Aquecimento a vapor em casa particular e na dacha baseado em forno ou caldeira

O aquecimento eficiente da residência – é uma das tarefas mais importantes para cada proprietário. Uma opção interessante para resolver essa tarefa pode ser o sistema de aquecimento a vapor, cujos princípios de funcionamento e configuração diferem dos esquemas de água tradicionais.

Esta não é a opção mais simples, tendo seus pontos fortes e fracos. Vamos falar sobre as regras de instalação e organização, características de funcionamento do sistema com transportador de calor em forma de vapor. Você aprenderá como instalar aquecimento a vapor em uma casa particular e como operá-lo corretamente.

Princípio de funcionamento do sistema a vapor

Quando a água ferve a uma pressão constante, ela mantém sua temperatura constante. O vapor formado como resultado dessa fervura possui uma quantidade significativa de energia térmica. No momento da condensação, ou seja, quando o vapor se transforma em líquido, essa energia é liberada e transferida ao ambiente.

Esse princípio é usado no funcionamento de sistemas de aquecimento a vapor. A água ferve na caldeira, o vapor se move pelos tubos até os radiadores, onde condensa e libera calor, aquecendo assim o ar do ambiente.

A água obtida no processo de condensação continua seu movimento pelos tubos e retorna a um acumulador especial, e em seguida é direcionada ao aquecedor de forma natural ou forçada, com a ajuda de uma bomba.

Dependendo da pressão dentro do sistema de aquecimento a vapor, eles são divididos em:

• vácuo-vapor;
• baixa pressão;
• alta pressão.

Nos primeiros, a pressão é inferior a 0,1 MPa; nos segundos – ainda mais baixa – até 0,07 MPa; e nos terceiros – superior a 0,07 MPa. Os sistemas abertos de baixa pressão têm acesso ao ar atmosférico, mas também podem ser fechados, ou seja, totalmente herméticos.

Neste esquema, são demonstrados os princípios da distribuição do aquecimento a vapor. O aparelho de aquecimento deve estar localizado abaixo dos radiadores, e a tubulação de condensado deve receber uma inclinação.

Nesses sistemas, geralmente é usado o chamado vapor saturado seco, que não contém partículas de água em suspensão. A quantidade de vapor no sistema reflete em seu funcionamento. Se houver muito pouco vapor, isso criará problemas para o escoamento livre do condensado, e na parte inferior do aparelho de aquecimento se acumulará ar frio.

Um volume suficiente de vapor melhora o processo de escoamento do condensado, que é empurrado para as paredes e escorre por elas na forma de uma fina película de água.

Em sistemas fechados, a água após a condensação entra imediatamente no trocador de calor, mas frequentemente são usados sistemas abertos, nos quais o fluido de transferência de calor é primeiro coletado em um reservatório acumulador e depois bombeado para a caldeira para aquecimento.

O condensado pode preencher completamente os tubos pelos quais se move para aquecimento ou apenas parcialmente. A última opção é preferível, pois ao desligar o sistema, os tubos permanecerão secos.

Se o fluido de transferência de calor do aquecimento a vapor, após a condensação, se move diretamente para a caldeira para posterior aquecimento, o sistema é chamado de fechado. Se o condensado é primeiro coletado em um tanque de acumulação, de onde é bombeado para a caldeira por uma bomba, o sistema pertence à categoria de sistemas abertos.

Características dos sistemas de baixa pressão

Uma variante comum desse sistema – fechado, com uso de retorno por gravidade do condensado para a caldeira, que preenche os tubos parcialmente, sendo utilizada a distribuição superior dos tubos.

Primeiro, o sistema é preenchido com água até o nível necessário, depois começa o aquecimento. O condensado escorre pelo tubo de descida comum e, ao atingir o nível definido, é deslocado para a caldeira.

Em um sistema semelhante com distribuição inferior, recomenda-se instalar tubos com uma leve inclinação na direção do movimento do vapor para reduzir os ruídos. No ponto de drenagem do condensado, deve-se instalar um selo d'água em forma de laço para evitar que o vapor vá para a linha de condensação.

A velocidade do vapor nesses sistemas deve ser moderada, não superior a 0,14 m/s. Caso contrário, o vapor irá arrastar partículas de umidade acumuladas nas paredes. Como resultado, o sistema opera com muito ruído, aumentando o risco de golpes de aríete.

A distribuição combinada, ou seja, a combinação de distribuição superior e inferior, é utilizada quando os tubos são instalados sob o piso do andar superior ou intermediário da casa. Nesse caso, o espaço dos tubos por onde a água retorna à caldeira será fechado pelo condensado.

Se a pressão no sistema exceder 0,02 MPa, ele deve ser aberto. O ar é removido através do acumulador de condensado e, para evitar que o vapor saia do sistema, instala-se um purgador de vapor ou um selo d'água. A água do acumulador é bombeada para o trocador de calor, permitindo que o acumulador seja instalado abaixo do nível do trocador de calor.

O fluido térmico para aquecimento de uma casa particular com caldeira é aquecido no trocador de calor localizado na caldeira. Ao atingir a temperatura de trabalho, o vapor se move para o coletor, que divide o fluxo em dois circuitos: para os ambientes principais e para a caldeira (+)

Avaliação das vantagens e desvantagens

O que há de bom no sistema de aquecimento a vapor? É relativamente simples de fazer, até mesmo com base em um fogão a lenha comum. Isso é especialmente relevante em regiões onde não há fornecimento centralizado de gás e a lenha ou outros combustíveis sólidos são facilmente acessíveis.

O vapor como fluido térmico supera significativamente a água. A velocidade de aquecimento dos ambientes é três vezes maior. Além disso, o sistema de aquecimento a vapor dificilmente pode falhar durante o inverno devido à falta de aquecimento.

Se o fogo se apagar, a água do sistema se acumulará no acumulador ou no trocador de calor, e os tubos e radiadores permanecerão vazios. No aquecimento a água, o congelamento do fluido térmico que preenche todo o circuito, como se sabe, leva ao rompimento dos tubos.

Finalmente, os tamanhos dos radiadores de aquecimento a vapor devem ser significativamente menores do que para sistemas de água, pois a quantidade de energia térmica resultante aumenta várias vezes. Isso reduz um pouco os custos de instalação do sistema de aquecimento da casa.

As grades decorativas para radiadores de aquecimento a vapor – não são apenas um elemento de design de interiores, mas também um meio de proteção contra queimaduras.

A lista de vantagens do sistema a vapor termina aqui, e podemos passar para suas desvantagens, que são bastante significativas:

• alto risco de queimaduras;
• nível elevado de ruído durante o funcionamento;
• dificuldades em ajustar o funcionamento do sistema;
• necessidade de adquirir tubos caros, etc.

De acordo com as normas de segurança, o aquecimento a vapor não é recomendado para residências, pois representa um alto risco para a saúde e a vida dos moradores.

Assim, a temperatura de funcionamento dos radiadores será muito alta, e ao tocá-los, pode-se sofrer uma queimadura grave. Portanto, todos os radiadores deverão ser cobertos com grades decorativas seguras.

Tubos comuns de PVC não são adequados para esse sistema, pois precisam suportar alta pressão e temperaturas acima de 100 graus. Os mesmos requisitos se aplicam aos demais elementos do sistema. Os tubos de aquecimento a vapor devem ser de cobre ou de aço galvanizado.

Tubos de cobre – são uma opção ideal, mas não nada barata, para tubulações de sistemas de aquecimento a vapor. Para conectar esses tubos, será necessário um aparelho de solda.

De qualquer forma, isso não pode ser considerado algo econômico. Deve-se dar a máxima atenção às questões de segurança. Todos os trabalhos de instalação, como a soldagem de tubos de cobre, exigirão execução da mais alta qualidade. Se uma conexão romper e um jato de vapor escapar pelo orifício, algum dos moradores da casa corre o risco de sofrer queimaduras graves.

Tubos de aço inoxidável são capazes de suportar as cargas típicas de sistemas de aquecimento a vapor, como alta temperatura e pressão elevada no sistema.

Outra desvantagem do aquecimento a vapor – é o nível elevado de ruído. Para resolver esse problema, a instalação dos radiadores deve ser feita corretamente. Eles são pendurados em suportes antirruído especiais. A caldeira ou o forno devem ser instalados em um cômodo separado. Além disso, os tubos de cobre podem ser colocados no interior das paredes, o que também reduzirá o nível de ruído.

Por fim, ajustar a temperatura de aquecimento nos cômodos com aquecimento a vapor é um pouco complicado. Não é possível instalar um termostato e simplesmente reduzir a quantidade de vapor. Será necessário reduzir a quantidade de combustível, o que nem sempre é simples, ou ventilar os ambientes. Antes de iniciar os trabalhos de instalação do sistema de aquecimento a vapor, todos esses pontos devem ser considerados.

Projeto do sistema de aquecimento a vapor

Mesmo para um cômodo pequeno, é melhor elaborar um projeto. Um sistema feito ao acaso provavelmente exigirá reformas em breve, enquanto um esquema elaborado no papel permitirá identificar imediatamente os pontos fracos e corrigi-los.

Por exemplo, para criar um sistema com circulação natural do fluido térmico, o trocador de calor e, consequentemente, o aparelho de aquecimento, devem ser colocados no ponto mais baixo da casa.

A tubulação de vapor e a tubulação de condensado dos sistemas de aquecimento com circulação natural do fluido térmico são instaladas com inclinação na direção do seu movimento (+)

Isso significa que o fogão ou a caldeira devem estar abaixo de todos os radiadores, bem como dos tubos que não estão na vertical, mas na horizontal ou em ângulo com a vertical.

Se não for possível posicionar o aquecedor dessa forma (a casa não tem porão, o porão é usado para outros fins, etc.), deve-se optar pelo aquecimento com circulação forçada.

O diagrama mostra um sistema de aquecimento com circulação forçada. Para sua instalação, serão necessários uma bomba de circulação e um tanque de armazenamento.

Portanto, no esquema de aquecimento a vapor é necessário incluir uma bomba que forçará a água para o trocador de calor. Um ponto importante no projeto do sistema de aquecimento – é a ordem de conexão dos radiadores. A conexão em série, ou o chamado sistema monotubular, envolve a ligação de todos os radiadores em sequência.

Como resultado, o fluido térmico se moverá sequencialmente pelo sistema, esfriando gradualmente. Esta é uma opção de conexão econômica, que é mais fácil de instalar e mais barata.

Mas a uniformidade do aquecimento será prejudicada com esse método, pois o primeiro radiador será o mais quente, e o último receberá o fluido térmico já meio frio.

A conexão monotubular dos radiadores, como visto neste esquema, envolve a instalação em série. O último radiador recebe o fluido térmico já frio.

A solução monotubular pode ser aceitável apenas para a instalação de aquecimento a vapor em uma casa de campo ou em uma casa pequena, com área inferior a 80 m². Já para uma casa ampla ou construção de dois andares, é mais adequado um sistema bitubular, no qual os radiadores são conectados em paralelo.

O esquema com um tubo garante a entrada simultânea, e não sequencial, do fluido térmico em cada radiador, e o aquecimento dos ambientes ocorre de forma mais uniforme. Mas no circuito bitubular, será necessário levar dois tubos para cada radiador: o de ida e o de retorno.

Esse sistema é mais complexo de implementar e também custará um pouco mais caro do que a instalação de um sistema monotubular. No entanto, a grande maioria dos sistemas de aquecimento a água é feita com esquema bitubular, apesar das dificuldades, e funciona com sucesso.

Neste diagrama, é mostrado um sistema de montagem de radiadores de aquecimento a vapor de dois tubos. Cada radiador é conectado a uma coluna comum e possui um tubo de retorno, o que garante uma distribuição uniforme do fluido térmico.

Se a fonte de calor for um fogão a lenha, é necessário calcular e projetar imediatamente um trocador de calor especial. Ele se parece com uma serpentina soldada a partir de tubos metálicos. Este elemento é embutido diretamente na estrutura do fogão, e não instalado separadamente.

Portanto, o projeto do novo fogão também deve ser planejado na fase de projeto. Pode-se usar um fogão existente, mas será necessário desmontá-lo parcialmente para embutir o trocador de calor em seu interior.

Para obter 9 kW de calor, é necessário um trocador de calor com área superficial de cerca de um metro quadrado. Quanto maior a área a ser aquecida, maiores devem ser as dimensões do trocador de calor.

Se o aquecimento do ambiente for feito por meio de uma caldeira, tudo é um pouco mais simples: ela precisa ser comprada e instalada. Normalmente, para aquecimento a vapor em uma casa, recomenda-se um modelo de caldeira aquatubular, por ser o mais eficiente.

Embora modelos flamotubulares, de tubos de fumaça ou combinados (tubos de fumaça e flamotubulares) também possam ser uma opção bastante aceitável.

Às vezes, para organizar o aquecimento a vapor, utiliza-se uma caldeira caseira, na qual se queima óleo de motor usado. Mas essa opção é considerada adequada para uso em dependências auxiliares, como uma garagem. Para uma casa residencial, essa opção não é muito boa.

Instalação com base em fogão a lenha

Se o projeto foi elaborado, é hora de adquirir os materiais e ferramentas necessários. O projeto previamente elaborado permitirá calcular a quantidade necessária de elementos do sistema.

Nele devem estar marcadas todas as curvas, conexões, tês, pontos de instalação dos radiadores, etc. Além disso, é necessário adquirir braçadeiras para tubos, bem como suportes nos quais os radiadores serão instalados.

A caldeira do sistema de aquecimento a vapor, baseado em um fogão a lenha, é instalada diretamente nele. À caldeira são conectados o tubo de vapor e o tubo de condensado.

O comprimento dos tubos também é calculado de acordo com o esquema. Para reduzir a pressão do vapor no sistema quando necessário, será necessário uma válvula redutora de pressão. Um selo hidráulico é necessário para permitir o esvaziamento completo do sistema para limpeza, manutenção ou reparo.

Recomenda-se instalar uma válvula de fechamento antes de cada radiador, que permitirá desligá-lo para reparo, lavagem ou substituição. Também são instalados nos radiadores torneiras de Mayevsky para purgar o ar que entrou no sistema. Embora o vapor seja uma substância gasosa, e não líquida, a presença de ar no sistema pode afetar negativamente sua eficiência.

Para que o processo de condensação ocorra exatamente nos radiadores, e não no acumulador ou na coluna, recomenda-se instalar na saída um T com bujão, por onde passará apenas água. Se for planejada a instalação de um sistema com circulação forçada, será necessária uma bomba de circulação. Além disso, é necessário um recipiente para coletar a umidade condensada.

Sistemas por gravidade não necessitam de tais dispositivos. Mas o tubo pelo qual a água é direcionada ao trocador de calor deve ser suficientemente largo para garantir o rápido deslocamento do líquido para aquecimento posterior.

A ausência de uma válvula redutora de pressão no sistema de aquecimento a vapor, cujo dispositivo é mostrado no diagrama, pode causar danos graves devido ao excesso de pressão.

Além das ferramentas de montagem comuns, será necessário um equipamento de soldagem para conexão de tubos de cobre. As estruturas em aço galvanizado geralmente possuem conexões roscadas, que devem ser cuidadosamente vedadas. Se for planejada a instalação de aquecimento a vapor a partir do fogão, será necessário começar pela fabricação do trocador de calor.

O trocador de calor de aquecimento a vapor, embutido em um fogão a lenha, consiste em um sistema de tubos metálicos ocos por onde circula água. O elemento pode ter uma forma arbitrária, correspondendo às dimensões e formato do fogão.

Ele é soldado a partir de tubos metálicos com espessura de 2,5-3 mm ou até um pouco mais espesso. O trocador de calor pode ser feito tanto em forma de serpentina quanto em qualquer outra forma. O importante é que o dispositivo caiba dentro do fogão a lenha, e também que sua superfície seja grande o suficiente para aquecer a água e gerar vapor.

A qualidade da soldagem do trocador de calor deve ser, sem exagero, ideal. Mesmo cavidades microscópicas nas juntas são inaceitáveis, pois o dispositivo estará sujeito a pressão elevada do vapor quente. Depois que o trocador de calor estiver pronto para instalação, deve-se verificar cada junta soldada.

Para isso, primeiro todas as juntas são untadas com giz branco. Em seguida, uma das aberturas do trocador de calor é fechada, e na outra é derramado querosene até que o dispositivo esteja completamente cheio. Agora é preciso esperar um pouco e depois avaliar o estado das juntas. Se houver rachaduras, o querosene vazará através delas e, nesses locais, o giz escurecerá.

Os defeitos identificados são corrigidos e, em seguida, a verificação é realizada novamente para garantir a integridade do dispositivo. Agora, ele deve ser lavado e, depois, iniciar a construção do fogão a lenha. O trocador de calor é firmemente embutido na fornalha, e às suas entrada e saída são conectados tubos, que serão usados para ligar o trocador de calor ao sistema de aquecimento da casa.

A colocação do forno é concluída na ordem usual para tais estruturas. Em seguida, realiza-se a montagem dos tubos e radiadores do sistema de aquecimento de acordo com o projeto elaborado anteriormente. Primeiro, instalam-se os radiadores, utilizando suportes que amenizarão o ruído do funcionamento do aquecimento a vapor.

Em cada radiador, instalam-se válvulas Mayevsky para que se possa liberar o ar. Serão necessárias uma válvula de bloqueio a mais do que o número de radiadores, pois é necessário instalar uma válvula de bloqueio geral no início do sistema. Antes dessa válvula, também se instala uma válvula redutora de pressão e uma unidade redutora de resfriamento.

No final, se previsto no projeto, instala-se um acumulador para o fluido térmico e uma bomba de circulação. Para sistemas com circulação natural, e não forçada, não são necessários tanque e bomba. Mas, ao tubo que leva ao permutador de calor, deve-se dar uma pequena inclinação, aproximadamente 3 mm por metro.

As caldeiras modernas para aquecimento a vapor em casa – são dispositivos confiáveis, que funcionam com diversos combustíveis e são equipadas com sistemas de controle automatizados.

Os sistemas com caldeira a vapor são montados de forma semelhante: de acordo com o projeto e considerando as características do equipamento. Por exemplo, a válvula redutora e o resfriador provavelmente não serão necessários, pois o sistema de controle de pressão e temperatura do vapor já está integrado na caldeira.

Alguns conselhos úteis

Ao montar o sistema de aquecimento a vapor, deve-se lembrar que todos os seus elementos devem suportar alta temperatura, acima de 100 graus. Por exemplo, um vaso de expansão de membrana comum como reservatório para o caso de aumento do volume do fluido térmico não é adequado, porque seu máximo – é 85 graus.

A chaminé do forno no qual está embutido o permutador de calor ficará suja mais rapidamente do que a de um forno comum. Portanto, a limpeza da chaminé deve ser planejada e realizada com mais frequência.

O forno com permutador de calor, se desejar, também pode ser usado para cozinhar, mas não é muito prático. No período de verão, quando o aquecimento não é necessário, este forno não pode ser aceso. Será necessário encontrar uma alternativa. É mais simples se houver um forno separado e conveniente para a cozinha na casa.

Sobre como projetar e montar um sistema de aquecimento a vapor com as próprias mãos, está descrito em detalhes neste artigo, que recomendamos a leitura.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

A experiência prática na conversão de um forno a lenha em uma caldeira de aquecimento a vapor é apresentada neste vídeo:

A continuação do processo de montagem do aquecimento a vapor pode ser vista neste arquivo:

Sobre a diferença entre circulação forçada e natural em sistemas de aquecimento é detalhadamente explicado aqui:

O aquecimento a vapor – não é a opção mais simples de implementação de um sistema de aquecimento autônomo. Mas, com projeto e instalação corretos, usando vapor, é possível fornecer a sua casa a quantidade necessária de calor de forma eficiente e relativamente econômica.

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