Neste artigo: A história das bombas de circulação dispositivo e princípio de operação; tipos de bombas de aquecimento; como escolher uma bomba de circulação; onde e como instalar a bomba para aquecimento.
Se a área total das salas aquecidas é de centenas de metros quadrados e se esses mesmos metros ocupam vários andares, o aquecimento clássico baseado na circulação natural do refrigerante não será suficiente. E isso não é surpreendente – a pressão em sistemas com circulação natural não ultrapassa 0,6 MPa. Existem apenas duas maneiras de aumentar a pressão e melhorar a circulação da água em tais sistemas de aquecimento – construir um sistema fechado com tubos de grande diâmetro ou introduzir uma bomba de circulação nele. Tubos de grande diâmetro não são baratos, então a melhor solução para áreas de aquecimento de 100-150 m2 – Bomba de circulação.
Bombas de aquecimento – história
Há um século, os engenheiros tentaram resolver o problema da circulação do líquido refrigerante em sistemas de aquecimento de água, tentando de alguma forma confiar essa tarefa a uma bomba com motor elétrico. Mas os motores elétricos existentes no início do século 20 tinham contatos abertos, a entrada de água neles provocava acidentes imediatos.
Na década de 1920, o engenheiro alemão Gottlob Bauknecht, fundador da empresa Bauknecht, criou o primeiro motor elétrico hermético. Alguns anos depois, Wilhelm Oplander, proprietário e fundador da Wilo, criou uma bomba circulante que usava um motor elétrico Bauknecht. Na bomba Oplender “seca”, o acionamento do motor até a roda axial instalada no cotovelo do tubo era feito por meio de um eixo vedado com gaxetas. Wilhelm Oplender chamou sua bomba de circulação de “acelerador de circulação”; de 1929 a 1955, as bombas deste projeto foram produzidas e usadas em sistemas de aquecimento na Europa e nos Estados Unidos em todos os lugares.
A principal desvantagem da bomba de circulação Opleder era a vedação da caixa de empanque, que se desgasta rapidamente com as menores irregularidades na superfície do eixo, e o material da caixa de empanque não era particularmente forte. Mudanças frequentes de gaxeta eram necessárias, a superfície do eixo exigia lixamento e polimento periódicos.
70 anos atrás, foi criada a primeira bomba de circulação “úmida” – inventada por Karl Rutchi, um engenheiro suíço e fundador da Rutschi pumpen AG. O motor elétrico da bomba Ryutchi era montado em um joelho, através do qual a água era bombeada e selado de forma confiável. Neste caso, a água foi atribuída ao papel de lubrificante.
Mais tarde, o joelho, ao longo do qual passava o refrigerante, foi substituído por um “caracol”, a partir desse momento o “caracol” é utilizado no projeto de todas as bombas modernas para sistemas de aquecimento.
Dispositivo e princípio de operação
As bombas de circulação têm uma especialização estreita – são projetadas para a circulação forçada do transportador de calor (água) em sistemas de aquecimento fechados. Em sua estrutura, assemelham-se às bombas de drenagem: corpo em metais inoxidáveis ou ligas (aço, ferro fundido, alumínio, latão ou bronze); rotor de aço ou cerâmica; o eixo do rotor está equipado com um impulsor-impulsor; motor de rotor.
Sendo instalada no sistema de aquecimento, a bomba suga a água de um lado e bombeia para a tubulação do outro devido à força centrífuga decorrente da rotação do rotor – ocorre vácuo no tubo de entrada e compressão no tubo de saída. Com a operação uniforme da bomba, o nível de refrigerante no tanque de expansão não muda, ou seja, com a sua ajuda, não será possível aumentar a pressão no sistema de aquecimento – será necessária uma bomba de reforço para realizar esta tarefa. A tarefa da bomba de circulação é ajudar o refrigerante a superar a resistência que surge em certas seções dos sistemas de aquecimento.
Tipos de bombas de circulação
Basicamente, as bombas de aquecimento são divididas em dois tipos – “secas” e “úmidas”.
Nas construções do primeiro tipo, o rotor não entra em contato com a água bombeada, sua parte de trabalho é separada do motor elétrico por O-rings feitos na maioria das vezes de aglomerado de carbono, menos frequentemente de aço inoxidável ou cerâmica, óxido de alumínio ou carboneto de tungstênio (o material da vedação final depende do tipo de refrigerante). Quando o motor da bomba é iniciado, os O-rings giram em relação uns aos outros – entre os anéis polidos e cuidadosamente encaixados há uma fina camada de filme de água, que veda a conexão devido à diferença de pressão na atmosfera externa e no sistema de aquecimento (a pressão é maior no sistema de aquecimento). A mola empurra um anel de vedação para o outro, durante a operação os anéis se desgastam e se adaptam uns aos outros, sua vida útil será de pelo menos 3 anos – eles são mais eficazes do que as gaxetas da caixa de espanque, que precisam de lubrificação e resfriamento constantes. A eficiência das bombas de circulação com rotor seco é de até 80%. Em comparação com as bombas “úmidas”, as bombas de rotor seco emitem um ruído alto durante a operação, por isso são instaladas em uma sala separada com bom isolamento acústico.
Ao usar bombas com rotor seco com selos mecânicos deslizantes, monitore cuidadosamente a presença de matéria em suspensão na água bombeada e o estado de poeira no ar na sala onde a bomba está instalada. O funcionamento de uma bomba “seca” provoca turbulência de ar que atrai partículas de poeira – partículas de poeira e matéria suspensa no refrigerante podem danificar as superfícies dos anéis de vedação, prejudicando sua estanqueidade.
Independentemente do tipo de selo, seja caixa de gaxetas ou selo mecânico deslizante, no funcionamento de bomba “seca” eles são destruídos, por isso precisam da presença de líquido para o papel de lubrificante – na ausência dele, a destruição do selo mecânico é inevitável.
As bombas “secas” são divididas em três tipos: horizontais (cantilever), verticais e em bloco. Para as bombas do primeiro tipo, o tubo de ramal de sucção está localizado no lado da extremidade da “voluta”, e o tubo de ramal de descarga está localizado radialmente no corpo. O motor elétrico das bombas do console é montado horizontalmente.
As bombas verticais (em linha) são equipadas com os mesmos bocais de furo localizados ao longo do mesmo eixo. A localização do motor elétrico no projeto de tais bombas é vertical.
O refrigerante entra na bomba de bloco na direção do eixo, é liberado na direção radial.
As bombas de aquecimento “úmidas” diferem das secas pelo fato de que em seu projeto o rotor fica imerso no refrigerante junto com o rotor, enquanto o refrigerante desempenha as funções de lubrificação e resfriamento do motor em funcionamento. Um copo de metal que separa o rotor e o estator, cujo material é aço inoxidável, garante a estanqueidade da parte do motor elétrico que é energizada. O rotor de uma bomba “úmida” para sistemas de aquecimento é feito de cerâmica, os rolamentos são de cerâmica ou grafite, o corpo geralmente é de ferro fundido – para sistemas de aquecimento, as bombas circulantes “úmidas” em um corpo de latão ou bronze são mais adequadas. Em comparação com as bombas “secas”, as bombas “úmidas” são menos ruidosas, não requerem manutenção por anos e são mais fáceis de consertar e ajustar. Mas sua principal e significativa desvantagem é a baixa eficiência, não ultrapassando 50%. A razão para o baixo desempenho das bombas “úmidas” se deve ao fato de que será praticamente impossível vedar a luva que separa o estator do refrigerante com maior diâmetro do rotor. É precisamente por causa da baixa eficiência que as bombas do tipo “úmido” são usadas em sua maior parte para melhorar a circulação em sistemas de aquecimento de curta duração, ou seja, no aquecimento doméstico.
As bombas de circulação “úmidas” modernas têm um design modular. Existem cinco modelos: corpo da bomba; motor elétrico com estator; caixa com blocos de terminais; Roda de trabalho; um cartucho contendo um rotor e um eixo com rolamentos. Uma única unidade de cartucho facilita a eliminação do ar acumulado na carcaça da bomba durante a inicialização, e o próprio design modular facilita o trabalho de reparo – basta substituir o módulo defeituoso por um novo.
Nesse sentido, as bombas de alimentação “úmidas” para aquecimento estão equipadas com motores elétricos monofásicos e trifásicos. As bombas são fixadas à tubulação do sistema de aquecimento com uma conexão roscada ou de flange – seu tipo depende do desempenho desta bomba.
Como a água nas bombas com rotor úmido desempenha o papel de lubrificante, a água deve fluir constantemente para os mancais através da luva que separa o refrigerante e o estator. A única maneira de fornecer aos rolamentos lubrificação suficiente é a posição estritamente horizontal do eixo – qualquer outra posição do eixo fará com que a bomba funcione mal e logo se tornará inutilizável.
Bombas de aquecimento – como escolhê-las
Primeiro, vamos calcular quanto refrigerante passa pela caldeira por minuto. A maioria dos fabricantes de caldeiras de aquecimento recomenda o uso de um método de cálculo simples – igualar a potência da caldeira à taxa de fluxo de água, ou seja, a uma potência de 30 kW, 30 litros de água passarão pela caldeira por minuto. Calculando a vazão do refrigerante em relação a uma determinada seção do anel de circulação, usaremos o mesmo método: conhecemos a potência dos radiadores de aquecimento e, consequentemente, calculamos a vazão de água.
A próxima etapa é calcular a vazão do refrigerante na tubulação, de acordo com o diâmetro dos tubos a partir dos quais é construída:
- em tubos com diâmetro? a taxa de fluxo de água pol. será de 5,7 l / min;
- em tubos com diâmetro? polegadas a vazão de água será de 15 l / min;
- em tubos com diâmetro de 1 polegada, o consumo de água será de 30 l / min;
- em tubos com diâmetro de 1? pol. o consumo de água será de 53 l / min;
- com um diâmetro de tubo de 1? pol. o consumo de água será de 83 l / min;
- com um diâmetro de tubo de 2 polegadas, o fluxo de água será de 170 l / min;
- com um diâmetro de tubo de 2? polegadas, o consumo de água será de 320 l / min.
A velocidade de movimento do refrigerante é considerada 1,5 m por segundo – como regra, esta é uma velocidade suficiente para a água em sistemas de aquecimento.
Vamos calcular a potência da bomba para aquecimento com base em que uma seção de 10 metros do oleoduto precisará de uma pressão de 0,6 m – consequentemente, para um sistema de aquecimento de 100 metros, você precisará de uma bomba que crie uma pressão de 6 metros. De acordo com os resultados obtidos, uma bomba deve ser selecionada.
Se o seu sistema de aquecimento utiliza tubos com diâmetro menor do que os indicados acima, será necessário aumentar a potência da bomba configurada, pois a resistência hidráulica dos mesmos será maior. E vice-versa – com um diâmetro maior de tubos, uma bomba de circulação de menos potência é necessária.
O cálculo acima das características da bomba para sistemas de aquecimento é bastante arbitrário e simples – se um cálculo for necessário para um sistema de aquecimento de longo comprimento e construção complexa, então seria mais correto recorrer a especialistas na área de engenharia térmica. Você não poderá calcular de forma independente para um sistema de aquecimento complexo e de vários níveis! Mas, se ainda assim decidir tentar, a fórmula de cálculo é fornecida no SNiP 2.04.05-91 *.
Bomba de circulação com características mínimas – potência 30 W, altura manométrica máxima 2 m, fluxo de água 2 m3/ h, com uma conexão de polegada – custa uma média de 4 300 rublos. Os maiores fornecedores de bombas domésticas e industriais para sistemas de aquecimento no mercado russo são os italianos “DAB”, “Lowara”, “Ebara” e “Pedrollo”, “Grundfos” (Dinamarca), “Wilo” (Alemanha). Os fabricantes russos, via de regra, produzem bombas industriais, não há bombas de circulação domésticas em sua linha de produtos.
Tenha em atenção que não poderá escolher uma bomba 100% adequada – cada sistema de aquecimento tem as suas próprias características e as bombas são uma unidade produzida em série com parâmetros médios. A escolha de um modelo de bomba com potência excessiva do que o realmente necessário causará ruídos nas tubulações durante o funcionamento. Portanto, vale a pena escolher o modelo de bomba que possui vários modos de operação ajustáveis e definir empiricamente o modo em que a bomba funciona com mais eficiência. Será correto escolher uma bomba cuja potência exceda o necessário para este sistema de aquecimento em 5-10%.
Seleção do local e instalação da bomba de circulação
A bomba “úmida” pode ser instalada tanto no retorno quanto no tubo de alimentação. A popularidade da instalação na tubulação de retorno está associada aos modelos de bombas antigas – elas foram instaladas apenas na linha de retorno, porque a passagem de água mais fria através deles prolongou a vida útil da caixa de vedação, rotor e rolamentos.
Durante a operação da bomba, diferentes pressões são criadas na tubulação antes do tanque de expansão e na tubulação depois dele: no primeiro caso, compressão, no segundo, vácuo. A pressão estática que o tanque de expansão cria afetará a operação do sistema de aquecimento com uma bomba de circulação. Deve-se ter em mente que a pressão hidrostática na zona de entrega da bomba será superior à pressão normal (em repouso) da água. Por outro lado, na parte do sistema de aquecimento em que a bomba suga o refrigerante, a pressão será baixa, seu nível pode não só cair para o atmosférico, mas também levar a um vácuo. As pressões diferenciais no sistema de aquecimento podem fazer a água ferver e o ar pode ser liberado ou sugado..
A circulação do refrigerante no sistema de aquecimento não será perturbada se uma condição for levada em consideração na sua construção – em qualquer ponto da zona de sucção, a pressão hidrostática deve ser excessiva. A conformidade pode ser alcançada das seguintes maneiras:
- Eleve o vaso de expansão 0,8 m acima do ponto mais alto do tubo de aquecimento. Este método é o mais simples se o sistema de aquecimento for alterado de circulação natural para circulação forçada, mas a sua implementação só é possível com uma altura suficiente do sótão e será necessário isolar bem o tanque de expansão;
- Coloque o vaso de expansão no topo da tubulação para trazer a seção superior do sistema de aquecimento para a área de descarga da bomba. Os sistemas de aquecimento modernos (esta técnica é aplicável especificamente para eles), previamente concebidos para circulação forçada, são construídos com uma inclinação da conduta “até à caldeira” e não “a partir dela”, como nos sistemas de aquecimento com circulação natural. Os objetivos são os seguintes: com essa construção em declive, as bolhas de ar se moverão ao longo do fluxo de água, arrastadas pela pressão da bomba de circulação, ou seja, o movimento de contrafluxo para bolhas de ar, comum em sistemas com circulação natural, não será possível. Como resultado, o ponto mais alto no sistema de aquecimento não será no riser principal, mas no mais distante. Depende de você usar este método ou não, entretanto, alterar o sistema de aquecimento existente para ele será difícil, e construir um novo sistema baseado nele não é totalmente conveniente, pois existem maneiras mais simples;
- Transferência da tubulação com tanque de expansão desde o riser de alimentação e sua inserção na linha de retorno próxima à bomba de circulação, na frente de sua tubulação de sucção. Com esta reconstrução do sistema de aquecimento existente, obteremos as condições ideais para o funcionamento da circulação forçada da bomba;
- Este método não é adequado para todos os modelos de bomba – conectando a bomba de circulação à seção de abastecimento da tubulação, diretamente atrás do ponto de entrada do tanque de expansão. Exteriormente, tal modificação do sistema de aquecimento existente parece simples, mas a temperatura do refrigerante nesta seção do circuito de aquecimento será especialmente alta – certifique-se antes de que este modelo de bomba possa realmente suportar tais condições operacionais desfavoráveis.
Decidido o local de instalação da bomba, procedemos à própria instalação. Você precisará de um filtro grosso, uma válvula de retenção (para sistemas fechados sob pressão), um bypass e chaves (de 19 a 36 mm) – todos os elementos para o diâmetro roscado da bomba. No tubo principal, entre a entrada e a saída do by-pass de cut-in, é necessário instalar uma válvula de corte ao longo de seu diâmetro. É especialmente conveniente se o modelo de bomba selecionado tiver roscas destacáveis, caso contrário, você terá que comprá-los separadamente.
O bypass usado em sistemas de aquecimento é uma pequena seção da tubulação instalada paralelamente às válvulas de corte e controle, sua tarefa é mudar o sistema de aquecimento para a circulação natural em caso de falha de energia e quebra da bomba. Para o funcionamento normal dos dispositivos de aquecimento, o diâmetro do tubo de derivação deve ser igual ao diâmetro do riser no qual corta.
O procedimento de instalação dos dispositivos no bypass, na direção do refrigerante: filtro, válvula de retenção (se necessário) e bomba de circulação. As entradas do bypass no riser devem ser feitas através das torneiras – quando o sistema é colocado em circulação natural e em caso de avarias dos dispositivos no bypass, essas torneiras são fechadas, a torneira debaixo do bypass abre.
Para uma operação eficiente da bomba “úmida” e para evitar o acúmulo de ar, o bypass é instalado estritamente horizontalmente. Para o caso de, entre os dispositivos instalados no bypass, pode ser instalada uma saída de ar automática – em qualquer lugar, não importante, mas na posição vertical. As vantagens de um respiradouro automático sobre a torneira Mayevsky clássica, que são equipadas com alguns radiadores de aquecimento – a liberação e subsequente desligamento deste dispositivo é automática, e a válvula de design Mayevsky deve ser desparafusada e parafusada manualmente.
Bombas de circulação para sistemas de aquecimento
Bombas de circulação são equipamentos essenciais para sistemas de aquecimento, permitindo tornar o uso eficiente dos recursos de aquecimento. Estas bombas são facilmente manobráveis, oferecendo grande economia de energia e alto grau de personalização para a exclusão de custos extras e desnecessários. Sua característica de funcionamento silencioso garante um ambiente aconchegante e confortável, além de aumentar a durabilidade do dispositivo.
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Quais são as principais características e benefícios das bombas de circulação para sistemas de aquecimento? Elas são eficientes na distribuição do calor? Como escolher a bomba de circulação mais adequada para o meu sistema de aquecimento?
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