Especialistas iniciantes no projeto e instalação de sistemas de aquecimento hidráulico se perguntam: por que é tão importante manter o excesso de pressão no circuito e como isso pode ser alcançado. Convidamos você a descobrir as respostas às perguntas populares sobre este tópico em nossa análise sobre sistemas de aquecimento fechados.
Para que serve o excesso de pressão?
Imagine um sistema de aquecimento com um tanque de expansão aberto. Em sua parte superior, o refrigerante está sob pressão de cerca de 100 kPa ou 10,2 m de coluna d’água. Em contraste com o limite superior de enchimento, que está sob pressão atmosférica normal, na parte inferior o refrigerante é comprimido ainda mais, a diferença é apenas igual à diferença de altura e é expressa em metros de coluna d’água. Mudanças na pressão atmosférica e na altura acima do nível do mar, bem como na densidade do refrigerante, podem fazer seus próprios ajustes. No entanto, na prática, esses pequenos erros são negligenciados..
Na operação normal de tal sistema, um volume significativo de água é aquecido dentro do trocador de calor da caldeira. O aquecimento é acompanhado pela expansão, devido à qual uma porção da água com temperatura mais elevada exerce pressão adicional sobre o volume adjacente do refrigerante. Nesse caso, um líquido com densidade menor sobe: a força de pressão do refrigerante aquecido é somada à pressão da atmosfera e à pressão interna do sistema, o que permite que o refrigerante seja empurrado em um circuito fechado. Quanto maior a velocidade de movimento do refrigerante, mais pronunciado será o efeito de convecção e vice-versa..
O que acontece nos chamados sistemas de aquecimento fechados? Neles, o refrigerante é isolado da atmosfera, o que faz com que a pressão no limite superior de enchimento seja praticamente zero e no ponto mais baixo igual à altura real da coluna de líquido. O aumento da pressão devido à expansão da água nem sempre permite superar a resistência hidrodinâmica do sistema, pois durante a expansão a água é forçada em ambas as direções, sua expansão para baixo não é compensada por pressão adicional.
Um aumento no volume durante o aquecimento é característico de qualquer portador de calor. Em um sistema de aquecimento fechado, isso definitivamente leva a um aumento na pressão.
É possível lançar tal sistema apenas se uma grande quantidade de refrigerante for rapidamente aquecida, o que é impossível em sistemas de aquecimento modernos caracterizados por um pequeno deslocamento e passagem nominal do tubo. Assim, a sobrepressão no sistema serve como uma espécie de substituto da pressão atmosférica, facilitando significativamente a convecção natural e o funcionamento dos dispositivos de circulação forçada..
Obviamente, a pressão no sistema de aquecimento não precisa ser equivalente em pontos diferentes. Os maiores valores são registrados no trocador de calor e no tubo de retorno da caldeira, uma pressão um pouco menor pode ser registrada na entrada da bomba de circulação e o menor – no trecho mais distante e mais alto da linha de abastecimento. Uma das principais tarefas de um engenheiro de aquecimento é fornecer sobrepressão dentro do sistema de aquecimento e monitorar para que em seus vários nós seja observada uma diferença que se enquadre nas normas estabelecidas.
Regras para desenhar contornos fechados
Para sistemas hidráulicos abertos, a questão da regulação da pressão é irrelevante: simplesmente não há maneiras adequadas de fazê-lo. Por sua vez, os sistemas de aquecimento fechados podem ser ajustados de forma mais flexível, inclusive no que diz respeito à pressão do refrigerante. No entanto, primeiro você precisa fornecer ao sistema dispositivos de medição – manômetros, que são instalados por meio de válvulas de três vias nos seguintes pontos:
- em um coletor de grupo de segurança;
- na ramificação e coleta de coletores;
- diretamente ao lado do tanque de expansão;
- em dispositivos de mistura e consumíveis;
- na saída das bombas de circulação;
- no filtro de lama (para controlar o entupimento).
Nem toda posição é absolutamente necessária, muito depende da potência, complexidade e grau de automação do sistema. Muitas vezes, a tubulação da sala da caldeira é disposta de tal forma que as partes importantes do ponto de vista do controle convergem em uma unidade, onde o dispositivo de medição é instalado. Assim, um manômetro na entrada da bomba também pode servir para monitorar a condição do filtro..
Por que você precisa controlar a pressão em pontos diferentes? A razão é simples: pressão no sistema de aquecimento é um termo coletivo, o que por si só pode indicar a estanqueidade do sistema. O conceito de trabalhador inclui pressão estática, formada pelo efeito da gravidade sobre o refrigerante, e dinâmica – oscilações que acompanham a mudança dos modos de operação do sistema e aparecem em áreas com diferentes resistências hidráulicas. Portanto, a pressão pode mudar significativamente quando:
- aquecer o refrigerante;
- violação de circulação;
- inclusão de maquiagem;
- entupimento de dutos;
- o aparecimento de congestionamento de ar.
É a instalação de manômetros de controle em diferentes pontos do circuito que permite determinar com rapidez e precisão a causa das falhas e começar a eliminá-las. No entanto, antes de considerar esta questão, você deve estudar: quais dispositivos existem para manter a pressão de trabalho no nível desejado.
Seleção e instalação de um tanque de expansão
A principal forma de manter uma pressão estável no sistema de aquecimento é instalar um tanque de expansão. Trata-se de um recipiente selado e sem fluxo, dentro do qual está instalada uma pêra, preenchido com ar sob uma certa pressão. Como o ar pode ser comprimido, esse amortecedor ajuda a suavizar as flutuações de pressão dinâmica..
1 – o estado do sistema de aquecimento antes do enchimento com o refrigerante; 2 – modo de funcionamento normal do sistema de aquecimento; 3 – excesso de pressão devido ao superaquecimento do refrigerante
Para que o tanque de expansão funcione conforme o esperado, seu volume deve ser alto o suficiente. Você também deve levar em consideração o projeto de trabalho e a pressão máxima no sistema, que é determinada pelos dados do passaporte da caldeira. Assim, o mínimo especificado de 0,3–0,5 bar é necessário para a operação estável da unidade de aquecimento, enquanto um limite da ordem de 1,2–1,5 bar limita o efeito destrutivo da pressão no trocador de calor. Os valores indicados são retirados do exemplo da maioria das caldeiras domésticas com uma capacidade de até 15 kW; para caldeiras mais eficientes, aplicam-se valores superiores. É possível determinar a pressão de funcionamento do sistema no processo de realização de um cálculo hidráulico, o valor desejado depende da resistência hidrodinâmica dos tubos, dispositivos de aquecimento e acessórios.
O volume do tanque é determinado pelo deslocamento do sistema, a expansão térmica do refrigerante e a pressão final. Como uma primeira aproximação, a capacidade do tanque deve ser cerca de 0,07–0,1 vezes o volume do refrigerante. Um valor mais preciso é encontrado pela fórmula (Vt *?) / K, ou seja, o produto do volume total do refrigerante pelo coeficiente de sua expansão, dividido pelo coeficiente de operação do tanque. Este último é determinado pela diferença entre a pressão limite e a pressão de trabalho, dividida pela pressão limite, à qual se acrescenta a unidade: (P máx – P escravo) / (P máx + 1). Neste caso, a pressão de trabalho é medida no ponto superior do sistema (no grupo de segurança) e deve ser próxima à atmosférica a uma altura da coluna de água de até 4-5 m.
Não há diferença prática no local de instalação do tanque de expansão fechado. Para garantir o funcionamento eficiente do dispositivo nos diversos modos de utilização do sistema de aquecimento, o reservatório é instalado na zona de maior pressão estática, ou seja, no ponto mais baixo do sistema, em local conveniente para manutenção. O tanque corta através de um T para a tubulação de retorno principal, a conexão é feita através de uma válvula de esfera de fechamento.
Alimentação automática do sistema
A segunda unidade, que garante a manutenção do excesso de pressão no sistema, é um dispositivo de make-up automático. Obviamente, a água pode ser bombeada para o sistema manualmente, mas isso é inconveniente para grandes volumes de vazamento. Por exemplo, se houver muitos acessórios no sistema ou lacunas através das quais as doses microscópicas do refrigerante filtram regularmente. Além disso, a compensação automática é praticamente indispensável para sistemas fechados com um refrigerante especial – sem uma bomba de pressão, é simplesmente impossível fornecer uma pressão suficientemente alta.
O primeiro tipo de dispositivos de make-up automático funciona no princípio de um grupo de automação de compressor. Os interruptores de alta e baixa pressão ligam e desligam o make-up se a pressão no sistema estiver abaixo ou, respectivamente, acima do limite definido. Esses dispositivos são os mais simples e baratos, mas têm a principal desvantagem – eles não levam em consideração a temperatura do líquido e o grau de sua expansão..
Por exemplo, durante a operação do sistema, a pressão cai 20-30% abaixo da pressão operacional, mas ao mesmo tempo não atinge o limite mínimo para o qual o relé está definido. Isso não é surpreendente, porque o relé é calibrado em um estado frio do sistema. Outro caso especial: quando o relé é acionado, liga-se o make-up, adicionando ao sistema uma porção de frio, ou seja, ainda não expandido. Se o tanque de expansão tiver capacidade insuficiente, como resultado, a expansão do refrigerante acionará a válvula de segurança, parte do refrigerante será liberado, a pressão cairá novamente, o make-up ligará novamente e então em um círculo.
A nuance descrita é importante para sistemas de aquecimento que contêm mais de 300 litros de água. Em tais casos, é ideal usar dispensadores de maquiagem digital, que são fornecidos com a mais avançada tecnologia de caldeira. O controlador fará as correções necessárias e adicionará uma quantidade estritamente definida de refrigerante ao sistema, levando em consideração sua temperatura e capacidade de expansão. Como as válvulas de composição mecânica convencionais, é melhor conectar o dispensador eletrônico à linha de abastecimento imediatamente após inserir o tubo de derivação nele para evitar o choque de temperatura do trocador de calor. Recomenda-se instalar um filtro de lama ou cartucho no tubo de entrada para o refrigerante, a unidade de injeção é conectada através de uma válvula de esfera.
Configuração e solução de problemas
É impossível manter a pressão no sistema de aquecimento sem respeitar as regras de enchimento. Isso deve ser feito com uma pressão mínima e com válvulas abertas para purgar o ar na rede do radiador. Os loops de piso radiante são preenchidos alternadamente, caso contrário, devido à diferença de comprimento, o ar certamente será deslocado para espirais mais longas. Após o enchimento do sistema, ele é pressurizado por dupla pressão de trabalho e as leituras dos manômetros são monitoradas por um determinado tempo. Normalmente, a pressão do sistema de abastecimento de água é suficiente para crimpagem, caso contrário, você terá que usar uma bomba hidráulica de êmbolo manual. Após a verificação, a pressão é reduzida ao mínimo, o sistema aquece até a temperatura máxima de operação, após o aquecimento de todo o volume do refrigerante ser concluído, a pressão é medida: deve ser inferior ao limite em 20-30%.
A diminuição da pressão ao longo do tempo é comum em sistemas de água doce. O oxigênio dissolvido é liberado dele, respectivamente, com o tempo, o volume total do refrigerante diminui. Você só precisa recarregar o sistema periodicamente até que o efeito desapareça por si mesmo. Um aumento na pressão é um sinal claro de um cálculo incorreto do tanque de expansão, seu volume precisa ser aumentado. Pequenas quedas na faixa de 10-15% da pressão de trabalho são consideradas normais, isso se deve à expansão linear dos tubos. Se os picos de pressão durante o aquecimento e resfriamento do sistema ultrapassarem 30% do nominal, isso indica danos à membrana no tanque ou a presença de bloqueios de ar no sistema.
Qual deve ser a pressão no sistema de aquecimento de uma casa particular
A pressão correta do sistema de aquecimento de uma casa particular é fundamental para assegurar o bom funcionamento do sistema e o máximo proveito do seu investimento. Ao ajustar a pressão de forma correta consegue-se aproveitar melhor a energia disponível favorecendo a qualidade do ar, a economia energética e a segurança dos aparelhos.
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Qual é a pressão recomendada para o sistema de aquecimento de uma casa particular?
Qual é a pressão adequada para o sistema de aquecimento de uma casa particular? É importante saber se há uma pressão específica ou faixa de pressão recomendada para garantir o bom funcionamento do sistema de aquecimento e evitar danos. Alguma orientação sobre como verificar e ajustar a pressão seria útil.