Como desenvolver um trocador de calor de forno? Qual transportador de calor é melhor – líquido ou ar? Qual é o princípio básico de qualquer trocador de calor? Com este artigo, você aprenderá como criar de forma independente uma caldeira completa para aquecimento de água a partir de material improvisado..
Em artigos anteriores, examinamos vários tipos de combustão de combustível. Também descrevemos como otimizar seu consumo e controlar a temperatura dos gases. Todo o processo de aquecimento pode ser dividido em quatro fases:
- Geração de emissão de energia térmica. Esta é a combustão do combustível, em que ocorre uma reação termoquímica com a liberação de calor.
- Troca de calor. Nesse estágio, a energia térmica, em busca do equilíbrio, passa de um estado de excesso para um estado estável. Simplificando – o calor é transferido de um meio aquecido para um resfriado..
- Transferir. O agente (líquido ou ar) transfere energia térmica para o consumidor (radiador), que fica localizado em local afastado do reator. A circulação contínua do agente em um sistema fechado garante seu retorno ao reator no estado resfriado, então o ciclo se repete.
- Dissipação de calor. O consumidor (na verdade, um trocador de calor), devido às propriedades de condutividade térmica, emite energia térmica para o ambiente (ar), equalizando sua temperatura.
O resultado do processo no ponto 1 é previsível – pelo tamanho do forno, seu tipo e combustível, podemos julgar o modo de operação, potência e produtividade do reator. Mas sem uma transferência de calor efetiva (ponto 2), a maior parte da energia será excedente e será removida junto com o transportador primário na forma de um gás quente. Simplificando – ele voará para dentro do cano no verdadeiro sentido da palavra. Para evitar que isso aconteça, você precisa selecionar e organizar corretamente um trocador de calor.
A variedade de propriedades de vários materiais e meios de comunicação dá uma ampla gama de escolhas, mas vamos nos concentrar no mais acessível – ar e líquido.
O trocador de calor resolve apenas um, mas a tarefa principal – resfriar o refrigerante primário. Estritamente falando, é um sistema de resfriamento de reator. O fator decisivo na eficiência de seu trabalho é a capacidade térmica e a condutividade térmica do meio (agente). Como você sabe, a água e o ar têm propriedades mutuamente exclusivas, mas fazem o mesmo trabalho. As propriedades físicas superiores de um líquido mais denso que o ar não podem ser contestadas. No entanto, requer um sistema fechado hermeticamente fechado, sem o qual o ar pode passar..
Trocador de calor de ar
No caso em que a fornalha serve como trocador de calor primário (fogões de aço, fogões de longa duração – PDG, fogões de óleo residual – POM), as seguintes medidas podem ser tomadas para aumentar a eficiência da transferência de calor “seco”.
Através de dutos retos verticais e horizontais (tubos)
Tubos de aço são soldados diretamente na fornalha. É melhor instalá-los verticalmente – isso aumentará a permeabilidade do ar. Adequado se houver material disponível – restos de tubos (o formato da seção não importa). Diâmetro 50-200 mm. A solução original da fornalha seria soldar as paredes de seções de tubos iguais.
Canais curvos e arredondados
A opção ideal é “embrulhar” toda a fornalha em 1–2 voltas. Isso exigirá habilidade e tempo, mas o efeito será muito maior do que em canais diretos simples. Quanto maior a diferença entre os níveis de entrada e saída, melhor funcionará o duto. Se tirar a cerca para fora, o efeito será máximo, pois quando o forno for aquecido, devido à diferença de temperatura, haverá uma tiragem, que proporcionará um fluxo constante no modo “automático”.
Labirintos de tanques
Para implementar esse trocador de calor, uma caixa de aço adicional com uma altura de cerca de 100 mm e paredes grossas deve ser disposta na parede superior. Nesta caixa, coloque anteparas de aço de 5–8 mm de forma a criar um “labirinto”. No início e no final do mesmo, deve haver entradas para a seção do duto. Acima do “labirinto” também é coberto com uma tampa. Nesta modalidade, o espaço entre a parede do forno e as paredes da caixa serve como um trocador de calor. Esses trocadores de calor podem ser dispostos nas paredes laterais de um reator de aço..
Através de canais no reator, integrados à fornalha
Esses canais são colocados no projeto durante a criação do forno e, em seguida, soldados nas paredes. Eles podem ser localizados lado a lado na parte superior da fornalha. Diâmetro de 50 mm.
Em qualquer tipo de BT, utiliza-se o fenômeno de convecção *, porém, na maioria dos casos, devido à alta temperatura do reator, o movimento natural do ar é insuficiente e é forçado por ventiladores. Este método também é chamado de injeção.
* Convecção – uma forma de transferência de calor por riachos ou jatos.
A injeção pode ser feita de qualquer maneira possível – construindo uma bomba de ar no duto ou simplesmente direcionando-a para o trocador de calor. Os trocadores de calor “secos” são os dispositivos de aquecimento mais simples e acessíveis.
Vantagens dos trocadores de calor de ar:
- Sem necessidade de aperto.
- Pode trabalhar sem injetores.
- Facilidade de instalação e disponibilidade de material disponível.
Desvantagens dos trocadores de calor de ar (TO):
- É necessário um diâmetro de duto significativo (de 100 mm).
- Baixa capacidade de calor do meio (ar).
- Curto alcance de transferência de temperatura.
Trocador de calor líquido
Qualquer líquido supera significativamente o ar atmosférico em termos de capacidade calorífica, o que significa que é capaz de transferir calor a uma distância muito maior do reator. Ao mesmo tempo, requer mais atenção a si mesmo – a rigidez de todo o sistema (exceto o gravitacional). Além disso, uma propriedade distinta é uma grande massa, o que significa que o efeito da convecção natural só é possível com um diâmetro de canal significativo (de 75 mm), ou um injetor é necessário – um soprador médio.
Todos os trocadores de calor líquidos podem ser condicionalmente divididos em dois tipos – capacitivos e principais.
Tanques de manutenção, ou tanques de troca de calor, são tanques integrados ao reator. Em outros casos, o reator pode ser integrado ao vaso. A troca de calor é realizada em meio líquido que se encontra no tanque. Ele (tanque) possui canais de alimentação (na parte superior) e “retorno” (na parte inferior). Com tubo de diâmetro inferior a 75 mm, deverá estar presente um soprador no “retorno”, caso contrário a dilatação térmica não será capaz de empurrar a água pelo canal.
Outro tipo de líquido TO é feito na forma de um tanque cilíndrico com um canal direto no interior. O canal pode servir de chaminé e, em muitos casos, esse tanque é instalado diretamente no fogão. A água nele remove a temperatura dos gases de exaustão e os transfere por meio de circulação forçada. Tal TO também é chamado de caldeira de tubulação..
O princípio descrito é a base para todos os tipos modernos de caldeiras que operam com a combustão de combustível. Em seu design moderno, eles servem de base para um sistema fechado selado com tubos de pequeno diâmetro (16–32 mm) e radiadores. A operação de tal sistema é impossível sem eletricidade para a bomba. Porém, existe uma opção em que a água circula sob a influência da gravidade. Neste caso, um tubo de aço sólido cheio de água serve como trocador de calor. Este cano é enrolado com a caldeira e está sempre localizado em um declive, o que permite que a água flua por gravidade do abastecimento para o “retorno”.
O TO principal ou bobinas são tubos sólidos de 16–25 mm de comprimento considerável (a partir de 15 m) enrolados em torno de um reator, chaminé ou tanque de troca de calor com água. A constante circulação de água pelo tubo permite que o agente (água) atinja uma temperatura máxima de 120 ° C. Este efeito torna possível um dispositivo de aquecimento a vapor. No entanto, requer isolamento térmico para manter a temperatura.
Para montar essa caldeira, precisamos do seguinte:
- Dois barris ou tanques em forma de barril com uma diferença de diâmetro de 50-100 mm e uma diferença de altura de 100 mm.
- Tubo de cobre sólido 16 mm – 50 m.
- Argila chamotte.
- Vibrador.
- Bomba de circulação.
- Material de instalação da caldeira – pernas, porta, chaminé, etc..
Procedimento de operação:
- Enrolamos um tubo de cobre em um barril de pequeno diâmetro
Atenção! Enrole com cuidado para não deformar o tubo.
- Trazemos as pontas para o lado do fundo do barril a partir da ponta.
- Cortamos buracos no barril grande para as saídas de alimentação e retorno.
- Instalamos um pequeno barril com tubos em uma grande.
- Nós reforçamos a maça vibratória na parede de um grande barril.
- Encha o seio da face com uma solução líquida de argila de chamotte, ligando periodicamente o vibrador.
- Disponibilizamos uma lareira dentro de um pequeno barril (com disposição horizontal) ou um PDG de pistão do tipo “Bubafonya” (com disposição vertical).
Outra ideia interessante é a simbiose de um forno de pedra e uma caldeira de líquido..
Vídeo: circuito de água em forno de tijolos
Neste caso, um registro hermético volumétrico na forma de um cubo ou uma figura composta (cubo + triângulo) é cozido em tubos de 75–85 mm. Parece uma casa com telhado de duas águas. O cadastro também possui alimentação e retorno. Toda a estrutura é instalada na fundação e forrada com tijolos refratários.
Esta é a opção mais demorada. Será rentável no caso de livre acesso ao material e possibilidade de transporte do produto. Peso do registro é 200-300 kg.
O trocador de calor pode ter um projeto arbitrário – basta observar seu princípio básico – a transferência de calor do reator para o acúmulo ou escoamento do agente. Em seguida, o agente distribui o calor aos consumidores. A forma, tamanho e características deste elemento são determinados apenas por suas necessidades e imaginação..
Fabricação de trocador de calor para fogão de barril
A Fábricação de Trocadores de Calor para Fogão de Barril oferece benefícios significativos ao seu usuário. Estes trocadores de calor aumentam a capacidade do fogão, permitem que diversas temperaturas sejam controladas, além de usar energia de forma eficiente. Com construção robusta e durável, estes trocadores oferecem segurança no manuseio de líquidos quentes durante a cozedura. Sua manutenção é simples e barata, tendo todas as vantagens de um fogão a gás tradicional.
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