Em termos de prevalência, os sistemas de aquecimento com circulação de refrigerante líquido bateram todos os recordes – sua popularidade contínua se deve em grande parte ao rigoroso clima de inverno da Rússia. Os sistemas de aquecimento por líquido incluem uma grande variedade de equipamentos, incluindo caldeiras, trocadores de calor, estações de bombeamento, muitas vezes muitos quilômetros de dutos. O funcionamento adequado do complexo de aquecimento depende diretamente das características do refrigerante, então que tipo de líquido é melhor usado nesta capacidade e por quê?
Requisitos para um refrigerante ideal
Deve ser observado imediatamente – não existe tal refrigerante. Qualquer um dos existentes desempenha regularmente suas funções apenas em uma determinada faixa de temperatura, indo além do que leva a mudanças dramáticas em suas características de qualidade.
O transportador de calor é obrigado a transferir a quantidade máxima de calor por unidade de tempo com perda mínima de calor. A viscosidade do refrigerante tem um efeito sério em seu bombeamento dentro do sistema de aquecimento, portanto, quanto menos viscoso for, melhor.
O refrigerante não deve ter um efeito corrosivo em uma variedade de materiais estruturais de dutos e dispositivos de aquecimento, caso contrário, a escolha desses materiais será estritamente limitada. Além disso, a capacidade de lubrificação de certos refrigerantes impõe restrições ao material estrutural das bombas de circulação e outros mecanismos em contato com elas..
Do ponto de vista da segurança doméstica, o refrigerante deve ter certas características (seguras) em termos de toxicidade, a temperatura de ignição do líquido e a erupção de seus vapores.
E por último – o líquido utilizado como portador de calor deve ser acessível ou, no caso de alto custo, manter suas características e volume por muito tempo durante a operação no sistema de aquecimento.
Portador de calor – água
De todos os líquidos que existem na Terra em estado natural, a água tem a maior capacidade de calor – em média 1 kcal / (kg deg), ou seja, se um quilograma de água for aquecido a 90 ° C e resfriado em um radiador de aquecimento a 70 ° C , então 20 kcal de calor serão fornecidos para a sala aquecida por este radiador.
Este líquido tem alta densidade (917 kg / m3), diminuindo com o aquecimento ou resfriamento. A propósito, a água é o único líquido natural que se expande tanto quando aquecida quanto resfriada..
As características ecológicas e toxicológicas da água superam as de quaisquer fluidos sintéticos de transferência de calor – um vazamento acidental do sistema de aquecimento não criará problemas para a saúde das famílias, a menos que atinja o corpo humano. E, no caso de tal vazamento, é muito fácil restaurar o volume original de água – você só precisa adicionar a quantidade necessária ao tanque de expansão aberto do sistema de aquecimento de circulação natural.
Em termos de custo, a água também está fora de competição, uma vez que não há portador de calor mais barato e acessível..
No entanto, este refrigerante tem uma série de desvantagens – a água comum, ou seja, em seu estado natural, contém oxigênio e sais, o que causa corrosão interna dos elementos do sistema de aquecimento, bem como crescimento excessivo de suas paredes com incrustações, o que reduz a transferência de calor e o volume interno dos dispositivos de aquecimento.
A forma mais simples de amaciar a água é bem conhecida de todos – térmica (fervura), usando um recipiente de metal sem tampa. Durante o tratamento térmico, parte dos sais ficará depositada no fundo do tanque e o dióxido de carbono será retirado do volume de água. A propósito, quanto maior for a área do fundo do tanque de ebulição, mais sais podem ser removidos da água – os sais serão depositados no fundo na forma de escala. A desvantagem do método térmico é que, desta forma, apenas bicarbonatos de magnésio e cálcio instáveis podem ser removidos da água, e seus compostos estáveis permanecerão.
O método químico ou reagente é mais eficaz, pois permite transferir os sais contidos na água para um estado insolúvel. Para sua implementação, utiliza-se cal apagada, carbonato de sódio ou ortofosfato de sódio – a introdução dos dois primeiros reagentes no volume de água causará a formação de um precipitado de carbonato, o último – um precipitado de ortofosfatos de magnésio e cálcio. No final da reação química, o precipitado formado é removido por filtração com água. O último reagente – ortofosfato de sódio – proporciona o melhor amaciador da água, mas seu uso requer dosagem precisa.
A água destilada é mais adequada para sistemas de aquecimento, uma vez que é totalmente isenta de quaisquer impurezas. Seu único inconveniente é que você tem que gastar dinheiro na compra, o custo de um litro de água destilada será de cerca de 14 rublos. Antes de despejar água destilada no sistema de aquecimento, é necessário enxaguar bem os aquecedores, tubos e caldeira com água pura, e lavar o sistema usado anteriormente e o recém-instalado – haverá contaminação no seu interior em qualquer caso.
Você pode usar derretimento puro ou água da chuva, pois contém muito menos sal do que torneira, poço ou artesiano.
A única desvantagem da água usada como transportador de calor é que em temperaturas abaixo de 0 ° C ela congela, se expande e causa sérios danos ao sistema de aquecimento. E, portanto, para os proprietários que operam irregularmente o sistema de aquecimento durante a estação fria, além de morarem em áreas onde as interrupções no fornecimento de energia são especialmente freqüentes, outro grupo de fluidos de transferência de calor é mais adequado – o anticongelante.
Portador de calor – anticongelante
O não congelamento, despejado no circuito de aquecimento, permite resolver completamente a ameaça de congelamento do sistema na estação fria – as baixas temperaturas para as quais este anticongelante foi projetado não alteram seu estado físico. Os anticongelantes são capazes de garantir o transporte de energia térmica dentro do sistema de aquecimento, não causam processos corrosivos e depósitos de incrustações.
A principal qualidade dos anticongelantes é que eles não endurecem até certas temperaturas extremamente baixas, no caso de cura, eles não se expandem como a água e não destroem os elementos do sistema de aquecimento, mas se transformam em uma massa gelatinosa, cujo volume não muda. Em outras palavras, se a temperatura do anticongelante congelado aumentar, ele retornará do estado de gel para o estado líquido sem quaisquer consequências para o circuito de aquecimento..
Os fabricantes introduzem aditivos adicionais na composição dos anticongelantes para aumentar a vida útil do sistema de aquecimento – inibidores de corrosão e depósitos minerais, que eliminam focos de corrosão e incrustações em sistemas que estão em operação há muitos anos. Ao escolher o anticongelante, deve-se ter em mente que sua composição não é universal – os aditivos nele contidos são projetados para determinados materiais estruturais e ligas, a escolha errada causará corrosão eletroquímica ou, por exemplo, a destruição dos materiais poliméricos usados na construção do sistema de aquecimento.
Via de regra, são produzidos anticongelantes, projetados para duas temperaturas extremamente baixas – até -65 e até -30 ° C. Se necessário, você pode alterar a concentração da composição saturada para a desejada, da proporção de uma parte de água destilada para duas partes de anticongelante (por exemplo, se um litro de anticongelante do primeiro tipo, projetado para uma temperatura mais baixa, for diluído com 0,5 litros de água, então tal composição funcionará até – 30 ° C).
A composição química do anticongelante é projetada para 10 estações de aquecimento ou 5 anos de operação, após os quais todo o volume de anticongelante deve ser substituído.
Em comparação com a água, os anticongelantes não têm apenas vantagens, mas também desvantagens:
- a capacidade de calor dos aparelhos não congelantes é 15% menor, ou seja, eles emitem calor pior;
- sua viscosidade é pelo menos duas vezes mais alta, o que requer a introdução de poderosas bombas de circulação no sistema de aquecimento;
- expansão volumétrica mais alta durante o aquecimento, um expansomat (tanque de expansão do tipo fechado) e radiadores de aquecimento são necessários, a capacidade dos quais é 50-60% maior do que seus equivalentes usados em sistemas com um transportador de calor de água;
- a fluidez é 50% superior à da água, ou seja, as conexões destacáveis em um sistema com anticongelante devem ser vedadas com muito cuidado;
- anticongelantes à base de etilenoglicol são tóxicos para humanos, portanto, esse anticongelante só pode ser usado em caldeiras de circuito único.
Para necessidades domésticas, ou seja, para sistemas de aquecimento de residências particulares, os anticongelantes são produzidos com base em dois tipos de polióis – etilenoglicol (monoetilenoglicol) e propilenoglicol. As composições baseadas no primeiro tipo de polióis são mais comuns e mais baratas do que aquelas baseadas no caro propilenoglicol, mas são muito tóxicas – quando ingeridas, 350 mg de etilenoglicol são suficientes para causar sérios danos à saúde e até causar a morte. Trabalhar com anticongelantes contendo etilenoglicol requer proteção obrigatória da pele, sistema respiratório e olhos.
Durante a operação, anticongelantes à base de etilenoglicol são especialmente sensíveis ao superaquecimento – com qualquer, mesmo um aumento de curto prazo na temperatura acima do limite definido pelo fabricante para uma determinada marca de anticongelante, ocorre decomposição térmica do poliol e aditivos no anticongelante, precipitado insolúvel e ácidos são formados. O sedimento, se chegar às superfícies dos elementos de aquecimento, forma depósitos de carbono, prejudicando a troca de calor no nível local e causando superaquecimento com formação repetida de lodo, etc. Os ácidos formados como resultado da decomposição do etilenoglicol reagem quimicamente com os metais estruturais do sistema de aquecimento, causando múltiplos focos corrosão. Como resultado da decomposição dos aditivos, as propriedades protetoras do refrigerante, por ele fornecidas anteriormente para o material das vedações das juntas destacáveis, são drasticamente reduzidas, e com alta fluidez isso causará imediatamente um vazamento. Além disso, o superaquecimento aumenta a formação de espuma do anticongelante, que por sua vez puxa o ar para o sistema de aquecimento. Pelos motivos descritos, é necessário monitorizar cuidadosamente a temperatura de aquecimento das caldeiras e do sistema de aquecimento, no entanto, nem todos os modelos de caldeiras o permitem..
Deve-se notar que o etilenoglicol entra em uma reação química com o zinco – é usado em um sistema de aquecimento no qual anticongelantes deste grupo atuam como um refrigerante, elementos estruturais e dispositivos com galvanização interna não fazem sentido, pois todo o seu revestimento será completamente destruído durante quase uma estação de aquecimento.
Os anticongelantes à base de propilenoglicol são muito mais seguros para as residências – o propilenoglicol técnico apresenta características semelhantes ao propilenoglicol alimentar (E1520), amplamente utilizado nas indústrias farmacêutica, de perfumaria e alimentícia devido à sua total segurança para o corpo humano e o meio ambiente. Os não congeladores com propilenoglicol podem ser utilizados em caldeiras de duplo circuito, pois sua penetração acidental na água potável, bem como vazamentos nos locais das juntas destacáveis, não farão mal às pessoas.
Os fluidos de transferência térmica de propilenoglicol, além das características gerais positivas idênticas às relacionadas aos anticongelantes de etilenoglicol, têm efeito lubrificante no interior do sistema de aquecimento, diminuem a resistência hidrodinâmica e facilitam o funcionamento das bombas do circuito secundário. A transferência de calor do anticongelante de propilenoglicol é maior do que a do etilenoglicol. Há apenas um menos – um custo mais alto, cerca de 1000 rublos. por 10 kg (para comparação, o custo do anticongelante de etilenoglicol a -30 ° C é de cerca de 550 rublos por 10 kg).
É estritamente proibido usar anticongelante no sistema de aquecimento se:
- O sistema utiliza caldeiras de eletrólise (iônica), nas quais o meio de aquecimento é aquecido pela passagem de corrente elétrica em seu volume no tanque da caldeira. Em geral, antes de adquirir uma caldeira de aquecimento, certifique-se que o fabricante permite que ela funcione no sistema de aquecimento com este anticongelante, caso contrário a garantia de fábrica da caldeira não será válida;
- sistema de aquecimento tipo aberto. Esta regra se aplica principalmente a anticongelantes à base de etilenoglicol venenoso;
- da economia, espera-se diminuir sua resistência ao gelo para mais de -20 ° C, pois isso diminuirá seriamente as características dos aditivos introduzidos no anticongelante, o que levará à formação de focos de corrosão e incrustação;
- a selagem das juntas destacáveis é realizada com enrolamento de linho e tinta a óleo – o anticongelante irá inevitavelmente corroer a tinta e não haverá sentido no enrolamento;
- na construção do circuito de aquecimento, foram usados tubos e acessórios galvanizados;
- a caldeira de aquecimento aquece o refrigerante a temperaturas superiores a + 70 ° C (esta é a temperatura de aquecimento limite de qualquer anticongelante, não pode ser aquecido mais alto devido à expansão de alta temperatura inerente aos refrigerantes deste grupo).
Se o anticongelante for usado no sistema de aquecimento, as seguintes condições devem ser atendidas:
- equipar o sistema com uma bomba de circulação mais potente do que a necessária para o aquecimento da água quente. Com um longo circuito de aquecimento, será necessária uma bomba de circulação externa;
- instale um expansor (tanque de expansão) amplo, cujo volume exceda o volume necessário para o refrigerante de água pelo menos duas vezes;
- usar tubos de diâmetro obviamente maior e radiadores volumétricos no sistema de aquecimento;
- não instale saídas de ar automáticas – apenas manuais (por exemplo, as torneiras de Mayevsky);
- Vede as juntas removíveis com juntas feitas de borracha quimicamente resistente, paronita ou Teflon apenas. Você pode usar rolo de linho junto com um selante resistente ao etilenoglicol (no caso de usar um anticongelante à base de etilenoglicol). Ao comprar radiadores de ferro fundido, você precisa desmontá-los em seções e substituir as gaxetas de borracha existentes por paronita ou Teflon;
- você pode diluir o anticongelante apenas com água destilada, ou seja, nem chuva nem água derretida vão funcionar aqui;
- antes de cada aplicação completa de anticongelante no sistema, é imperativo enxágue-o com água (também na caldeira) – os fabricantes de dispositivos anticongelantes recomendam substituí-los completamente no sistema de aquecimento a cada 2-3 anos;
- você não deve definir uma temperatura de aquecimento alta para uma caldeira fria de uma só vez – você precisa aumentar a temperatura gradualmente, dando tempo ao refrigerante para aquecer (sistemas sem congelamento têm uma capacidade de calor inferior à da água);
- no inverno, quando uma caldeira de circuito duplo fica desligada por muito tempo em sistema com anticongelante, não se esqueça de escoar a água do circuito de abastecimento de água quente, pois pode congelar e danificar as tubulações do circuito.
Como escolher o refrigerante ideal
Em primeiro lugar, a questão da escolha de um refrigerante deve ser decisiva mesmo na fase de projeto de um sistema de aquecimento, pois se foi criado para água, vai exigir uma reconstrução séria para anticongelante.
Se a temperatura no circuito de aquecimento durante a estação fria não cair abaixo de +5 ° C, o transportador de calor ideal para tal sistema é a água, da qual os compostos de sal são removidos ao máximo. Se houver a possibilidade de a temperatura no sistema de aquecimento cair para valores negativos, neste caso, apenas o anticongelante é necessário. Obviamente, você pode drenar a água do sistema, o que o protegerá de danos durante o congelamento, mas, neste caso, o circuito se encherá de ar, o que irá acelerar drasticamente os processos de corrosão em condições de alta umidade..
É possível proteger o sistema de aquecimento de água do congelamento integrando nele aquecedores elétricos, controlados por sensores de temperatura ou remotamente, via canais GSM, o que permitirá manter a temperatura da água em um nível acima de +5 ° С, mas aqui há uma dependência do fornecimento de energia e comunicação celular – um dos esses sistemas separadamente ou em conjunto levarão ao congelamento do refrigerante e múltiplos danos ao circuito de aquecimento.
Ao escolher o anticongelante, é preciso estudar detalhadamente suas características, incluindo: a temperatura extremamente baixa permitida; a composição dos aditivos e sua finalidade; como afeta os elementos do sistema de aquecimento (feitos de metais ferrosos e não ferrosos, ferro fundido, plástico, borracha, etc.); duração de uso no sistema sem reposição; segurança para a saúde humana e ecologia (afinal, ela terá que ser fundida em algum lugar). Aliás, a cor do anticongelante não tem valor prático para o circuito de aquecimento, basta enfatizar o pertencimento a uma determinada marca. Dados os riscos potenciais para a saúde das famílias, um anticongelante à base de propilenoglicol é a melhor escolha..
Tendo em vista a popularidade entre os proprietários do anticongelante da marca Tosol, desenvolvido em meados do século passado na URSS, vale a pena fazer uma breve descrição de suas características. Assim, o anticongelante foi originalmente desenvolvido como um refrigerante anticongelante para automóveis, sua composição é à base de etilenoglicol, cujas características estão descritas acima. Não é recomendado o uso de anticongelante em sistemas de aquecimento, uma vez que este anticongelante não se destina a eles – contém aditivos específicos para motores de automóveis, inúteis e até prejudiciais em sistemas de aquecimento, uma vez que o anticongelante simplesmente não é projetado para funcionar em altas temperaturas.
Em conclusão, nomearemos o anticongelante ideal, que é muito, muito simples de comprar ou preparar – uma mistura de 40 ° de álcool etílico com água destilada. As características de desempenho desta mistura quando usada como um refrigerante anticongelante são as seguintes:
- ligeiramente superior à da água, mas significativamente inferior ao do etilenoglicol e do anticongelante de propilenoglicol, viscosidade;
- menos fluidez que a dos anticongelantes citados, o que permite reduzir as exigências de estanqueidade das juntas destacáveis, permitindo o uso de vedações convencionais nas mesmas (o álcool não é quimicamente ativo em relação à borracha);
- o álcool é um excelente inibidor de corrosão, ou seja, bloqueia seu desenvolvimento;
- ao usar água saturada com sal (dura), o álcool em tal mistura impedirá depósitos de calcário nas superfícies internas do circuito de aquecimento. Os sais precipitarão em um precipitado insolúvel; ele pode ser facilmente removido quando o sistema é lavado;
- como resultado do calor de mistura e contração (compressão do volume aquoso da solução de álcool), o álcool não se evapora separadamente da água (desde que seu teor na solução aquosa não seja inferior a 30%);
- o ponto de ebulição de uma solução aquosa de álcool corresponde praticamente ao ponto de ebulição da água, ou seja, quando a temperatura no sistema de aquecimento sobe para +85 ° C, o que é usual para sistemas com água como portador de calor, não ocorrerá ebulição com o aparecimento de rolhas em forma de vapor;
- o teor de álcool em solução aquosa reduz drasticamente a expansão da água durante o congelamento, ou seja, mesmo com o congelamento total de um sistema de aquecimento com tal refrigerante, não haverá danos aos seus elementos estruturais.
Para atingir certos valores limiares de resistência de uma solução aquosa de álcool etílico a baixas temperaturas, é necessário atingir o seguinte teor em uma solução com água: 20,3% – congelamento a -10,6 ° C; 33,8% – congelamento a -23,6 ° C; 39% – congelamento a -28,7 ° C; 46,3% – congelamento a -33,9 ° C Será especialmente conveniente usar um refrigerante, que é uma solução aquosa de álcool etílico, em sistemas de aquecimento fechados.
Ao preparar um refrigerante água-álcool, as proporções de teor de álcool na água são calculadas da seguinte forma – um litro de álcool 96% contém 960 ml de álcool anidro, respectivamente, para obter uma solução de 33%, você precisa dividir 96 por 33 e obtemos o volume necessário de água igual a 2,9 litros. Ou seja, se você introduzir exatamente 2,9 litros de água em um litro de álcool 96%, o teor de álcool na solução resultante será exatamente 33% – o refrigerante que não congela a cerca de -22,5 ° C está pronto.
Transportador de calor para o sistema de aquecimento – água ou anticongelante
O transportador de calor é essencial para sistemas de aquecimento - seja água ou anticongelante. Possui vantagens únicas, como a alta resistência ao calor, excelente durabilidade e resistência a produtos químicos. É projetado para ser resistente a vibrações, produtos químicos, óleos e solventes, além de fornecer uma ampla variedade de capacidades de transferência de calor. É também otimizado para oferecer funcionalidades muito superiores às oferecidas por qualquer outro tipo de equipamento.
Sistemas de engenharia Conteúdo material
Qual é a opção mais eficiente e segura para utilizar como transportador de calor no sistema de aquecimento: água ou anticongelante? Quais são as vantagens e desvantagens de cada um? Gostaria de saber qual seria a melhor escolha para o meu sistema.