Registros de aquecimento: tipos de construção, cálculo de parâmetros, características de instalação

Existe uma enorme quantidade de baterias de diferentes designs e materiais para sistemas de aquecimento de ambientes residenciais e não residenciais. Mas os registros de aquecimento se destacam entre eles pela sua alta eficiência de transferência de calor e simplicidade de montagem própria.

Externamente e estruturalmente, esses dispositivos de troca de calor lembram serpentinas comuns de toalheiros aquecidos, mas em tamanho eles superam em muito os análogos para banheiros.

No artigo apresentado, analisamos detalhadamente os tipos de registros de aquecimento e também abordaremos as particularidades da instalação de tais equipamentos.

Variedades de registros de aquecimento de tubos

Registro de aquecimento é um trocador de calor clássico 'água-ar'. Na maioria dos casos, é feito de tubo metálico de parede lisa. Este pode ser único ou em forma de uma série de vários segmentos de tubulação dispostos horizontalmente um acima do outro. Ao mesmo tempo, existem construções individuais com aletas.

O aquecedor feito apenas de tubo de parede lisa é mais fácil de limpar durante as limpezas constantes. Não possui aletas ou locais estreitos difíceis de limpar com pano. Como resultado, não se formam 'colônias' de poeira e sujeira neste registro. Nesse aspecto, ele supera amplamente os radiadores de painel seccionais atualmente difundidos.

Normalmente, os registros de aquecimento são instalados em garagens, armazéns, oficinas, hospitais e escolas – ou seja, em ambientes onde há requisitos elevados de segurança contra incêndio e sanitária.

Em termos de eficiência de transferência de energia térmica e custos de aquecimento, o registro tubular não fica atrás das baterias comuns, e muitas vezes as supera. A área total da superfície de transferência de calor em ambos os casos é aproximadamente a mesma, apenas no dispositivo em questão o fluido de aquecimento flui por um canal largo.

A resistência hidráulica nesta situação é muito menor do que a de um radiador padrão de várias seções de painel. E isso afeta diretamente os custos de energia para bombear água através de tal circuito de aquecimento.

Tipos por forma de construção

Externamente, o registro de aquecimento não parece muito elegante. Mas é barato e simples de fabricar. E se você se esforçar um pouco, esse aquecedor-trocador de calor pode ser perfeitamente incorporado ao interior até mesmo de um cômodo residencial.

Em casas rurais nacionais, até recentemente, esse tipo de sistema de aquecimento era usado quase universalmente. Na época soviética, radiadores de painéis seccionados não estavam disponíveis, mas conseguir um tubo largo não era tão difícil.

Em seguida, era necessário apenas um aparelho de soldagem. O aquecedor de tubo obtido é conectado ao trocador de calor de água dentro do fogão a lenha por soldagem de forma elementar e rápida. Leia mais sobre a tecnologia de substituição de baterias pelo método de soldagem a gás aqui.

Quanto mais próximos das extremidades estiverem os tubos verticais em um registro seccionado, maior será a transferência de calor do dispositivo – a água nas extremidades dos tubos horizontais se renova mais lentamente do que nas seções com fluxo direto do fluido de aquecimento.

Todos os tipos de registros de aquecimento são divididos em dois grupos:

1. Seccionados.
2. Serpentinas (em forma de S).

No primeiro caso, os tubos horizontais são conectados entre si por tubos transversais de menor seção, e no segundo, por arcos do mesmo diâmetro.

Ambas as opções envolvem grandes volumes de trabalho de soldagem. Um dispositivo serpentina também pode ser fabricado dobrando um único tubo. No entanto, nem todo tubo de aço de grande diâmetro pode ser dobrado dessa forma. É muito mais fácil pegar arcos prontos e soldá-los aos segmentos horizontais do registro.

No dispositivo com conexão 'rosca' (tubos dispostos alternadamente à direita/esquerda), não há zonas com fluido de aquecimento frio, a água passa gradualmente por todos os tubos.

Na conexão dos trechos horizontais de um registro seccionado com conexão 'coluna', os tubos transversais são soldados em ambas as extremidades. A circulação do fluido de aquecimento nesse dispositivo segue um esquema paralelo. Como resultado, algumas zonas podem não receber calor suficiente. A água quente simplesmente flui para o segmento inferior antes de chegar à extremidade mais distante.

Na 'rosca', onde o fluido de aquecimento passa por todas as seções do registro, esses problemas não ocorrem. Nesse aspecto, esse registro se assemelha muito a uma serpentina. Apenas a água se move da entrada à saída da bateria por tubos de diferentes seções.

As serpentinas podem ter várias curvas; nesse caso, para reforçar a estrutura, muitas vezes são feitas inserções transversais de cantoneira ou barra grossa em alguns pontos.

Se não houver arcos prontos para o registro em forma de S disponíveis, é melhor fabricar você mesmo um dispositivo seccionado. Dobrar um tubo de grande seção transversal de forma reta sem equipamento especial é extremamente difícil. Praticamente a única opção é aquecer o metal com soldagem a gás e dobrá-lo cuidadosamente. Mas há o risco de perda de resistência nas paredes do tubo.

O registro com um par de coletores laterais também pertence ao tipo seccionado. Eles são feitos de tubo do mesmo diâmetro que as seções principais, atuando como tubos transversais. A água neste caso não se move de cima para baixo, mas da esquerda para a direita (ou vice-versa).

Opções por material de fabricação

Mais frequentemente, artesãos domésticos fabricam seus próprios registros de aquecimento a partir de tubos de aço. As principais vantagens desta opção são o baixo custo, a disponibilidade do material e a relativa simplicidade da soldagem.

Além do tubo redondo, o registro de aquecimento também pode ser feito com seu equivalente perfilado – a resistência hidráulica será um pouco diferente, mas nada mais que isso.

Em condições de fábrica, os registros são fabricados em:

• aço;
• alumínio;
• cobre;
• ferro fundido.

Em termos de transferência de calor e durabilidade, a opção de cobre é a líder. Mas em tamanhos grandes, esse aquecedor custará um bom dinheiro. O aparelho de alumínio fica atrás em termos de condutividade térmica, mas custa significativamente menos.

O tipo mais comum e barato de registros de aquecimento é o de aço. No entanto, esta é também a opção menos eficiente para transferir calor da água para o ar entre todas as vendidas nas lojas de equipamentos térmicos.

O coeficiente de condutividade térmica de diferentes aços varia entre 45–48 W/(m*K). Para o ferro fundido, fica em torno de 60, para o alumínio, 200–240, e para o cobre, cerca de 400 W/(m*K). O aço perde para todos eles neste parâmetro técnico.

Ao escolher tubos de aço, deve-se dar preferência a produtos de aço carbono, eles são mais resistentes e tolerantes a altas temperaturas.

O ferro fundido e o alumínio geralmente são usados apenas na fabricação industrial de registros. Fazer a soldagem desses metais por conta própria, em condições artesanais, é muito difícil. O mesmo se aplica ao aço inoxidável ou galvanizado, por isso é melhor não usar tubos desses materiais. Eles são mais difíceis de soldar e sua transferência de calor é menor do que a do aço preto comum.

Se você tiver experiência em soldagem de superfícies de cobre, fazer um registro com esses tubos não é muito problemático. Devido aos altos índices de transferência de calor, é possível usar um diâmetro menor do que ao escolher a opção de aço. Assim, o aquecedor custará menos.

No entanto, o cobre tem uma séria desvantagem aqui – a necessidade de um fluido de transferência de calor neutro e limpo. Se no sistema de aquecimento circular água "suja", com impurezas, então pode esquecer uma longa vida útil desse registro.

Um problema semelhante também é frequentemente observado devido à presença no sistema de elementos de metais incompatíveis com o cobre. Se não forem tomadas várias medidas preventivas, devido à corrosão eletroquímica, esse registro não durará muito.

Dispositivos com elemento de aquecimento embutido

A versão padrão do registro implica sua conexão aos tubos de aquecimento de um sistema centralizado ou a uma caldeira de aquecimento de água. Mas também existem aparelhos totalmente autônomos. Em um dos tubos inferiores, é inserido um elemento de aquecimento alimentado pela rede elétrica de 220 V.

Pela construção e princípio de funcionamento, a resistência elétrica no registro é um aquecedor elétrico comum, funcionando a partir de uma tomada monofásica típica.

A potência do elemento que aquece a água pode variar entre 1–6 kW, dependendo do volume interno do trocador de calor. Esse aparelho de aquecimento é frequentemente equipado com uma bomba de circulação, para que o fluido térmico chegue a todas as suas partes.

Um registro autônomo semelhante é frequentemente usado como fonte adicional de calor, que é ligado apenas durante geadas severas. Em temperaturas não muito baixas lá fora, o aquecimento do ambiente é feito pelo sistema de aquecimento geral. Além da água, é possível encher o registro elétrico com anticongelante.

Em nosso site, há um artigo onde descrevemos detalhadamente as características de escolha e os detalhes da conexão de resistências elétricas para radiadores de aquecimento. Mais detalhes – acesse o link.

Cálculo da estrutura do aquecedor

Primeiro, é necessário calcular a potência térmica necessária para o ambiente específico.

Conforme as regras, esse cálculo termotécnico deve ser feito considerando:

• a área e a orientação das paredes externas (se voltadas para o sul, ensolarado ou não);
• o volume cúbico do ambiente aquecido;
• o nível das temperaturas negativas máximas possíveis na região;
• o grau de isolamento térmico das paredes externas;
• a presença de outro ambiente aquecido abaixo e/ou acima;
• a quantidade, área e tipo das janelas instaladas;
• a presença/ausência de portas que abrem diretamente para a rua.

As normas de construção recomendam até considerar a rosa dos ventos predominante no inverno. No lado de barlavento da parede, as perdas de calor durante o período de inverno serão inevitavelmente maiores.

De forma simplificada, para um ambiente com pé-direito em torno de 2,7 metros, a potência térmica necessária é calculada multiplicando a área do cômodo por 100 W.

Se o pé-direito do ambiente estiver a 3 metros ou mais, para o cálculo simplificado, deve-se multiplicar o volume cúbico do espaço aquecido por 34 ou 41 W. O primeiro coeficiente é usado para edifícios de tijolos, e o segundo para construções de concreto armado.

Multiplicar alguns números não é difícil. Mas é preciso ter consciência de que esses cálculos condicionais podem estar muito distantes dos números reais, pois há muitas nuances aqui.

A melhor saída é solicitar o cálculo necessário a um especialista, que levará em consideração todos os parâmetros do ambiente. As perdas de calor ocorrem através das paredes, janelas, piso, teto e até mesmo pela ventilação. Para obter números precisos, é necessário considerar tudo sem exceção.

Em seguida, é necessário calcular as dimensões dos tubos para o registro de aquecimento. Para isso, deve-se usar a fórmula:

Q= K* St*dt

Legenda das letras:

• Q – potência térmica do registro;
• K – coeficiente de transferência de calor, depende do material do tubo;
• St – área de transferência de calor (igual a PI multiplicado pelo diâmetro e comprimento do tubo);
• dt – diferença de temperatura.

Portanto, conhecendo Q e dt, resta apenas escolher o diâmetro do tubo e seu comprimento total. Em seguida, dependendo da configuração do registro, essa tubulação pode ser dividida em várias seções, que posteriormente serão conectadas por travessas. A transferência de calor destas últimas, para não complicar os cálculos, é melhor não considerar.

O valor dt, por sua vez, é calculado com base na temperatura necessária no ambiente (Tv) e nos valores na alimentação (Tp) e no retorno (To) – total dt=(Tp+To)/2-Tv

Ao conectar os tubos em serpentina, cada segmento horizontal seguinte recebe aproximadamente 10% menos energia térmica do que o localizado acima. Cada trecho da tubulação do registro deve ser considerado como uma bateria separada. E o fluido de aquecimento, à medida que se move através deles, esfria gradual e inevitavelmente, e o calor vai para o ambiente.

Outro parâmetro é a distância entre as seções horizontais (tubos principais), que reflete a altura de um tubo individual. Se esse espaço for muito pequeno, os fluxos de calor de cima e de baixo começarão a se sobrepor, afetando-se negativamente.

Esse número deve ser escolhido de modo que seja ligeiramente maior que o diâmetro do tubo. Assim, a eficiência do registro será a máxima possível.

Cálculos mais detalhados da potência das baterias de aquecimento e suas quantidades podem ser lidos aqui.

Particularidades da execução da instalação

Não há nada de muito complicado na instalação de um registro de aquecimento. Dificuldades podem surgir apenas na sua soldagem a partir de tubos individuais. Se não houver muita experiência em trabalhos de soldagem, é melhor praticar primeiro. Ao comprar um aparelho pronto de fábrica, não deve haver nenhum problema com a instalação.

A fixação na parede de um registro tubular é feita com suportes (ganchos) resistentes. Se for colocado no chão, bastam pernas de metal. É importante lembrar que o aquecedor de aço em questão pesa bastante. Além disso, adiciona-se o peso da água dentro, portanto, as fixações e suportes devem ser extremamente confiáveis.

As extremidades do tubo da seção são fechadas com tampões esféricos especiais ou soldadas usando pequenos discos de aço cortados de chapa de ferro. Os conectores com rosca externa para instalação da torneira de purga de ar e conexão ao sistema de aquecimento são inseridos diretamente nas paredes do tubo ou na placa final.

A superfície da bateria feita de aço deve ser revestida com tinta resistente ao calor. Graças a isso, o aparelho não só se tornará esteticamente mais agradável, mas também ganhará proteção anticorrosiva adicional.

Instruções detalhadas para criar registros de aquecimento caseiros podem ser lidas neste material.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os vídeos reunidos abaixo ajudarão você a entender todos os detalhes dos cálculos do registro de aquecimento e sua instalação no ambiente.

Tecnologia de fabricação de um registro a partir de tubo retangular perfilado:

Vantagens e cálculo da potência do registro de aquecimento:

Se for necessário aquecer um ambiente de grande volume, o registro de tubos de aço de parede lisa é ideal para isso. Se você possui habilidade em soldagem, montar essa bateria caseira não é difícil. Basta calcular com precisão os parâmetros desse dispositivo e escolher corretamente os tubos para ele.

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