Como funcionam os sistemas de aquecimento com circulação por bomba: esquemas de organização

Garantir o movimento natural do fluido térmico pelo circuito de aquecimento nem sempre é possível, mesmo para profissionais experientes. Às vezes, a água se move pelo sistema, mas não entra calor suficiente na casa.

Cada vez mais, proprietários de casas particulares preferem instalar sistemas de aquecimento com circulação por bomba, que são bastante diversos e práticos. Neste artigo, analisamos os principais esquemas de organização do aquecimento forçado, complementando o material com ilustrações claras e fotos.

Também selecionamos vídeos úteis com recomendações de especialistas sobre a instalação do equipamento de bombeamento para o sistema de aquecimento. Isso permitirá entender detalhadamente a questão da instalação da bomba.

Princípio de funcionamento do sistema forçado

A bomba de circulação – é um pequeno dispositivo elétrico de construção extremamente simples. Dentro do corpo há um impulsor, que gira e dá ao fluido térmico que circula pelo sistema a aceleração necessária. O motor elétrico que proporciona a rotação consome muito pouca eletricidade, apenas 60-100 W.

A presença de tal dispositivo no sistema simplifica significativamente seu projeto e instalação. A circulação forçada do fluido térmico permite o uso de tubos de aquecimento de pequeno diâmetro, amplia as possibilidades na escolha da caldeira de aquecimento e dos radiadores.

Muitas vezes, um sistema inicialmente projetado para circulação natural funciona de forma insatisfatória devido à baixa velocidade do fluido térmico nas tubulações, ou seja, baixa pressão de circulação. Neste caso, a instalação de uma bomba ajudará a resolver o problema.

No entanto, não se deve exagerar na velocidade da água nos tubos, pois ela não deve ser excessivamente alta. Caso contrário, com o tempo, a estrutura pode simplesmente não suportar a pressão adicional para a qual não foi projetada.

Se em sistemas com circulação natural do fluido térmico pode-se usar um tanque de expansão aberto, nos sistemas forçados deve-se dar preferência a um reservatório fechado e selado.

Para ambientes residenciais, são recomendados os seguintes limites de velocidade do fluido térmico:

• para diâmetro nominal de tubo de 10 mm – até 1,5 m/s;
• para diâmetro nominal de tubo de 15 mm – até 1,2 m/s;
• para diâmetro nominal de tubo de 20 mm ou mais – até 1,0 m/s;
• para dependências de casas residenciais – até 1,5 m/s;
• para edifícios auxiliares – até 2,0 m/s.

Em sistemas com circulação natural, o tanque de expansão geralmente é instalado na alimentação. Mas se o sistema for complementado com uma bomba de circulação, geralmente é recomendável mover o reservatório para o retorno.

O dispositivo da bomba de circulação é muito simples. A função deste aparelho – é dar ao fluido térmico aceleração suficiente para superar a resistência hidrostática do sistema.

Além disso, em vez do tanque aberto, deve-se instalar um tanque fechado. Apenas em um apartamento pequeno, onde o sistema de aquecimento tem pequena extensão e configuração simples, pode-se dispensar essa troca e continuar usando o antigo tanque de expansão.

Cálculos para sistemas de aquecimento forçado

Um sistema bem organizado com circulação forçada requer cálculos complexos de engenharia. Mas algumas fórmulas permitem avaliar o estado do sistema e formar uma ideia mais precisa das modificações necessárias, especialmente se for uma casa ou apartamento pequeno. A potência do equipamento de aquecimento geralmente é selecionada com base no tamanho dos ambientes a serem aquecidos.

Normalmente, os fabricantes recomendam que o fluxo do fluido térmico, medido em litros por minuto, corresponda à quantidade de quilowatts de potência da caldeira. Isso significa que para uma caldeira de 40 W, o fluxo mais adequado do fluido térmico será de 40 l/min.

Da mesma forma, calcula-se o fluxo de água para um cômodo individual ou grupo de ambientes. Nesse caso, leva-se em consideração a potência total dos radiadores instalados na área.

A velocidade de deslocamento do fluido térmico no circuito do sistema de aquecimento depende muito de quão corretamente o diâmetro dos tubos foi selecionado.

O diâmetro dos tubos de aquecimento é determinado de acordo com o fluxo estabelecido do fluido térmico:

• para um fluxo de 5,7 l/min, são necessários tubos de meia polegada;
• para um fluxo de 15 l/min, são necessários tubos de três quartos de polegada;
• para um fluxo de 30 l/min, são necessários tubos de uma polegada;
• para um fluxo de 53 l/min, são necessários tubos de uma polegada e um quarto;
• para um fluxo de 83 l/min, são necessários tubos de uma polegada e meia;
• para um fluxo de 170 l/min, são necessários tubos de duas polegadas;
• para um fluxo de 320 l/min, são necessários tubos de duas polegadas e meia, etc.

Para determinar os parâmetros de uma bomba de circulação adequada, é necessário medir a extensão de todo o circuito de aquecimento ao qual ela será conectada. Para dez metros de sistema, é necessária uma altura manométrica da bomba de 0,6 m. Através de cálculos simples, obtemos que para um sistema de 60 metros de comprimento, será necessária uma bomba de 3,6 m.

No entanto, esses parâmetros são válidos apenas para um sistema no qual o diâmetro dos tubos foi corretamente selecionado, conforme indicado acima. Se forem utilizadas comunicações muito estreitas, será necessário escolher uma bomba mais potente para superar o excesso de pressão hidráulica que surge no sistema devido à escolha incorreta dos tubos.

Recomendações detalhadas para a escolha da bomba de circulação apresentamos neste artigo.

O purgador de ar automático ou dispositivo mecânico para remoção do excesso de ar, a válvula de Mayevsky, são necessários para retirar o ar do sistema fechado. Esses dispositivos são essenciais nos circuitos de aquecimento, pois evitam o problema de formação de bolhas de ar. Tais dispositivos são instalados em radiadores, em colunas de alimentação, bem como em locais problemáticos de esquemas de aquecimento complexos.

Esta regra também se aplica no sentido inverso: se os tubos forem mais largos do que o necessário conforme a norma, a potência calculada da bomba de circulação deve ser reduzida.

Um componente importante dos sistemas de aquecimento forçado é o grupo de segurança:

Os especialistas recomendam adquirir não um, mas dois desses dispositivos. Um – principal, e o segundo – de reserva. Ele pode ser instalado no bypass ou guardado no depósito.

A bomba de circulação geralmente é resistente a avarias, mas sensível à qualidade da água no circuito de aquecimento. Para prolongar a vida útil do equipamento de aquecimento, faz sentido prever a filtragem do fluido térmico e medidas oportunas de lavagem do sistema.

Esquemas de sistemas com circulação por bomba

Os sistemas de aquecimento com circulação forçada diferenciam-se da seguinte forma:

• como monotubulares ou bitubulares (opção de conexão dos tubos aos radiadores);
• com colunas verticais ou tubulações horizontais;
• sem saída ou com fluxo concorrente do fluido térmico
• com distribuição superior ou inferior.

Os sistemas monotubulares são cada vez menos comuns, pois suas desvantagens superam amplamente as vantagens. É uma opção muito simples, na qual os radiadores são conectados em série. O fluido térmico passa sucessivamente por cada dispositivo de aquecimento, esfriando gradualmente.

Obviamente, nesse esquema, os primeiros radiadores aquecem melhor o ambiente do que os localizados no final do sistema. É necessário instalar mais radiadores no trecho final da tubulação do que no início, para suavizar a diferença de temperatura.

Os sistemas de aquecimento monotubulares são simples de implementar e têm custo baixo, mas o problema do aquecimento irregular e a dependência da falha de um único radiador os tornaram praticamente não requisitados nas condições modernas.

Esse dispositivo é extremamente inconveniente, pois não é possível desligar apenas um radiador em caso de falha, sendo necessário drenar o fluido térmico de todo o circuito. O esquema bitubular prevê a conexão de cada radiador em paralelo por meio de dois tubos à tubulação principal.

Naturalmente, para isso será necessário usar mais materiais, o custo total e o tempo de instalação serão maiores do que com a opção monotubular.

Os sistemas de aquecimento bitubulares permitem aquecer uniformemente cada ambiente, enquanto a falha de um radiador não será motivo para desligar todo o circuito.

Em cada radiador na conexão bitubular, são instaladas válvulas de bloqueio. Isso possibilita, se necessário, remover ou desligar apenas um radiador, enquanto os demais elementos do sistema continuam funcionando no modo normal.

O aquecimento com esse esquema é realizado uniformemente, pois o fluido térmico entra em cada radiador por uma linha separada e depois retorna à caldeira para aquecimento, em vez de passar pelos outros radiadores.

Os risers verticais são usados em edifícios de vários andares, sendo convenientes para conectar radiadores localizados em diferentes pavimentos. A estrutura vertical facilita a rápida remoção do ar que entrou no sistema, reduzindo significativamente a probabilidade de formação de bolhas de ar.

A criação de um sistema de aquecimento vertical não será barata, porém é um esquema eficiente e resistente à entrada de ar, sendo muito adequado para instalação em edifícios de vários andares.

Nos esquemas horizontais, a tubulação principal, à qual os radiadores são conectados em paralelo, está disposta, como o nome sugere, no plano horizontal. Esse tipo de sistema é adequado para aquecimento de edifícios térreos de grande área.

A opção relativamente barata não está imune à formação de bolhas de ar. Para prevenir esse tipo de problema, são usados purgadores de ar automáticos. As regras para remover uma bolha de ar do sistema de aquecimento foram detalhadamente discutidas aqui.

Os sistemas de aquecimento horizontais são relativamente baratos, geralmente usados no projeto de edifícios de grande área com um ou dois andares.

O aquecimento desigual não é característico apenas dos sistemas monotubo, mas também da opção de aquecimento sem saída, que é bastante difundida.

Nesse esquema, a entrada do fluido térmico é feita na direção oposta ao movimento do retorno. Como resultado, aparecem no sistema radiadores que recebem um fluido térmico já um pouco resfriado, que depois deles entra no tubo de retorno.

Nos sistemas sem saída, os radiadores distantes do riser de alimentação recebem menos calor do que os próximos a ele. Nos esquemas de fluxo paralelo, todos os elementos do sistema funcionam em modo equivalente.

Como resultado, os primeiros radiadores após o riser recebem mais calor, e os distantes – menos. Em áreas pequenas, isso pode não ser tão perceptível, mas em casas espaçosas será sentido. Nessa situação, é recomendável fazer várias tubulações de pequena extensão, em vez de uma longa, para que todo o fluido térmico circule pelos ramos com temperatura aproximadamente igual.

O esquema de fluxo paralelo baseia-se exatamente na mesma extensão dos anéis de circulação em toda a casa, o que permite alcançar uma uniformidade de aquecimento excepcionalmente precisa. Mas implementar essa variante de distribuição não é fácil, pois será necessário passar uma grande quantidade de tubos.

A distribuição superior em sistemas de aquecimento é utilizada quando há um sótão onde se pode instalar um tanque de expansão. Se não houver essa possibilidade, pode-se implementar com sucesso a distribuição inferior de aquecimento.

A distribuição superior e inferior receberam o nome conforme a localização do tubo de alimentação. No primeiro caso, o fluido térmico entra no sistema por cima, e no segundo – por baixo.

Na distribuição superior, o tanque de expansão é instalado no ponto mais alto do sistema, e o fluido térmico se distribui pelo sistema sob a ação da gravidade. O retorno aqui ficará abaixo dos radiadores. Para implementar esse projeto em uma casa particular, é necessário um sótão, onde o tanque é instalado.

Se não houver condições para a distribuição superior, utiliza-se a segunda opção, quando a alimentação do fluido térmico é feita por baixo, e o retorno é instalado acima dos radiadores. A tarefa de mover o fluido térmico a uma velocidade suficientemente alta recai principalmente sobre a bomba de circulação.

Esse esquema é montado gradualmente, do andar inferior para o superior, fazendo a linha de alimentação com uma ligeira inclinação para evitar a formação de bolsas de ar.

Para remover bolsas de ar, as comunicações de aquecimento são equipadas com purgadores de ar automáticos:

Onde instalar a bomba de circulação?

Na maioria das vezes, a bomba de circulação é instalada no retorno, e não na alimentação. Acredita-se que aqui o risco de desgaste rápido e quebra do dispositivo é menor, pois o fluido térmico já esfriou. Mas para bombas modernas isso não é obrigatório, pois possuem rolamentos com a chamada lubrificação a água. Eles já são projetados exatamente para essas condições de operação.

Isso significa que é possível instalar a bomba de circulação também na alimentação, ainda mais porque aqui a pressão hidrostática do sistema é menor. O local de instalação do dispositivo divide condicionalmente o sistema em duas partes: a área de pressurização e a área de sucção. A bomba instalada na alimentação, logo após o tanque de expansão, irá retirar água do reservatório e pressurizá-la no sistema.

A bomba de circulação no sistema de aquecimento divide o circuito em duas partes: a área de pressurização, para onde o fluido térmico entra, e a área de rarefação, de onde ele é retirado

Se a bomba for instalada no retorno antes do tanque de expansão, ela irá pressurizar a água para dentro do tanque, retirando-a do sistema. Compreender esse ponto ajudará a considerar as particularidades da pressão hidráulica em diferentes pontos do sistema. Quando a bomba está funcionando, a pressão dinâmica no sistema com uma quantidade constante de fluido térmico permanece constante.

É importante não apenas escolher o local ideal para a instalação do equipamento de bombeamento, mas também instalá-lo corretamente. Recomendamos que você conheça os detalhes da instalação da bomba de circulação.

O tanque de expansão cria a chamada pressão estática. Em relação a esse indicador, na área de pressurização do sistema de aquecimento, é criada uma pressão hidráulica elevada, e na área de rarefação – reduzida.

A rarefação pode ser tão forte que atinja o nível da pressão atmosférica ou até fique abaixo, o que cria condições para a entrada de ar do ambiente externo no sistema.

Na área de aumento de pressão, o ar pode, ao contrário, ser expulso do sistema, e às vezes ocorre a ebulição do fluido térmico. Tudo isso pode levar ao mau funcionamento do equipamento de aquecimento. Para evitar tais problemas, deve-se garantir uma pressão excessiva na área de sucção.

Para isso, pode-se usar uma das seguintes soluções:

• elevar o tanque de expansão a uma altura de pelo menos 80 cm acima do nível dos tubos de aquecimento;
• Coloque o acumulador no ponto mais alto do sistema;
• Desconecte o tubo do acumulador da alimentação e direcione-o para o retorno após a bomba;
• Instale a bomba não no retorno, mas na alimentação.

Elevar o tanque de expansão a uma altura suficiente nem sempre é possível. Normalmente, ele é instalado no sótão, se houver espaço necessário. Ao mesmo tempo, é importante seguir as regras de instalação do acumulador para garantir seu funcionamento sem problemas.

Fornecemos recomendações detalhadas sobre a instalação e conexão do tanque de expansão em nosso outro artigo.

Se o sótão não for aquecido, o acumulador deverá ser isolado. É bastante complicado realocar o tanque para o ponto mais alto do sistema com circulação forçada, se ele foi originalmente projetado como natural.

Será necessário refazer parte da tubulação para que a inclinação dos tubos seja direcionada para a caldeira. Em sistemas naturais, a inclinação geralmente é feita em direção à caldeira.

O tanque de expansão instalado em um ambiente não precisa de proteção adicional, mas se for instalado em um sótão não aquecido, deve-se cuidar do isolamento térmico deste dispositivo.

A mudança de posição do tubo do tanque da alimentação para o retorno geralmente não é difícil de realizar. E é igualmente simples implementar a última opção: instalar uma bomba de circulação na linha de alimentação após o tanque de expansão.

Nessa situação, recomenda-se escolher um modelo de bomba o mais confiável possível, que possa suportar o contato com o fluido térmico quente por um longo período.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Você pode conhecer informações interessantes sobre sistemas de aquecimento forçado neste vídeo:

Informações mais detalhadas sobre os cálculos necessários ao escolher uma bomba de circulação estão disponíveis aqui:

Neste vídeo, são descritos detalhadamente o dispositivo e o procedimento de instalação da bomba de circulação:

Os sistemas de aquecimento forçado não são tão complexos quanto podem parecer à primeira vista. Mas para realizar essa tarefa, é necessário fazer os cálculos corretamente e elaborar um projeto bem feito. Seguindo essas condições, você pode garantir um aquecimento confiável e eficiente para sua casa.

Você está escolhendo o esquema ideal para instalar um sistema de aquecimento forçado em sua casa? Talvez você tenha dúvidas que não abordamos neste artigo? Faça-as ao nosso especialista na seção de comentários.

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