Coletor para aquecimento: princípio de funcionamento, regras de instalação e conexão

Uma das opções eficazes de modernização do sistema de aquecimento, que permite torná-lo mais eficiente e confiável, é a instalação de um bloco coletor. O dispositivo, que substituiu as construções tradicionais de estrutura linear, visa aumentar a facilidade de operação e a manutenibilidade do sistema.

Como funciona o coletor para aquecimento e quais características de instalação devem ser consideradas, veremos em detalhes.

Princípio de funcionamento do distribuidor

A principal finalidade do coletor distribuidor é distribuir uniformemente os fluxos de calor que chegam da tubulação principal pelos circuitos do sistema e, por meio da circulação, retornar o líquido resfriado para a caldeira.

Assim, os ramos individuais do sistema conectados ao coletor tornam-se independentes entre si.

O dispositivo é um nó distribuidor intermediário, cujos elementos-chave são duas partes interligadas:

• pente de alimentação – responsável pelo fornecimento do fluido térmico;
• pente de retorno – realiza a função de recolher o fluido térmico resfriado para o gerador de calor.

Juntas, elas formam o grupo coletor. De cada pente saem várias saídas para conectar os circuitos que levam aos aparelhos de aquecimento.

Cada saída do dispositivo pode ser equipada com válvulas de escape e uma válvula de corte ou de regulagem.

A presença delas permite regular a pressão dentro de cada circuito e, se necessário, desconectar um ramo para reparo, por exemplo, interromper o fluxo do fluido térmico.

Para aumentar o desempenho do sistema e obter a capacidade de controlar todos os processos de aquecimento em cada cômodo da casa aquecida, o corpo do pente distribuidor também é utilizado como plataforma para instalação:

• válvulas de purga de ar;
• válvulas de drenagem;
• medidores de fluxo;
• medidores de calor.

O princípio de funcionamento do sistema coletor é bastante simples. O líquido aquecido pelo gerador térmico entra no pente de alimentação.

Dentro do conjunto intermediário, a velocidade do fluido diminui devido ao aumento do diâmetro interno do dispositivo, e ele é redistribuído entre todas as saídas.

O número de saídas no distribuidor pode ser qualquer, e se necessário, a estrutura pode sempre ser ampliada com saídas adicionais.

Conhecendo o fluxo do fluido térmico, igual à potência do gerador térmico, e a velocidade da água, não é difícil encontrar a área de seção necessária. Apenas antes é necessário converter litros para a unidade conveniente para cálculos, mm³.

Através dos tubos de conexão, cuja seção é menor que o diâmetro do tubo do conjunto coletor, o fluido térmico entra nos circuitos separados e se move em direção aos radiadores ou para as redes de piso radiante.

Graças a essa distribuição, cada elemento abastecido com fluido térmico de mesma temperatura é aquecido adequadamente.

O diâmetro interno do coletor é determinado por cálculo, de modo que a velocidade do movimento do fluido térmico dentro dele não seja superior a 0,7 m/s

Ao atingir o radiador e liberar o calor obtido no aquecimento, o líquido segue por outro tubo na direção oposta ao bloco distribuidor. Lá, ele entra no pente de retorno, de onde é redirecionado ao gerador térmico.

Para uma casa de campo, o sistema com uso de coletor é considerado o mais eficiente e confiável.

A única coisa que pode deter um proprietário prudente é o custo. Afinal, a instalação desse sistema sai mais cara do que a instalação de um sistema comum do tipo em T.

Essa solução construtiva, que pressupõe a instalação de tubos de alimentação individuais, cria condições para o aquecimento uniforme dos radiadores.

Tipos de coletores em sistemas de aquecimento

Existem três variedades de unidades coletoras usadas no projeto de sistemas de aquecimento de circulação fechada.

Dependendo da finalidade do projeto, o mercado oferece: sistemas de radiadores e solares, bem como dispositivos equipados com separador hidráulico.

Tipo #1 — aquecimento coletor para radiadores

Independentemente do tipo de aquecimento projetado na casa, os radiadores estão sempre presentes. Por isso, os coletores que distribuem os fluxos do fluido térmico diretamente para os radiadores instalados nos cômodos são o tipo mais procurado.

O nó de distribuição consiste em dois pentes interconectados: o primeiro direciona o fluido térmico para os dispositivos instalados nos cômodos, o segundo o retorna à caldeira.

Os coletores usados no aquecimento por radiadores podem ser conectados de diferentes maneiras, dependendo das características arquitetônicas e de interiores do ambiente.

Quanto ao método de conexão, o sistema de aquecimento por radiadores pode ser executado em qualquer uma das seguintes opções de execução:

• conexão superior;
• conexão inferior;
• instalação lateral;
• conexão diagonal.

No entanto, o método de conexão inferior é o mais difundido. Com essa disposição, os circuitos ocultos sob a superfície do rodapé ou do piso não chamam tanto a atenção.

E os cálculos confirmam que, com a conexão inferior, todas as vantagens do aquecimento residencial se manifestam plenamente.

Cada andar da casa é equipado com um coletor para radiadores. Ele é instalado no centro, camuflando o dispositivo em um nicho ou em um armário especialmente projetado na parede.

O local de instalação deve ser escolhido de modo que, sempre que possível, ramais de igual comprimento cheguem a todos os dispositivos.

Se não for possível alcançar a igualdade dos anéis conectados ao coletor, cada ramal é equipado com sua própria bomba de circulação.

Em essência, todos os ramais conectados ao nó de distribuição representam um circuito independente com seu próprio equipamento de bloqueio e, às vezes, automação.

Um exemplo notável de esquema de aquecimento por coletor são os pisos aquecidos a água.

O esquema de distribuição por coletor garante o fornecimento uniforme de calor a todos os anéis do sistema de pisos aquecidos a água “Pisos Aquecidos”

As tubulações dos pisos aquecidos são montadas com tubos de cobre ou seus equivalentes plásticos, e para as conexões são usados acessórios não destacáveis (fixos).

Nos anéis de aquecimento são instaladas válvulas, com as quais se regula o fornecimento de fluido térmico e, se necessário, desligam-se os «pisos aquecidos» da rede de aquecimento geral da casa.

O coletor para «piso aquecido» é uma construção que inclui uma série de anéis de tubos, que é instalada sob o revestimento do piso.

Tais sistemas sempre são equipados com bomba de circulação. Ela é colocada em um nó coletor intermediário na entrada do tubo de retorno.

O número de bocais no nó distribuidor depende da quantidade de ambientes conectados em um mesmo coletor.

O número de grupos de coletores é determinado com base no comprimento dos circuitos. Para o cálculo, toma-se como base uma proporção em que cada grupo de coletores corresponde a 120 metros de tubulação.

Tipo #2 — seta hidráulica

Na instalação de sistemas de aquecimento potentes e ramificados, projetados em edifícios residenciais de grande área, são utilizados coletores de distribuição equipados com distribuidor termo-hidráulico ou seta hidráulica.

Ao montar o elemento de ligação, de um lado é conectado o circuito da caldeira de aquecimento, e do outro – o aquecimento por radiadores ou 'piso aquecido'.

A seta hidráulica consiste em um tubo oco vertical, equipado nas extremidades com tampões elípticos, cuja principal finalidade é equalizar a pressão exercida sobre o fluido de transferência de calor.

A presença de uma seta hidráulica de distribuição permite resolver várias tarefas ao mesmo tempo:

• evitar mudanças bruscas de temperatura nas tubulações, que afetam negativamente a vida útil do sistema;
• através da mistura e circulação secundária de parte do fluido de transferência de calor, manter um volume constante de água da caldeira, além de economizar combustível e eletricidade;
• se necessário, compensar o déficit de vazão no circuito secundário.

A manutenção do equilíbrio térmico é alcançada porque o dispositivo permite separar o circuito hidráulico da caldeira do circuito secundário.

Opção de fabricação de um distribuidor coletor caseiro, equipado com uma seta hidráulica feita de tubo quadrado de aço e dotada de conexões.

O funcionamento ideal do sistema equipado com seta hidráulica pode ser garantido desde que cada circuito possua sua própria bomba de circulação.

Tipo #3 — instalações de coletores solares

Dispositivos deste tipo são escolhidos ao instalar um sistema de abastecimento de água autônomo em áreas não gaseificadas, onde o nível de radiação solar é suficientemente alto.

Os coletores de ar que funcionam com energia solar operam pelo efeito estufa, convertendo a luz solar em energia térmica.

A construção das instalações solares difere um pouco das análogas tradicionais. Na verdade, elas são uma espécie de estufas que acumulam energia solar.

A circulação natural do fluido térmico neles ocorre por meio de fluxos de convecção e pela ação de ventiladores conectados à placa absorvente.

O distribuidor que absorve os raios solares é uma pequena caixa plana coberta por uma placa preta adsorvente. Essa placa de absorção de calor acumula o calor.

O calor acumulado é transferido para o fluido térmico, que pode ser ar ou líquido circulando pelos tubos.

O principal objetivo do coletor solar é direcionar e redistribuir a energia do Sol para as necessidades domésticas e cotidianas.

No mercado, é possível encontrar sistemas coletores móveis que funcionam com energia solar. Sua estrutura é projetada de forma que os espelhos e os elementos de aquecimento "seguem" o movimento do sol, absorvendo sua energia ao máximo.

Mas, devido ao alto custo do equipamento, a aplicação de instalações solares como fonte principal de aquecimento, mesmo nas regiões sul do nosso país, não é vantajosa.

E, por isso, elas são mais utilizadas como fonte adicional de calor na configuração de sistemas de aquecimento com caldeiras a combustível sólido e a gás.

Modificações dos pentes distribuidores

Hoje, no mercado de equipamentos, há uma grande variedade de coletores para sistemas de aquecimento.

Os fabricantes oferecem tanto elementos de ligação de construção mais simples, cujo design não prevê a presença de acessórios auxiliares para regulagem do equipamento, quanto blocos de coletores com um conjunto completo de elementos embutidos.

Bloco coletor que inclui todos os elementos funcionais necessários para criar condições de operação ininterrupta e de alto desempenho do sistema de aquecimento.

Dispositivos de construção simples são modelos de latão com passagem em polegadas das derivações, equipados com dois orifícios de conexão nas laterais.

No coletor de retorno, esses dispositivos possuem tampões, que podem ser substituídos por instrumentos adicionais caso o sistema seja expandido.

Unidades intermediárias de montagem com solução construtiva mais complexa são equipadas com válvulas esféricas. Para cada derivação, é prevista a instalação de acessórios de fechamento e regulagem. Modelos sofisticados e caros podem ser equipados com:

• medidores de fluxo, cuja principal finalidade é regular o fluxo do fluido térmico em cada circuito;
• sensores de temperatura, destinados a controlar a temperatura de cada aparelho de aquecimento;
• válvulas de saída de ar do tipo automático para drenagem de água;
• válvulas e misturadores eletrônicos, destinados a manter a temperatura programada.

O número de circuitos pode variar de 2 a 10, dependendo dos consumidores conectados.

Independentemente da complexidade e multifuncionalidade do equipamento, na fabricação de pentes de blocos coletores, são utilizados materiais resistentes a fatores externos.

Considerando o material de fabricação, os coletores intermediários podem ser:

1. De latão – destacam-se por seus altos parâmetros operacionais a um preço acessível.
2. De aço inoxidável – as construções de aço são extremamente duráveis. Elas podem suportar facilmente alta pressão.
3. De polipropileno – modelos de materiais poliméricos, embora tenham um preço baixo, são inferiores em todas as características aos seus 'irmãos' metálicos.

Os modelos feitos de metal, para prolongar a vida útil e melhorar os parâmetros operacionais, são tratados com compostos anticorrosivos e revestidos com isolamento térmico.

As estruturas de separação feitas de polímeros são utilizadas na construção de sistemas aquecidos por caldeiras com potência de 13 a 35 kW

As peças do dispositivo podem ser fundidas ou equipadas com grampos de pinça, que permitem a conexão com tubos de metal-plástico.

Mas os especialistas não aconselham escolher coletores com grampos de pinça, pois eles frequentemente apresentam vazamento de fluido térmico nas conexões da válvula. Isso ocorre devido ao rápido desgaste do selo. E nem sempre é possível substituí-lo.

Os coletores são usados em esquemas de aquecimento monotubular e bitubular. Em sistemas monotubulares, um coletor fornece o fluido térmico aquecido e recebe o resfriado.

Recomendações para uma escolha adequada

A principal dificuldade não está apenas na instalação do coletor em si, mas também na escolha correta do equipamento.

Ao escolher o modelo do coletor, deve-se considerar os seguintes parâmetros:

1. Pressão máxima admissível para este modelo. Ela determina o tipo de material do qual o distribuidor hidráulico pode ser feito.
2. Capacidade de vazão do nó.
3. Presença de dispositivos auxiliares.
4. Número de saídas do coletor. Deve corresponder ao número de circuitos de resfriamento.
5. Possibilidade de conexão adicional de elementos.

Todos os parâmetros operacionais são indicados no manual do produto.

Para a instalação de circuitos de aquecimento independentes por andar, equipados com controle autônomo, os coletores devem ser montados em cada andar da casa.

Ao escolher e instalar distribuidores de piso, orienta-se pelos parâmetros da «subsistema» que eles se destinam a servir.

Graças à disposição por andar dos coletores, quando necessário, é possível desligar o aquecimento tanto de vários aparelhos individuais quanto de todo o andar.

Isso simplifica significativamente a manutenção do sistema de aquecimento e seu reparo.

Como o bloco de coletores não é um prazer barato, para se proteger de decepções com a rápida falha do sistema, ao escolher o modelo, vale a pena orientar-se pelos produtos de fabricantes confiáveis.

Pode-se confiar em fabricantes como «GREENoneTEC», «Rehau», «Soletrol», «Oventrop» e «Meibes». Em cada série dos principais fabricantes europeus, é possível selecionar um conjunto completo do equipamento adicional necessário.

Os elementos auxiliares e acessórios para o bloco coletor também devem estar em conformidade com as normas GOST e as especificações técnicas (TU).

Como dispositivos adicionais para conexão do coletor, podem ser necessários: 1 – purgador de ar automático, 2 – adaptador, 3 – cotovelo, 4 – torneira, 5 – união, 6 – outro cotovelo, 7 – saídas de tubo.

Cada um dos elementos adicionais da estrutura desempenha sua função:

• purgador de ar automático – é instalado se o bloco e os radiadores estiverem no mesmo andar;
• adaptador – será necessário ao instalar o purgador de ar, cujo diâmetro é de ½ polegada, desde que a rosca do coletor seja de ¾ polegada.
• cotovelo – permitirá conectar os tubos e direcionar o purgador de ar para cima.
• torneira – é necessária para conectar o tubo que vem da caldeira ao dispositivo;
• união, equipada com porca de capa – permitirá, se necessário, fechar o fornecimento de fluido térmico e, desapertando a porca de capa, desconectar o dispositivo.

Se for previsto conectar piso aquecido a água a partir do coletor, será necessário também instalar uma torneira de reposição.

Para fixar o coletor à parede, também serão necessárias braçadeiras, montadas em buchas plásticas. Ao montar a estrutura, também é permitido usar suportes especiais.

Essas estruturas são convenientes porque o coletor superior é projetado para frente, de modo que os tubos do nó não interferem na alimentação da tubulação para o coletor inferior.

Regras de instalação e conexão

É melhor escolher e instalar o coletor ainda na fase de projeto e instalação do sistema de aquecimento.

Essas estruturas intermediárias são instaladas em ambientes protegidos da umidade excessiva. Na maioria das vezes, para esse fim, reserva-se um espaço no corredor, na despensa ou no guarda-roupa.

O bloco do coletor deve ser colocado em um armário metálico especialmente projetado para esse fim, equipado com aberturas nas paredes laterais para a passagem dos tubos.

Existem modelos de armários metálicos de superfície e embutidos. Cada modelo vem com uma porta e relevos nas laterais.

Na falta de possibilidade de instalar um armário metálico, procede-se de forma mais simples, fixando o dispositivo diretamente na parede. O nicho para a instalação do bloco do coletor é colocado a uma pequena altura em relação ao chão.

Não existe uma instrução universalmente aceita para a montagem de esquemas de distribuição de coletores. Mas há uma série de pontos principais sobre os quais os especialistas chegaram a um consenso:

1. Presença de um tanque de expansão. O volume do elemento estrutural deve ser de pelo menos 10% da quantidade total de água no sistema.
2. Presença de uma bomba de circulação para cada circuito instalado. Em relação a este elemento, nem todos os especialistas concordam. Mas, se pretende utilizar vários circuitos independentes, vale a pena instalar uma unidade separada para cada um.

Antes da bomba de circulação na linha de retorno, é colocado um tanque de expansão. Graças a isso, ele se torna menos vulnerável à turbulência dos fluxos de água que frequentemente ocorrem neste local.

Se for usado um separador hidráulico, o tanque é montado antes da bomba principal, cuja principal tarefa é garantir a circulação no pequeno circuito.

A localização da bomba de circulação não é fundamental. Mas, como mostra a prática, a vida útil do dispositivo é um pouco maior no 'retorno'.

O principal na montagem é posicionar o eixo estritamente na horizontal. Se esta condição não for cumprida, a primeira bolha de ar acumulada deixará a unidade sem refrigeração e lubrificação.

O próprio processo de montagem e conexão do sistema de coletores é claramente apresentado no bloco de vídeo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo-guia para a montagem sequencial do bloco do coletor:

Vídeo-resumo da instalação e funcionamento do coletor modular de plástico:

Unidade de distribuição para 'piso aquecido':

Uma distribuição de coletores bem escolhida e instalada garante a eficiência e confiabilidade do sistema de aquecimento.

Graças ao pequeno número de conexões e tês, a probabilidade de vazamentos nesses sistemas é minimizada. E a possibilidade de ajustar a temperatura de aquecimento de cada radiador torna a operação do sistema de aquecimento especialmente confortável.

Se você possui o conhecimento necessário ou tem experiência em conectar um sistema de aquecimento de coletores, compartilhe com nossos leitores. Você pode fazer isso deixando um comentário no final do artigo.