Diseño y construcción de un prototipo de calentador de agua por inducción para la empresa Compuengine Cía. Ltda.

Abstract

El presente proyecto consistió en el diseño de un sistema de calentamiento de agua por medio de inducción y se validó con un prototipo. Para producir calor por inducción fue necesario generar una señal alterna de alta frecuencia la cual se obtuvo con un inversor tipo E por utilizar un solo transistor de potencia reduciendo el costo del circuito y facilitando el control con una sola señal PWM. Para la elaboración del inductor, de forma experimental se realizaron tres bobinas de cobre con el mismo diámetro y longitud. Utilizando cable sólido AWG 12, cañería de ¼ de pulgada y cable esmaltado multifilar (14 filas calibre 22) respectivamente. Donde se determinó el cable esmaltado multifilar como el material más adecuado para la construcción de esta al brindar mayor inductancia y resistencia eléctrica. Para el control de la potencia se estableció un rango de frecuencias entre 16KHz a 20KHz determinadas por medio de un análisis de elementos finitos en el con el software COMSOL, conjuntamente con la simulación del circuito en Proteus, la frecuencia más baja se limitó a 16KHz por el sobrecalentamiento en el IGBT empleado y la excesiva corriente (mayor a 30 amperios) presente a menores frecuencias. La frecuencia más alta se limitó a 20KHz debido a que con valores mayores, el calentamiento fue relativamente bajo (menor a 30°C). Con las pruebas del prototipo empleando un solo tubo centrado en la bobina, trabajando a potencia máxima con un caudal de 1l/min a la temperatura media de 17°, se obtuvo un incremento de 15°C. Reemplazando el tubo de media pulgada por un serpentín de cuatro tubos de ¾ de pulgada, en las mismas condiciones de trabajo se evidenció un mayor aumento de temperatura llegando a un incremento de 23.5°C de la temperatura de entrada