvão convencional, onde há uma câmara de combustão, um compartimento para fuligem e cinzas e um elemento de aquecimento. Convenientes para utilização em áreas abertas, pois seu funcionamento independe das condições climáticas.
4. – seu princípio de funcionamento é baseado no processo de conversão térmica, em que bolhas formadas no líquido provocam um fluxo misto de fases, aumentando a quantidade de calor gerada.