Hoje vamos analisar como fazer um cálculo hidráulico do sistema de aquecimento. Na verdade, até hoje, a prática de projetar sistemas de aquecimento por capricho está se espalhando. Esta é uma abordagem fundamentalmente errada: sem cálculos preliminares, aumentamos o nível de consumo de material, provocamos modos de operação anormais e perdemos a oportunidade de alcançar a eficiência máxima.
Metas e objetivos do cálculo hidráulico
Do ponto de vista da engenharia, um sistema de aquecimento líquido parece ser um complexo bastante complexo, incluindo dispositivos para gerar calor, transportá-lo e liberá-lo em ambientes aquecidos. O modo de operação ideal de um sistema de aquecimento hidráulico é aquele em que o refrigerante absorve o máximo de calor da fonte e o transfere para a atmosfera da sala sem perdas durante o movimento. Claro, tal tarefa parece completamente inatingível, mas uma abordagem mais cuidadosa permite que você preveja o comportamento do sistema sob várias condições e chegue o mais próximo possível dos benchmarks. Este é o principal objetivo do projeto de sistemas de aquecimento, cuja parte mais importante é considerada o cálculo hidráulico..
Os objetivos práticos do projeto hidráulico são:
- Entenda a que velocidade e em que volume o refrigerante se move em cada nó do sistema.
- Determine o efeito que uma mudança no modo de operação de cada dispositivo tem em todo o complexo como um todo.
- Estabelecer quais características de desempenho e operação de unidades e dispositivos individuais serão suficientes para que o sistema de aquecimento execute suas funções sem um aumento significativo no custo e garantindo uma margem de segurança excessivamente alta.
- Em última análise – para garantir uma distribuição estritamente medida de energia térmica em diferentes zonas de aquecimento e para garantir que essa distribuição seja mantida com alta constância.
Podemos dizer mais: sem pelo menos cálculos básicos, é impossível alcançar uma estabilidade aceitável e uso a longo prazo do equipamento. Modelar a operação de um sistema hidráulico, de fato, é a base sobre a qual todo o desenvolvimento de design posterior se baseia..
Tipos de sistemas de aquecimento
As tarefas de engenharia deste tipo são complicadas pela grande variedade de sistemas de aquecimento, tanto em termos de escala como de configuração. Existem vários tipos de intercâmbios de aquecimento, cada um dos quais tem suas próprias leis:
1. Sistemas sem saída de tubo duploa – a versão mais comum do dispositivo, adequado para organizar circuitos de aquecimento central e individual.
Sistema de aquecimento sem saída de dois tubos
2. Sistema de um tubo ou “Leningradka”é considerada a melhor forma de construir complexos de aquecimento civil com uma potência térmica de até 30-35 kW.
Sistema de aquecimento One-pipe com circulação forçada: 1 – caldeira de aquecimento; 2 – grupo de segurança; 3 – radiadores de aquecimento; 4 – Guindaste Mayevsky; 5 – tanque de expansão; 6 – bomba de circulação; 7 – dreno
3. Sistema de tubo duplo de tipo de passagem– o tipo de desacoplamento de circuitos de aquecimento mais intensivo em material, caracterizado ao mesmo tempo pela mais alta estabilidade de operação conhecida e pela qualidade de distribuição do refrigerante.
Sistema de aquecimento associado a dois tubos (circuito de Tichelman)
4. Layout de vigaé em muitos aspectos semelhante a um passeio de dois tubos, mas ao mesmo tempo todos os controles do sistema são colocados em um ponto – para o conjunto coletor.
Circuito de aquecimento por radiação: 1 – caldeira; 2 – tanque de expansão; 3 – coletor de alimentação; 4 – radiadores de aquecimento; 5 – coletor de retorno; 6 – bomba de circulação
Antes de entrar no lado aplicado dos cálculos, há algumas advertências importantes a serem feitas. Em primeiro lugar, você precisa aprender que a chave para um cálculo de alta qualidade está em compreender os princípios de operação de sistemas de fluidos em um nível intuitivo. Sem isso, a consideração de cada solução individual se transforma em um entrelaçamento de cálculos matemáticos complexos. A segunda é a impossibilidade prática de apresentar mais do que conceitos básicos em uma revisão; para explicações mais detalhadas, é melhor consultar essa literatura sobre o cálculo de sistemas de aquecimento:
- V. Pyrkov “Regulagem hidráulica de sistemas de aquecimento e refrigeração. Teoria e Prática “2ª edição, 2010.
- R. Jaushovets “Hidráulica – o coração do aquecimento de água”.
- Manual de hidráulica da sala da caldeira de De Dietrich.
- A. Saveliev “Aquecimento em casa. Cálculo e instalação de sistemas “.
Determinação da taxa de fluxo e velocidade de movimento do refrigerante
O método de cálculo de sistemas hidráulicos mais conhecido é baseado em dados de um cálculo de engenharia de calor, que determina a taxa de reposição das perdas de calor em cada sala e, consequentemente, a potência térmica dos radiadores nelas instalados. À primeira vista, tudo é simples: temos o valor total da produção de calor e dosamos o fluxo do transportador de calor para cada dispositivo de aquecimento. Para maior comodidade, um esboço axonométrico do sistema hidráulico é pré-construído, que é anotado com os indicadores de potência necessários dos radiadores ou loops de um piso aquecido a água.
Diagrama axonométrico do sistema de aquecimento
A transição da engenharia térmica para o cálculo hidráulico é realizada pela introdução do conceito de fluxo de massa, ou seja, uma determinada massa do refrigerante fornecida a cada seção do circuito de aquecimento. O fluxo de massa é a relação entre a energia térmica necessária e o produto da capacidade de calor específica do refrigerante pela diferença de temperatura nas tubulações de fornecimento e retorno. Assim, no esboço do sistema de aquecimento, são marcados os pontos-chave para os quais o fluxo de massa nominal é indicado. Por conveniência, o fluxo volumétrico também é determinado em paralelo, levando em consideração a densidade do transportador de calor utilizado.
G = Q / (c (t2 – t1))
- G – taxa de fluxo do refrigerante, kg / s
- Q – energia térmica necessária, W
- c – calor específico do transportador de calor, para água tomada como 4200 J / (kg ° C)
- ?T = (t2 – t1) – diferença de temperatura entre o fornecimento e o retorno, ° С
A lógica aqui é simples: para fornecer a quantidade necessária de calor ao radiador, você deve primeiro determinar o volume ou a massa do transportador de calor com uma determinada capacidade de calor passando pela tubulação por unidade de tempo. Para isso, é necessário determinar a velocidade de movimento do refrigerante no circuito, que é igual à relação entre a vazão volumétrica e a área da seção transversal da passagem interna do tubo. Se a velocidade for calculada em relação ao fluxo de massa, o valor da densidade do portador de calor deve ser adicionado ao denominador:
V = G / (? F)
- V – velocidade de movimento do refrigerante, m / s
- G – taxa de fluxo do refrigerante, kg / s
- ? – a densidade do refrigerante, para água você pode levar 1000 kg / m3
- f – área da seção transversal do tubo, é encontrada pela fórmula ?R2, onde r é o diâmetro interno do tubo dividido por dois
Os dados de vazão e velocidade são necessários para determinar o tamanho nominal dos tubos de junção, bem como o fluxo e a altura manométrica das bombas de circulação. Dispositivos de circulação forçada devem criar excesso de pressão para superar a resistência hidrodinâmica dos tubos e válvulas de fechamento e controle. A maior dificuldade é o cálculo hidráulico de sistemas com circulação natural (gravitacional), para os quais a sobrepressão necessária é calculada de acordo com a taxa e o grau de expansão volumétrica do refrigerante aquecido.
Perdas de carga e pressão
O cálculo dos parâmetros de acordo com as razões descritas acima seria suficiente para modelos ideais. Na vida real, tanto o fluxo volumétrico quanto a velocidade do refrigerante sempre serão diferentes daqueles calculados em diferentes pontos do sistema. A razão para isso é a resistência hidrodinâmica ao movimento do refrigerante. É devido a uma série de fatores:
- Forças de fricção do refrigerante contra as paredes do tubo.
- Resistências de fluxo local formadas por acessórios, torneiras, filtros, válvulas termostáticas e outros acessórios.
- A presença de tipos de conexão e ramificação de ramificação.
- Redemoinhos turbulentos em cantos, constrições, expansões, etc..
O problema de encontrar a queda de pressão e velocidade em diferentes partes do sistema é justamente considerado o mais difícil, ele reside no campo dos cálculos de meios hidrodinâmicos. Assim, as forças de atrito do fluido contra as superfícies internas do tubo são descritas por uma função logarítmica que leva em consideração a rugosidade do material e a viscosidade cinemática. Os cálculos de redemoinhos turbulentos são ainda mais difíceis: a menor mudança no perfil e na forma do canal torna cada situação única. Para facilitar os cálculos, dois fatores de referência são introduzidos:
- Kvs– caracterizar a vazão de tubos, radiadores, separadores e outras áreas próximas ao linear.
- PARAem– determinar a resistência local em vários acessórios.
Esses fatores são indicados pelos fabricantes de tubos, válvulas, válvulas, filtros para cada produto individual. É muito fácil usar os coeficientes: para determinar a perda de carga, Kms é multiplicado pela razão entre o quadrado da velocidade de movimento do refrigerante e o valor duplo da aceleração da gravidade:
?hem = Kem (V2/ 2g)ou ?pem = Kem (? V2/ 2)
- ?hem – perda de pressão nas resistências locais, m
- ?pem – perda de pressão nas resistências locais, Pa
- PARAem – coeficiente de resistência local
- g – aceleração da gravidade, 9,8 m / s2
- ? – densidade do refrigerante, para água 1000 kg / m3
A perda de carga em seções lineares é a relação entre a capacidade do canal e o fator de capacidade conhecido, e o resultado da divisão deve ser elevado à segunda potência:
P = (G / Kvs)2
- P – perda de carga, bar
- G – a taxa de fluxo real do refrigerante, m3/hora
- Kvs – taxa de transferência, m3/hora
Pré-balanceando o sistema
O objetivo final mais importante do cálculo hidráulico do sistema de aquecimento é o cálculo de tais valores de vazão em que uma quantidade estritamente medida de refrigerante com uma determinada temperatura entra em cada parte de cada circuito de aquecimento, o que garante a liberação de calor normalizada nos dispositivos de aquecimento. Esta tarefa parece difícil apenas à primeira vista. Na realidade, o equilíbrio é feito por válvulas de controle de restrição de fluxo. Para cada modelo de válvula, tanto o fator Kvs para o estado totalmente aberto quanto a curva do fator Kv para diferentes graus de abertura da haste de controle são indicados. Ao alterar a vazão das válvulas, que normalmente são instaladas nos pontos de conexão dos dispositivos de aquecimento, é possível alcançar a distribuição desejada do refrigerante e, portanto, a quantidade de calor por ele transferida.
Há, no entanto, uma pequena nuance: quando a vazão muda em um ponto do sistema, não apenas a taxa de fluxo real na seção sob consideração muda. Devido a uma diminuição ou aumento no fluxo, o equilíbrio em todos os outros circuitos muda até certo ponto. Se tomarmos, por exemplo, dois radiadores com energia térmica diferente, conectados em paralelo com o movimento oposto do refrigerante, então com um aumento na vazão do dispositivo que é o primeiro do circuito, o segundo receberá menos refrigerante devido a um aumento na diferença na resistência hidrodinâmica. Ao contrário, quando a taxa de fluxo diminui devido à válvula de controle, todos os outros radiadores mais abaixo na cadeia receberão um volume maior do refrigerante automaticamente e precisarão de calibração adicional. Cada tipo de fiação tem seus próprios princípios de equilíbrio.
Sistemas de software para cálculos
É óbvio que os cálculos manuais são justificados apenas para pequenos sistemas de aquecimento com um máximo de um ou dois circuitos com 4-5 radiadores em cada. Sistemas de aquecimento mais complexos com uma potência térmica de mais de 30 kW exigem uma abordagem integrada para o cálculo da hidráulica, o que expande a gama de ferramentas usadas muito além de um lápis e uma folha de papel.
Danfoss C.O. 3,8
Hoje existe um número bastante grande de software fornecido pelos maiores fabricantes de equipamentos de aquecimento, como Valtec, Danfoss ou Herz. Em tais pacotes de software, a mesma metodologia é usada para calcular o comportamento da hidráulica, que foi descrito em nossa revisão. Em primeiro lugar, uma cópia exata do sistema de aquecimento projetado é modelado no editor visual, para o qual são indicados dados sobre a energia térmica, tipo de transportador de calor, comprimento e altura das quedas de tubo, acessórios usados, radiadores e serpentinas de piso radiante. A biblioteca do programa contém uma ampla gama de dispositivos hidráulicos e acessórios; para cada produto, o fabricante tem parâmetros operacionais pré-determinados e coeficientes básicos. Se desejar, você pode adicionar amostras de dispositivos de terceiros, se a lista necessária de características for conhecida para eles..
No final da obra, o programa permite determinar o diâmetro nominal adequado da tubulação, selecionar a vazão e a pressão suficientes das bombas de circulação. O cálculo termina com o balanceamento do sistema, enquanto durante a simulação do funcionamento do sistema hidráulico são levadas em consideração as dependências e o efeito das mudanças na vazão de uma unidade do sistema sobre todas as outras. A prática mostra que o desenvolvimento e o uso mesmo de produtos de software pagos acabam sendo mais baratos do que se os cálculos fossem confiados a especialistas contratados..
Cálculo hidráulico do sistema de aquecimento
O Cálculo Hidráulico do Sistema de Aquecimento é um processo importante para garantir que seus tanques de aquecimento sejam completamente funcionais. Usando esse cálculo, é possível identificar problemas e maximizar o fluxo de água para garantir o funcionamento adequado do sistema. É uma maneira segura, eficiente e eficaz de gerenciar todos os componentes relacionados com o seu sistema de aquecimento, para que possa contar com o melhor desempenho possível.
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Olá! Gostaria de saber qual método de cálculo hidráulico é mais indicado para um sistema de aquecimento. Além disso, quais são as principais variáveis a serem consideradas nesse cálculo? Desde já, agradeço a atenção.