Como fazer aquecimento a vapor você mesmo: dispositivo, regras e requisitos

Em cada casa deve haver aquecimento, caso contrário, viver nela será muito desconfortável, mesmo que seja muito espaçosa e bonita. Os proprietários resolvem o problema do aquecimento de diferentes maneiras, com base em suas próprias possibilidades e condições climáticas.

Alguns instalam aquecimento a vapor em suas casas: montar esse sistema por conta própria é bastante simples. Como fazer isso? Vamos tentar entender.

Princípio de funcionamento do aquecimento a vapor

Muitos confundem o sistema de aquecimento a vapor com o de aquecimento a água. De fato, externamente eles são muito semelhantes. Em ambos os casos, há necessariamente uma caldeira, tubos e radiadores. Mas para o sistema a vapor, o fluido térmico é o vapor; para o sistema a água, é a água.

Esta é a diferença fundamental entre os dois sistemas. A caldeira não aquece, mas evapora a água; o vapor resultante se move pelos tubos até os radiadores.

Dentro deles, ocorre o resfriamento e a condensação do vapor. No processo de condensação, um quilograma de vapor libera mais de 2000 kJ de calor, enquanto a água que resfria em 50 °C fornece apenas 120 kJ.

É claro que a transferência de calor do vapor é várias vezes maior, o que explica a alta eficiência do aquecimento desse tipo. O condensado que se forma dentro dos radiadores escorre para a parte inferior das peças e flui por gravidade em direção à caldeira.

De acordo com o método de retorno do fluido térmico transformado em condensado, todos os tipos de sistemas de aquecimento a vapor são divididos em duas variedades:

• Fechada. Neste caso, não há rupturas no circuito, e o condensado escoa pelos tubos instalados em um determinado ângulo diretamente para a caldeira para aquecimento posterior.
• Aberta. O sistema se diferencia pela presença de um tanque de armazenamento, onde o condensado dos radiadores é coletado. Desse tanque, ele é bombeado de volta para a caldeira por meio de uma bomba.

Quanto aos métodos de montagem e distribuição dos tubos, os circuitos de aquecimento a vapor são divididos em tipos totalmente análogos aos sistemas de água.

O princípio de funcionamento do sistema de aquecimento a vapor é muito simples: o vapor obtido no gerador de vapor é usado como fluido térmico

De acordo com os parâmetros de pressão absoluta, os sistemas de aquecimento a vapor são divididos em tipos de alta pressão com excesso de pressão >0,07 MPa; baixa pressão com excesso de pressão no intervalo de 0,005—0,07 MPa; e vácuo com pressão absoluta <0,1 MPa.

Se nos circuitos de baixa pressão houver seções ou dispositivos que se comunicam com a atmosfera, eles são classificados como abertos; caso contrário – fechados.

Os circuitos de aquecimento a vapor são construídos com base no princípio dos sistemas de água. O vapor sobe pelo riser, move-se pelas linhas principais até os dispositivos de aquecimento. Apenas, em vez do retorno, o condensado formado durante a transferência de energia térmica do vapor para o consumidor é coletado.

Por que escolher aquecimento a vapor?

É preciso admitir que os sistemas de aquecimento a vapor não podem ser considerados muito populares. Esse tipo de aquecimento é, antes, uma raridade. Vamos analisar detalhadamente suas vantagens e desvantagens.

Entre as primeiras, sem dúvida, estão:

• A eficiência do sistema de aquecimento. Ela é tão alta que para aquecer os ambientes bastará um pequeno número de radiadores e, em alguns casos, pode-se dispensá-los: os tubos serão suficientes.
• A baixa inércia do sistema, graças à qual o circuito de aquecimento aquece muito rapidamente. Literalmente, alguns minutos após ligar a caldeira, o calor começa a ser sentido nos cômodos.
• As perdas de calor no sistema são praticamente inexistentes, o que o torna bastante econômico em comparação com outros.
• Possibilidade de uso pouco frequente, pois devido à pequena quantidade de água nos tubos, o sistema não descongela. Como opção, pode ser instalado em casas de campo, onde se visita de vez em quando.

A principal vantagem do aquecimento a vapor é considerada a sua economia. Os custos iniciais para sua instalação são bastante modestos, durante a operação exige investimentos relativamente pequenos.

No entanto, mesmo com tantas vantagens, as desvantagens do sistema são bastante significativas. Elas estão relacionadas principalmente ao fato de que o fluido de aquecimento utilizado é vapor de água, cuja temperatura é muito alta.

Dentro do radiador de aquecimento a vapor ocorre a condensação do vapor de água. Durante este processo, uma grande quantidade de energia térmica é liberada, o que explica a alta eficiência do sistema.

Devido a isso, todos os elementos do sistema aquecem até 100 °C e até mais. É claro que qualquer toque acidental neles causará queimadura. Portanto, todos os radiadores, tubos e outras peças da estrutura devem estar obrigatoriamente cobertos. Especialmente se houver crianças na casa.

A alta temperatura dos radiadores e tubos provoca uma circulação ativa de ar no ambiente, o que é bastante desconfortável e, às vezes, perigoso, por exemplo, em caso de reação alérgica à poeira.

Ao usar aquecimento a vapor, o ar nos cômodos fica muito seco. Os tubos e radiadores quentes o ressecam. Isso exige o uso adicional de umidificadores.

Nem todos os materiais de acabamento com os quais são decorados os ambientes aquecidos dessa forma suportam a proximidade com radiadores e tubos incandescentes. Portanto, sua escolha é muito limitada.

A opção mais aceitável neste caso é o reboco de cimento pintado com tinta resistente ao calor. Todo o resto é questionável. O aquecimento a vapor tem ainda outra desvantagem que afeta o conforto dos moradores: o ruído produzido pelo vapor que passa pelos tubos.

Entre as desvantagens mais significativas está a baixa regulagem do sistema. A transferência de calor da estrutura praticamente não pode ser controlada, o que leva ao superaquecimento dos ambientes.

O aquecimento a vapor é um sistema potencialmente perigoso, portanto, a escolha do equipamento deve ser feita com muita responsabilidade. Os tubos do sistema devem ser exclusivamente metálicos.

Existem opções de solução. A primeira é a instalação de automação que liga a caldeira quando os ambientes esfriam. Nesse caso, os moradores da casa sentirão bastante desconforto devido à constante oscilação de temperatura.

Uma maneira mais 'suave', mas trabalhosa, é a disposição de várias ramificações paralelas, que precisarão ser colocadas em funcionamento conforme a necessidade.

A principal desvantagem do aquecimento a vapor, pela qual é pouco utilizado, é o seu alto risco de acidentes. É preciso entender que, em caso de ruptura de um tubo ou radiador, sob pressão, sairá vapor quente, o que é extremamente perigoso.

Por isso, esses sistemas são proibidos hoje em edifícios residenciais e são menos usados na indústria. Já em casas particulares, eles podem ser instalados sob responsabilidade pessoal do proprietário.

Elementos principais do sistema a vapor

O sistema a vapor inclui vários elementos obrigatórios. Vejamos cada um deles com mais detalhes.

Caldeira a vapor – o coração do sistema

A função principal do aparelho de aquecimento é transformar água em vapor, que posteriormente segue para a tubulação. Os principais elementos construtivos do aparelho são os coletores, o tambor e as tubulações.

Além disso, há um reservatório de água, chamado de espaço aquático. Acima dele, durante o funcionamento do dispositivo, forma-se um espaço de vapor. Eles são separados pelo chamado espelho de evaporação.

Na figura é apresentada esquematicamente uma das variedades de caldeira a vapor doméstica

Dentro do espaço de vapor pode ser instalado equipamento adicional destinado à separação do vapor. O princípio de funcionamento da caldeira baseia-se na troca de calor entre gases de combustão, água e vapor.

Existem duas variedades de aparelhos de aquecimento a vapor: os do tipo flamotubular e os do tipo aquatubular. No primeiro caso, gases aquecidos movem-se dentro de uma tubulação colocada dentro do reservatório de água.

Eles transferem calor para o líquido, que atinge o ponto de ebulição. As variedades aquatubulares funcionam de maneira um pouco diferente. Aqui, a água se move através de tubos colocados dentro da câmara dos gases de combustão. Ela aquece e ferve.

A água e o vapor dentro da caldeira podem se mover de forma forçada ou natural. No primeiro caso, uma bomba é incluída no projeto; no segundo, utiliza-se a diferença de densidades entre a água e o vapor.

Em todas as variedades de caldeiras a vapor, utiliza-se aproximadamente o mesmo princípio de transformação da água em vapor:

1. O líquido preparado é alimentado para um reservatório localizado na parte superior da caldeira.
2. Daqui, a água flui pelos tubos para o coletor.
3. O líquido do coletor sobe para o tambor superior, passando pela zona de aquecimento.
4. Dentro do tubo com água, devido ao aquecimento, forma-se vapor que sobe.
5. O vapor, se necessário, passa por um separador, onde é separado da água. Depois, segue para a tubulação de vapor.

A caldeira a vapor pode utilizar vários tipos de combustível. Dependendo disso, são feitas certas alterações em seu projeto. Elas dizem respeito à câmara de combustão. Para combustível sólido, é instalada uma grelha, onde são colocados carvão, lenha, etc.

Para combustíveis líquidos e gasosos, são utilizados queimadores especiais. Existem também opções combinadas práticas.

Entre os artesãos caseiros, a instalação de aquecimento a vapor com o uso de um fogão é muito popular. A foto mostra uma das possíveis opções de modificação do fogão.

A potência da caldeira é selecionada de acordo com a área a ser aquecida.

Isso pode ser feito com base em valores médios:

• 25 kW para edifícios de até 200 m²;
• 30 kW para casas com área de 200 a 300 m²;
• 35-60 kW para construções de 300 a 600 m².

Se forem necessários dados mais precisos, utiliza-se o método de cálculo padrão, onde para cada 10 m² corresponde 1 kW de potência do equipamento. Não se deve esquecer que a fórmula é usada para casas com pé-direito de 2,7 m ou menos.

Para construções mais altas, a potência deve ser maior. Atenção especial deve ser dada à certificação da caldeira ao escolhê-la. Qualquer sistema de aquecimento a vapor é potencialmente perigoso, portanto, o teste do equipamento é obrigatório.

Tubos e radiadores de aquecimento

A temperatura do fluido de aquecimento em sistemas a vapor varia de 100 a 130 °C, que é muito maior do que em sistemas líquidos, onde é de 70 a 90 °C. Portanto, o uso de equipamentos similares para a instalação dos sistemas é fortemente desaconselhado.

Isto se aplica principalmente a tubos de metal-plástico e polipropileno. As temperaturas máximas de operação para esses materiais variam entre 90-100 °C, portanto seu uso é estritamente proibido.

A opção ideal para instalação de um sistema de aquecimento a vapor são os tubos de cobre. Eles não são suscetíveis à corrosão, suportam altas temperaturas, mas são muito caros.

Para as tubulações principais dos sistemas a vapor, geralmente são utilizados três tipos de tubos. A opção mais barata são os tubos de aço. Eles suportam facilmente temperaturas de 130 °C, o que é mais que suficiente, e possuem resistência adequada.

No entanto, o condensado que se forma dentro das peças destrói rapidamente os tubos, pois o aço está sujeito à corrosão, e o ambiente agressivo criado pelo vapor apenas agrava essa deficiência.

Outra desvantagem dos elementos de aço é a necessidade de conexão por soldagem, o que exige muito esforço e tempo. Os tubos de aço galvanizado são muito mais resistentes à corrosão. Eles também suportam bem altas temperaturas.

Para sua conexão, geralmente é utilizado o método rosqueado, o que simplifica bastante o processo. A principal desvantagem dos tubos galvanizados é o seu alto custo.

A opção ideal são os tubos de cobre. O material suporta altas temperaturas, é bastante plástico e ao mesmo tempo resistente, não está sujeito à corrosão. Para a conexão das peças de cobre, utiliza-se a soldagem.

Os tubos de cobre são muito duráveis e resistentes, porém seu custo é muito alto. Assim, a opção mais aceitável em termos de relação qualidade-preço são tubos de aço com revestimento anticorrosivo ou galvanizados.

A melhor escolha para aquecimento a vapor – são os radiadores de ferro fundido. Eles podem suportar cargas severas devido à presença de vapor quente dentro das baterias.

Os radiadores para sistemas a vapor são selecionados com base no princípio da resistência. É importante que suportem altas temperaturas e sejam resistentes à corrosão. Com base nisso, a melhor opção pode ser considerada os radiadores de ferro fundido maciços, e a pior, os painéis de aço.

Considerando a alta eficiência do sistema, em alguns casos é perfeitamente aceitável o uso de tubos de aço com aletas.

Bloco de equipamentos de controle e medição

O sistema de aquecimento a vapor apresenta um risco elevado de acidentes, portanto, a presença de instrumentos de controle é obrigatória. A pressão no sistema é monitorada e, se necessário, é normalizada. Para esses fins, geralmente é usado um redutor.

O dispositivo é equipado com uma válvula através da qual o excesso de vapor é removido do sistema. Para instalações potentes, pode ser necessário mais de uma dessas válvulas.

Variedades do sistema de aquecimento

Na prática, pode-se encontrar um grande número de variações de aquecimento a vapor. Quanto ao número de tubos, distinguem-se variedades de sistemas a vapor de um e dois tubos. No primeiro caso, o vapor se move continuamente pelo tubo.

Na primeira parte do seu percurso, ele transfere calor para as baterias e gradualmente se transforma em estado líquido. Em seguida, ele se move como condensado. Para que não haja obstruções no caminho do fluido de transferência de calor, o diâmetro do tubo deve ser suficientemente grande.

Às vezes, o vapor não condensa parcialmente e irrompe no condensador. Para evitar sua penetração no ramal destinado à drenagem do condensado, recomenda-se instalar purgadores de vapor após cada radiador ou grupo de aparelhos de aquecimento.

Uma desvantagem significativa do sistema de um tubo é a diferença no aquecimento dos radiadores. Os que estão mais próximos da caldeira aquecem mais. Os que estão mais longe aquecem menos. Mas essa diferença será perceptível apenas em edifícios de grande área. Em sistemas de dois tubos, o vapor se move por um tubo e o condensado sai pelo outro. Dessa forma, é possível igualar a temperatura em todos os radiadores.

Mas, com isso, o consumo de tubos aumenta significativamente. Assim como o aquecimento a água, o aquecimento a vapor pode ser de um ou dois circuitos. No primeiro caso, o sistema é usado apenas para aquecimento de ambientes; no segundo, também para aquecimento de água para uso doméstico. A distribuição do aquecimento também varia.

Três opções são praticadas:

• Com distribuição superior. A tubulação principal de vapor é instalada acima dos aquecedores, e dela descem tubos até os radiadores. Ainda mais abaixo, junto ao chão, é colocada a tubulação de condensado. O sistema é o mais estável e simples de implementar.
• Com distribuição inferior. A tubulação principal é colocada abaixo dos aquecedores a vapor. Como resultado, pelo mesmo tubo, que deve ter um diâmetro um pouco maior que o normal, o vapor se move em uma direção e o condensado na direção oposta. Isso provoca golpes de aríete e despressurização da estrutura.
• Com distribuição mista. O tubo de vapor é montado um pouco acima do nível dos radiadores. Todo o resto é como no sistema com distribuição superior, graças ao qual todos os seus benefícios são mantidos. A principal desvantagem é o alto risco de lesões devido ao fácil acesso aos tubos incandescentes.

Ao configurar um esquema com circulação natural, lembre-se de que a tubulação de vapor é instalada com uma ligeira inclinação na direção do movimento do vapor, e a tubulação de condensado na direção do condensado.

A inclinação deve ser de 0,01 – 0,005, ou seja, para cada metro linear de ramal horizontal, deve haver 1,0 – 0,5 cm de inclinação. A posição inclinada das tubulações de vapor e condensado eliminará o ruído do vapor que passa pelos tubos e garantirá o livre escoamento do condensado.

Os sistemas de aquecimento a vapor são construídos em esquemas de um tubo e dois tubos. Entre os de um tubo, predominam as variantes com conexão horizontal aos aquecedores. No caso de um circuito com conexão vertical dos aquecedores, é melhor escolher a opção de dois tubos.

Em termos de pressão interna, os sistemas se dividem em duas variedades principais:

• A vácuo. Assume-se a estanqueidade total do sistema, dentro do qual é instalada uma bomba especial que cria vácuo. Como resultado, o vapor se condensa em temperaturas mais baixas, tornando esse sistema relativamente seguro.
• Atmosféricos. A pressão dentro do circuito excede a pressão atmosférica várias vezes. Em caso de acidente, isso é extremamente perigoso. Além disso, os radiadores que operam nesse sistema aquecem a temperaturas muito altas.

Há muitas opções para instalar aquecimento a vapor, portanto, cada um pode escolher a opção ideal para sua casa, considerando todas as características do edifício.

A figura mostra o esquema de um sistema de aquecimento a vapor aberto

Como organizar a sala da caldeira?

A caldeira a vapor, funcionando com qualquer combustível, deve ser instalada apenas em um ambiente especialmente equipado para isso.

As normas desenvolvidas para equipamentos a vapor padrão com pressão de até 0,07 MPa, que produzem vapor a uma temperatura de 120-130 °C, estabelecem uma série de requisitos para essas salas de caldeiras:

• a distância das paredes ao aparelho de aquecimento não pode ser inferior a 100 cm;
• a altura do ambiente deve ser de no mínimo 220 cm;
• o nível mínimo de resistência ao fogo das portas é de 30 min, das paredes de 75 min;
• presença de ventilação de qualidade;
• presença de portas e janelas que dão para a rua.

O melhor é instalar a sala da caldeira em um ambiente separado, mas também é permitido dividir um cômodo adequado. Dentro dela, é necessário revestir com materiais não inflamáveis. O mais adequado para isso é o revestimento cerâmico.

As paredes da sala da caldeira devem ser revestidas com materiais não inflamáveis, por exemplo, revestimento cerâmico.

Preparação para a instalação do sistema a vapor

Para fazer corretamente o aquecimento a vapor, é necessário começar com a preparação do projeto. Seu desenvolvimento é uma tarefa complexa, que é melhor deixar para especialistas. No projeto finalizado, muitos aspectos devem ser considerados.

Em primeiro lugar, é realizado o cálculo das cargas térmicas para cada ambiente e para o edifício como um todo. A fonte de vapor é selecionada, assim como o mecanismo e o grau de automação do sistema.

Além disso, o consumo de vapor é obrigatoriamente determinado; com base nisso, são escolhidos os equipamentos e o esquema de sua utilização. Depois que o projeto estiver pronto, pode-se iniciar a elaboração do plano de instalação.

Para sua execução, será necessário um plano do edifício, no qual são marcados os locais dos equipamentos. Normalmente, começa-se pela caldeira. Determina-se sua localização. Se o sistema tiver circulação natural, a caldeira deve estar abaixo do nível dos radiadores.

Nesse caso, geralmente ela é colocada no porão ou no subsolo, para que o condensado possa escoar sozinho para o dispositivo. Em seguida, a distribuição de todo o sistema de aquecimento é desenhada no plano da casa. Além disso, todo o equipamento necessário é anotado.

Os especialistas recomendam realizar essa operação diretamente 'no local', estando no cômodo onde o equipamento será instalado. Só assim é possível notar e levar em conta todas as saliências e obstáculos que será preciso contornar.

Antes de iniciar a instalação, é obrigatório elaborar um esboço do futuro sistema, no qual são marcados todos os equipamentos e os pontos de fixação dos radiadores.

Todas as transições e ângulos são obrigatoriamente marcados no esquema. Depois que ele estiver concluído, pode-se passar à contagem da quantidade de material necessária para sua execução. Mais uma vez, vale ressaltar a importância da escolha correta dos equipamentos.

O sistema a vapor é potencialmente perigoso em caso de acidentes, portanto, não se deve economizar nos materiais e nos dispositivos. Tudo deve ser de alta qualidade e certificado; caso contrário, sérios problemas serão inevitáveis.

Tecnologia de instalação do aquecimento a vapor

Os trabalhos começam com a instalação da caldeira de aquecimento. Ela é montada em um cômodo previamente preparado sobre uma base de concreto. Em alguns casos, prepara-se uma pequena fundação separada para o equipamento.

O aparelho é instalado na base estritamente na horizontal; a correção é verificada com um nível de construção. Quaisquer desvios observados são corrigidos imediatamente.

A caldeira colocada na base é conectada ao sistema de exaustão de gases de combustão. A conexão deve ser resistente e completamente vedada.

A próxima etapa é a suspensão dos radiadores. Para isso, ganchos especiais são cravados na parede nos locais indicados no diagrama de montagem, nos quais as baterias são fixadas. Se for previsto o uso de tubos aletados, eles são fixados.

Tubos aletados podem ser usados em sistemas de aquecimento a vapor em vez de radiadores. Os altos parâmetros de transferência de calor do sistema serão significativamente ampliados devido à maior área da superfície condutora de calor.

Verifica-se a resistência da fixação dos emissores de calor. Em seguida, pode-se proceder à instalação do tanque de expansão. Ele é fixado no ponto mais alto, a uma curta distância da caldeira de aquecimento, de preferência que essa distância seja a mínima possível.

Agora pode-se instalar um conjunto de instrumentos de controle. Eles são montados na saída da caldeira. Aqui, no mínimo, devem estar um manômetro e uma válvula de descarga.

Todo o equipamento instalado é conectado entre si por tubos. O método de conexão depende do material de que são feitos. Em qualquer caso, deve-se verificar cuidadosamente a correção e a confiabilidade das conexões realizadas.

Para sistemas abertos, no final da tubulação principal é instalado um reservatório para coleta de condensado e uma bomba é montada. O tubo de conexão que vai dele para o aparelho de aquecimento deve ter um diâmetro menor do que os outros tubos.

A caldeira a vapor é conectada ao circuito de aquecimento. Ao mesmo tempo, instala-se obrigatoriamente toda a válvula de fechamento necessária e filtros que reterão partículas grandes de sujeira que possam estar presentes na água.

Se o equipamento funcionar a gás, realiza-se a conexão da linha de combustível. Mangueiras flexíveis são proibidas neste caso – apenas alimentação rígida.

Todas as conexões são feitas exatamente de acordo com as normas, para evitar posteriormente a ocorrência de uma situação de emergência.

Em seguida, pode-se realizar uma partida de teste. Para isso, água é despejada no circuito e, em seguida, o equipamento é colocado em operação. Primeiro na temperatura de trabalho mínima, depois aumenta-se gradualmente, monitorando a correção do funcionamento e a integridade do sistema.

Ao identificar as menores falhas, o equipamento é parado e todas as irregularidades em seu funcionamento são eliminadas.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como transformar um fogão em uma caldeira a vapor:

Princípio de funcionamento da caldeira a vapor:

Aquecimento a vapor caseiro:

Aquecimento a vapor é uma forma muito simples e econômica de aquecer a casa. Muitos são atraídos por suas mínimas perdas de calor, alta eficiência e baixos custos operacionais.

No entanto, é preciso lembrar que o aquecimento a vapor é potencialmente perigoso, e uma situação de emergência neste caso pode levar a ferimentos graves. Portanto, seu cálculo e instalação devem ser tratados com toda a seriedade.

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