Geradores de calor de vórtice

Os geradores de calor de vórtice são instalações que permitem receber energia térmica em dispositivos especiais convertendo energia elétrica.

História do primeiro geradores de calor do redemoinho enraizada no primeiro terço do século XX, quando o engenheiro francês Joseph Rank encontrou um efeito inesperado, explorando as propriedades de um vórtice criado artificialmente no dispositivo que ele desenvolveu - um tubo de vórtice. A essência do efeito observado foi que, na saída do tubo de vórtice, foi observada uma separação do fluxo de ar comprimido em uma corrente quente e fria.

A pesquisa nesta área foi continuada pelo inventor alemão Robert Hillsch, que nos anos quarenta do século passado melhorou o design do tubo de vórtice Rank, alcançando um aumento na diferença de temperatura dos dois fluxos de ar na saída do tubo. Entretanto, Rank e Hilsch falharam em fundamentar teoricamente o efeito observado, o que atrasou sua aplicação prática por muitas décadas. Deve-se notar que uma explicação teórica mais ou menos satisfatória do efeito Rank-Hills do ponto de vista da aerodinâmica clássica ainda não foi encontrada.

Um dos primeiros cientistas que tiveram a idéia de colocar líquido no tubo do Rank é o cientista russo Alexander Merkulov, professor da Universidade Aeroespacial Estadual de Kuybyshevsky (agora Samara), que é creditado pelo desenvolvimento dos fundamentos da nova teoria. Criado por Merkulov no final da década de 1950, o Laboratório de Pesquisa Industrial de Motores de Calor e Máquinas de Refrigeração realizou uma enorme quantidade de pesquisas teóricas e experimentais sobre o efeito de vórtice.

A idéia de usar não o ar comprimido, mas a água como fluido de trabalho em um tubo de vórtice foi revolucionária, porque a água, ao contrário do gás, é incompressível. Consequentemente, o efeito da separação dos fluxos em frio e quente não deve ser esperado. No entanto, os resultados superaram todas as expectativas: ao passar pela “cóclea”, a água aqueceu rapidamente (com eficiência superior a 100%).

O cientista achou difícil explicar a eficácia similar do processo. Segundo alguns pesquisadores, o aumento anormal da temperatura do líquido é causado por processos de microcavitação, ou seja, o "colapso" de microcavidades (bolhas) cheias de gás ou vapor, formadas durante a rotação da água em um ciclone. A incapacidade de explicar uma eficiência tão alta do processo observado do ponto de vista da física tradicional levou ao fato de que a energia térmica do vórtice se estabeleceu firmemente na lista de direções "pseudocientíficas".

Enquanto isso, esse princípio foi adotado, o que levou ao desenvolvimento de modelos de trabalho de geradores de calor e energia que implementam o princípio descrito acima. Atualmente, centenas de geradores de calor de vórtice de várias capacidades produzidas por várias empresas domésticas de pesquisa e produção estão operando com sucesso na Rússia, em algumas repúblicas da antiga União Soviética e em vários países estrangeiros.

Fig. 1. Diagrama esquemático do gerador de calor de vórtice

Atualmente, as empresas industriais produzem geradores de calor de vórtice de vários modelos.

Fig. 2. Gerador de calor em vórtice "DEVE"

A empresa de pesquisa e desenvolvimento Angstrem Tver desenvolveu um conversor de energia elétrica em calor - gerador de calor de vórtice "MUST". O princípio de sua ação é patenteado por R.I. Mustafayev (Pat. 2132517) e permite que você receba energia térmica diretamente da água. O design não possui elementos de aquecimento e apenas uma bomba que bombeia água é alimentada por eletricidade.Um bloco de aceleradores de fluido e um dispositivo de freio são colocados no corpo do gerador de calor de vórtice. Consiste em vários tubos de vórtice de um design especial. O inventor afirma que nenhum dos dispositivos projetados para esses fins tem um coeficiente mais alto.

Alta eficiência não é a única vantagem do novo conversor. Os desenvolvedores consideram particularmente promissor usar seu gerador de calor de vórtice em objetos recém-construídos, bem como objetos afastados do aquecimento urbano. O gerador de calor de turbilhão MUST deve ser montado diretamente nas redes de aquecimento internas formadas de objetos, bem como nas linhas tecnológicas.

É impossível não dizer que a novidade ainda é mais cara que as caldeiras tradicionais. A Angstrom já oferece a seus clientes vários geradores MUST com capacidades de 7,5 a 37 kW. Eles são capazes de aquecer salas de 600 a 2200 metros quadrados, respectivamente.

A taxa de conversão de eletricidade é de 1,2, mas pode atingir 1,5. No total, cerca de cem geradores de calor de redemoinho DEVEM operar na Rússia. Os modelos produzidos de geradores de calor MUST permitem aquecer salas de até 11.000 m3. O peso da instalação é de 70 a 450 kg. A potência térmica da instalação do MUST 5.5 é de 7112 kcal / h, a potência térmica da instalação do MUST 37 é de 47840 kcal / h. O transportador de calor usado no gerador de calor de vórtice MUST pode ser água, anticongelante, poliglicol ou qualquer outro líquido não congelante.

Fig. 3. Gerador de calor em vórtice "VTG"

Gerador de calor de vórtice VTG É um corpo cilíndrico equipado com um ciclone (caracol com entrada tangencial) e um dispositivo de frenagem hidráulico. O fluido de trabalho sob pressão é fornecido à entrada do ciclone, após o que passa por ele em um caminho complexo e é travado no dispositivo de freio. Pressão adicional nos tubos da rede de aquecimento não é criada. O sistema opera em modo pulsado, fornecendo um modo de temperatura predeterminado.

Água ou outros líquidos não agressivos (anticongelante, anticongelante) são usados ​​como transportador de calor no VTG, dependendo da zona climática. O processo de aquecimento de um líquido ocorre devido à sua rotação de acordo com certas leis físicas, e não sob a influência de um elemento de aquecimento.

O coeficiente de conversão de energia elétrica em calor do gerador de calor de vórtice VTG de primeira geração foi de pelo menos 1,2 (isto é, o KPI foi de pelo menos 120%). No VTG, é consumido apenas em uma bomba elétrica que bombeia água, e a água libera energia térmica adicional.

A instalação funciona no modo automático, levando em consideração a temperatura ambiente. O modo operacional é controlado por automação confiável. É possível o aquecimento direto do líquido (sem um circuito fechado), por exemplo, para produzir água quente. O aquecimento ocorre em 1-2 horas, dependendo da temperatura externa e do volume da sala aquecida. O coeficiente de conversão de energia elétrica (KPI) em calor é muito superior a 100%.

Os geradores de calor de vórtice VTG foram testados em vários institutos de pesquisa, incluindo a RSC Energia em homenagem a S.P. Korolev em 1994, no Instituto Aerodinâmico Central (TsAGI) deles. Zhukovsky em 1999. Os testes confirmaram a alta eficiência do gerador de calor de vórtice VTG em comparação com outros tipos de aquecedores (elétrico, gás e também trabalhando em combustíveis líquidos e sólidos). Na mesma produção de calor que a das instalações de aquecimento tradicionais, unidades geradoras de calor de vórtice de cavitação consomem menos eletricidade.

A instalação é caracterizada pelo mais alto desempenho geral, fácil de manter e tem uma vida útil de mais de 10 anos. O gerador de calor VTG vortex se distingue por suas pequenas dimensões: a área ocupada, dependendo do tipo de gerador de calor, é de 0,5 a 4 m². A pedido do cliente, é possível fabricar um gerador para operação em ambientes agressivos. Geradores de calor de vórtice de várias capacidades também são produzidos por outras empresas.