Um dos tópicos mais interessantes em engenharia de calor são os sistemas de aquecimento com um fornecimento associado de dois tubos de um refrigerante, conhecido entre os mestres como o esquema de Tichelman. Seu dispositivo é realmente único: o sistema praticamente não requer balanceamento, é caracterizado por uma operação estável, mas ao mesmo tempo também apresenta uma série de desvantagens.
Descrição do sistema
Em círculos profissionais, o circuito de Tichelman é chamado de sistema de aquecimento de dois tubos com um movimento de passagem do refrigerante. Este nome reflete totalmente a essência e o princípio de operação, as características distintivas são melhor vistas no contexto de um sistema de dois tubos com um movimento reverso do refrigerante, que é familiar a quase todos.
Imagine uma rede de radiadores implantada em linha reta. No esquema clássico, a unidade de aquecimento está localizada no início desta linha, a partir dela ao longo de toda a rede seguem dois tubos para o fornecimento de refrigerante quente e de retorno frio, respectivamente. Nesse caso, cada radiador é uma espécie de shunt, portanto, quanto maior for a distância do dispositivo de aquecimento da unidade de aquecimento, maior será a resistência hidráulica no circuito de sua ligação.
1 – Diagrama de conexão de dois tubos de radiadores com refrigerante em contracorrente na alimentação e retorno; 2 – diagrama de fiação do laço de Tichelman com conexão de passagem
Se enrolarmos uma fileira de radiadores em um anel, ambas as bordas ficarão adjacentes à unidade de calor. Nesse caso, é muito mais lucrativo garantir que o duto de retorno não envie o refrigerante de volta para a sala da caldeira, mas continue acompanhando a cadeia, ou seja, ao longo do caminho. Em outras palavras, o tubo de alimentação segue da unidade de aquecimento e termina no radiador extremo, por sua vez, o tubo de retorno origina-se do primeiro radiador e segue para a sala da caldeira. O mesmo princípio pode ser implementado mesmo se os radiadores estiverem localizados linearmente no espaço, simplesmente a partir do local onde o radiador extremo é inserido no tubo de retorno, o tubo se desdobra para retornar o refrigerante resfriado. Ao mesmo tempo, em uma determinada área, o sistema de aquecimento será de três tubos, então o circuito de Tichelman também é chamado às vezes.
Loop de Tichelman com radiadores colocados em torno do perímetro do edifício. De cada radiador, o comprimento total dos tubos de alimentação e retorno é aproximadamente o mesmo. 1 – caldeira de aquecimento; 2 – grupo de segurança; 3 – radiadores de aquecimento; 4 – tubo de alimentação; 5 – tubo de retorno; 6 – bomba de circulação; 7 – tanque de expansão
Mas por que essas complicações são necessárias? Se você estudar cuidadosamente o diagrama, descobrirá que a soma dos comprimentos das tubulações de fornecimento e retorno para cada radiador é a mesma. Daí a conclusão: a resistência hidráulica de cada malha de conexão individual é equivalente ao restante dos trechos, ou seja, o sistema simplesmente não precisa de balanceamento.
Area de aplicação
No entanto, a tentação de evitar ajustar hidraulicamente o sistema não deve levar a decisões precipitadas. O sistema associado de dois tubos é caracterizado pelo alto consumo de material, portanto sua instalação não se justifica em todos os casos.
Vamos considerar esse conceito como o grau de “pressão” do dispositivo de aquecimento ao equilibrar um sistema de retorno de dois tubos. Ao subestimar o diâmetro nominal no ponto de conexão dos primeiros radiadores, é possível reduzir a vazão do refrigerante nos mesmos, reduzindo assim a queda de pressão, de modo que a pressão suficiente permaneça nas seções subsequentes da rede. Se a rede de radiadores consiste em um grande número de dispositivos de aquecimento localizados a uma grande distância uns dos outros, o fluxo nos radiadores iniciais terá que ser limitado a tal ponto que o fluxo neles não seja suficiente para a liberação normal de calor. Isso força o uso de bombas com maior capacidade, razão pela qual um ruído perceptível é gerado no fluxo do refrigerante em nós individuais. Em geral, pode-se dizer que o dispositivo de passagem de dois tubos só se justifica se o número de radiadores for maior que 8-10 e o comprimento total da tubulação for superior a 70 m.
O consumo de material do sistema Tichelman aumenta significativamente se for impossível envolver a rede de radiadores em um anel, ou seja, colocar a tubulação de aquecimento estritamente ao longo do perímetro do edifício. Isso geralmente é dificultado por portas e frentes de vidro no chão. Em tais casos, é necessário montar um tubo adicional através do qual o refrigerante retornará para a sala da caldeira, e uma vez que o comprimento total de um circuito tomado arbitrariamente aumenta em pelo menos metade, para aumentar a passagem da linha nominal ou o desempenho da bomba. Em princípio, custos adicionais podem ser evitados devido à disposição do sistema coletor (feixe), porém, é melhor realizar um cálculo comparativo preliminar do consumo de material.
Dados hidráulicos
A operação do sistema com base no princípio do loop de Tichelman é altamente estável. Este fato é claramente demonstrado pelos dados do cálculo hidráulico, no entanto, isso exige o cumprimento de uma série de regras de instalação..
O principal elemento funcional de tal sistema é a bomba hidráulica. Ele cria pressão na saída, ou seja, na alimentação, e um vácuo na entrada – retorno. Numericamente, o valor de ambos os valores diminui com a distância da bomba, e a queda de pressão não ocorre de forma linear, ela é descrita pelo valor quadrático da pressão dinâmica. Este padrão pode ser traçado tanto para a linha de abastecimento quanto para a linha de retorno, convencionalmente, a queda pode ser descrita usando o exemplo de um duto de 100 m de comprimento:
Distância da bomba na direção do movimento do refrigerante (m) Pressão de alimentação (% do nominal) Vácuo de retorno (% do nominal) Queda de pressão do radiador dez 90% cinco% 95% 20 75% 20% 95% trinta 55% 35% 90% 50 45% 40% 85% 60 40% 45% 85% 70 35% 55% 90% 80 20% 75% 95% 90 cinco% 90% 95% Estes são dados médios, mas mesmo deles pode-se ver que com uma uniformidade aparente, a perda de pressão no meio da rede do radiador é ligeiramente maior do que nas bordas. De fato, devido à mudança proporcional na pressão e vácuo em cada radiador, quase a mesma diferença de pressão é mantida em cada dispositivo de aquecimento, no entanto, para o funcionamento correto e estável do circuito de Tichelman, uma série de regras devem ser observadas, que serão discutidas mais adiante.
Tubulação da sala da caldeira
Um sistema de dois tubos com um movimento de passagem do refrigerante pode ser aberto ou fechado. Como já dissemos, a bomba é o principal elemento de funcionamento, pelo que a sua instalação não pode ser evitada. Não se deve contar com circulação natural mesmo com tubulação superior devidamente organizada. Como já dissemos, um loop típico de Tichelman contém 10 ou mais radiadores; é improvável que tal braço possa ser espremido apenas por movimento gravitacional..
A tradicional troika de segurança é instalada na saída de alimentação da caldeira: um respiradouro automático, uma válvula de purga e um manómetro. Para sistemas abertos, a saída de entrega deve ser disposta em um canal vertical até a altura da formação do declive, um tanque de expansão aberto é instalado no ponto mais alto. Além disso, o tubo de abastecimento é direcionado diretamente para a rede de distribuição.
No retorno da caldeira é instalada uma bomba de circulação, cujo desempenho é determinado pela resistência hidráulica de todo o sistema. Diretamente na frente da bomba há um filtro e imediatamente após a bomba há um T para conectar um tanque de expansão e um manômetro de ponto baixo. Também neste local, o tubo de enchimento é exibido.
As válvulas de corte da sala da caldeira são representadas por válvulas de esfera de passagem total, que são instaladas:
- em ambos os lados da bomba
- na saída do tanque de expansão
- no tubo de enchimento
- nos pontos de conexão da caldeira ao principal
Além disso, um tubo de derivação de conexão pode ser instalado na sala da caldeira, em cujo intervalo é instalada uma válvula elétrica normalmente fechada, que é acionada quando a circulação é interrompida. O bypass deve ser inserido a montante da bomba de circulação: o bypass é projetado para proteger contra choque de temperatura e desvia o trocador de calor da caldeira da rede, e não vice-versa.
O sistema Tichelman também é bom porque, com uma potência relativamente alta da rede de radiadores, é possível trabalhar a partir de uma caldeira com um complexo embutido de equipamentos hidráulicos. Porém, caso seja necessário coordenar o funcionamento da rede de radiadores e o piso quente, cada braço do sistema é equipado com sua própria bomba de circulação. Se o desempenho nos ombros for significativamente diferente, a instalação de uma flecha hidráulica é necessária.
Sistema de canalização
Tanto a fiação superior quanto a inferior do loop de Tichelman são geralmente feitas com tubos PPR. Se for necessária uma tubulação oculta, o sistema PEX com conexões push-in é recomendado. Se os tubos forem colocados em substratos sólidos, uma bainha isolante deve ser usada..
O sistema de aquecimento Tichelman para uma casa térrea é extremamente simples. A tubulação de abastecimento de refrigerante vai da unidade de aquecimento ao longo de toda a rede de radiadores. O diâmetro nominal do tubo nominal é mantido até o penúltimo radiador da fileira, após o qual é realizada a transição para o diâmetro da conexão do radiador, geralmente polipropileno 20 mm ou PEX 16 mm. A tubulação da corrente de retorno é colocada na mesma ordem, mas em direção ao abastecimento, ou seja, o primeiro radiador na direção do fluxo do refrigerante quente é conectado com um diâmetro reduzido.
Se o sistema Tichelman estiver disposto em vários andares, é necessária a instalação de um riser vertical. O tubo de alimentação principal segue até o ponto mais alto, de onde é feito um ramal para alimentar o andar superior. Depois disso, a linha desce, neste trecho, a alimentação é cortada para todos os andares inferiores. O duto de corrente de retorno comum é realizado por analogia com um sistema de dois tubos com o movimento oposto do refrigerante, ou seja, ele simplesmente atua como uma linha de coleta.
O diâmetro dos tubos para o loop de Tichelman é calculado de acordo com os métodos gerais de cálculo de engenharia térmica, com base na escolha do valor Kvs ótimo dos tubos principais. Neste caso, é desejável que na direção do movimento do refrigerante não haja subavaliação do furo nominal, caso contrário, o equilíbrio natural do sistema não será tão de alta qualidade. Em sistemas com um comprimento de dutos de distribuição de até 120 m, o diâmetro nominal dos dutos principais é considerado pelo menos 270 mm2, e para tubos conectando radiadores – cerca de 130 mm2.
Acessórios de radiador
Muitas vezes você pode se deparar com a opinião de que um sistema de aquecimento de dois tubos com um movimento de passagem do refrigerante não precisa completar os radiadores com válvulas de controle. Acredita-se que este fato supostamente nivela os custos adicionais de tubos e conexões adicionais para eles. Porém, o correto funcionamento dos radiadores neste caso dificilmente é possível..
Cabeças termostáticas para radiadores do sistema Tichelmann devem ser instaladas sem falhas. Sem eles, é impossível personalizar os radiadores em salas diferentes, o que não é muito confortável em condições climáticas variáveis. Quanto às válvulas de balanceamento (estranguladores), a polêmica é particularmente quente neste ponto. Como mencionado acima, mesmo com um movimento de passagem do refrigerante, uma queda de pressão nos radiadores é observada. Com o cálculo correto do sistema, este fenômeno pode ser compensado variando o número de seções nos radiadores de diferentes zonas. No entanto, se houver um risco mínimo de erro, é melhor instalar válvulas de controle pelo menos nos primeiros radiadores em cada extremidade..
O loop de Tichelmann também pode ser equilibrado por métodos de ajuste estático. Estamos falando sobre a chamada “lavadora”. Se os coeficientes de resistência locais forem predeterminados por cálculos hidráulicos, as válvulas de controle podem ser substituídas por inserções que diminuem o tamanho nominal em um determinado valor. Das opções mais simples, você pode oferecer O-rings feitos por você mesmo com diferentes diâmetros internos, que são instalados nos locais das conexões roscadas dos radiadores.
Loop do sistema de aquecimento Tichelman: diagrama e cálculo
O post destaca o sistema de aquecimento Tichelman, oferecendo um diagrama fácil de entender e detalhado. Além disso, fornece lógicas e cálculos para facilitar sua execução. O sistema é econômico, seguro, eficiente e silencioso, e provem ar ambiente todos os dias em todos os cômodos. Uma excelente escolha para aquecer o seu lar.
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