Chaminé para sala de caldeira: cálculo da altura e seção conforme normas técnicas

A função principal que uma chaminé para caldeira deve desempenhar é conduzir os gases de combustão das caldeiras para a atmosfera e dispersá-los nesse espaço. Ela também tem uma função adicional: deve criar uma tiragem natural, resultante da diferença entre a temperatura na fornalha e no exterior.

Apresentaremos a você as variedades de dutos de fumaça, cuja classificação é feita com base nas características construtivas e no material dos tubos. Conosco, você aprenderá como são calculados os parâmetros geométricos em um exemplo concreto. Nossos conselhos ajudarão a decidir o tipo e as dimensões do duto de fumaça.

Tipos de chaminés

Em grandes caldeiras, a tiragem natural não pode garantir a combustão completa; aqui ela é criada artificialmente com o uso de bombas de fumaça. O processo de combustão e a liberação de seus produtos na atmosfera devem causar o mínimo de dano ao meio ambiente e não provocar situações de emergência devido ao surgimento de pressão nas fornalhas que exceda o normal.

Estruturalmente, as chaminés para caldeiras diferem bastante entre si tanto pelo tipo de estrutura de suporte quanto pelo material de fabricação. Pelo primeiro critério, distinguem-se vários tipos de chaminés.

Chaminés autoportantes de caldeiras

Essas estruturas verticais podem ser de um ou vários tubos. Elas evacuam os produtos de combustão das caldeiras.

São utilizadas independentemente do tipo de combustível, mas com alguns requisitos:

1. A temperatura dos gases de combustão que passam pelas chaminés autoportantes não deve exceder 350 graus Celsius.
2. Os produtos de combustão não devem ser quimicamente agressivos.
3. A carga de neve ideal para estruturas autoportantes é de 250 kg por cm², e a carga de vento é de 30 kg por cm² nas condições da região de vento II.

A chaminé autoportante é instalada no telhado e fixada dentro do edifício. Suas características estruturais permitem transporte e montagem no local, pois é composta por seções individuais que são tubos sanduíche de 3 camadas tubos sanduíche. A estrutura é fixada à fundação com âncoras.

Dentro do tubo há uma camada feita de aço resistente, que não é afetada pelas substâncias liberadas durante a combustão. A camada externa protege contra intempéries.

As chaminés para grandes caldeiras são geralmente autoportantes. É uma estrutura construída de acordo com um projeto personalizado e com sua própria infraestrutura.

Os parâmetros das estruturas de chaminés devem atender aos requisitos estabelecidos em documentos normativos. Seu cálculo é baseado em fatores como número de caldeiras, potência e tipo de combustível. As normas de emissão atmosférica devem ser obrigatoriamente consideradas. Em alguns casos, as chaminés são equipadas com plataforma, escada, alçapão de inspeção e guarda-corpo luminoso.

Construções de chaminés colunares

Este tipo de chaminé consiste em um invólucro externo de aço de alto carbono e tubos internos de diferentes diâmetros em aço inoxidável inseridos para a evacuação de gases. A estrutura é fixada em uma cesta de ancoragem vazada na fundação. Pode haver um ou vários tubos internos. Para evitar condensação interna, é usado isolamento térmico.

Parte de uma chaminé colunar. Aqui, em corte, vê-se que internamente há vários tubos de diferentes diâmetros em aço inoxidável.

A vantagem dessa solução estrutural é a longa vida útil e a possibilidade de conectar várias caldeiras. A espessura do aço e o tipo são escolhidos com base na temperatura e agressividade dos produtos de combustão.

O diâmetro de cada tronco pode atingir um metro e meio e, se o duto de gás comum for planejado para uso em várias caldeiras, será necessário um diâmetro de cerca de 3 m. Para evitar a formação de condensação, os troncos são cobertos com isolamento térmico.

Características das chaminés próximas à fachada e de fachada

As chaminés próximas à fachada são instaladas para caldeiras anexadas ou embutidas na casa. Elas são fixadas na parede do edifício com suportes. Os componentes da chaminé são os troncos e a estrutura ou fixações de ancoragem.

O tronco tem 3 camadas: aço inoxidável por dentro, depois isolamento térmico e aço galvanizado. Os tubos são destinados a salas de caldeiras onde as caldeiras funcionam a gás ou combustível líquido.

Mais frequentemente, os tubos de fachada são colocados ao longo da parede externa do edifício. Ao selecionar o tipo de aço e a espessura da parede do tubo, leva-se em consideração a composição química dos gases de exaustão e sua temperatura.

Os tubos próximos à fachada e de fachada transmitem a carga de peso através de uma fundação inferior adicional e a carga do vento através de fixações antivibração. Este tipo de saída de fumaça, do ponto de vista de custos materiais, é o mais econômico devido à ausência de estruturas de suporte e fundação robusta.

O sistema modular usado na criação dos troncos de exaustão de gás permite a fácil substituição de peças danificadas.

Chaminés tipo treliça

Essa estrutura metálica consiste em tubos fixados em uma coluna autoportante robusta do tipo treliça. A treliça, por sua vez, é fixada em uma cesta de ancoragem concretada na fundação. As chaminés do tipo treliça são adequadas para uso em regiões com condições sismológicas perigosas.

A estrutura do tipo treliça inclui de 1 a 6 troncos. A coluna é feita de perfis tubulares. O tubo perfilado pode ter seção quadrada ou triangular. Isso depende do número de troncos.

Para evitar corrosão, as saídas de gás são cobertas com primer e depois pintadas.

O tronco para exaustão de gases é composto por módulos constituídos por 3 camadas:

• interna, em contato direto com os produtos de combustão e feita de aço inoxidável de tipos especiais;
• com espessura de 5-6 cm, atuando como isolamento térmico;
• externa, protegendo a camada isolante dos efeitos negativos do ambiente.

Para o revestimento anticorrosivo, são usadas tintas com alto teor de zinco. Em algumas estruturas, podem existir escadas e plataformas dentro da coluna para facilitar a manutenção. Os elementos estruturais dos tubos deste tipo são relativamente leves, o que facilita tanto o transporte quanto a instalação.

Chaminés tipo mastro

O elemento central de uma chaminé tipo mastro é uma torre de suporte – de três ou quatro mastros, à qual as chaminés são fixadas. Todos os componentes da estrutura são montados sobre uma base em forma de almofada de concreto, começando pela parte inferior e subindo gradualmente. Na montagem, utiliza-se junção rebitada ou parafusos auto-roscantes.

A estrutura de suporte da chaminé de mastro é montada a partir de perfis de aço, conectados entre si por escoras e cantoneiras. A coluna, na sua base, apoia-se na fundação e é fixada por ancoragens.

Normalmente, os elementos individuais são transportados ao local de montagem e montados como um kit. Esse processo leva muito pouco tempo – algumas horas. A chaminé pode atingir no máximo 28,5 m de altura. A estabilidade da chaminé é garantida por nervuras de rigidez – tirantes de aço com seção de 1,6 a 2 cm. Eles compensam a ação de forças transversais.

Materiais para construção de chaminés de caldeiras

Os sistemas de exaustão de fumaça são construídos com diferentes materiais – tijolo, aço, cerâmica, polímero. A chaminé de tijolo, construída sobre fornos e lareiras de tijolo, caracteriza-se pela boa resistência mecânica, excelente capacidade térmica e um grau bastante elevado de segurança contra incêndios.

Essas construções também têm muitas desvantagens, por isso, na construção moderna, as chaminés totalmente de tijolo são cada vez mais raras. Os documentos normativos limitam a altura das chaminés de tijolo a 30-70 m e o diâmetro a 0,6-8 m.

Nas paredes internas de uma chaminé de tijolo, com muitas saliências e reentrâncias, depositam-se sempre muito condensado e fuligem contendo óxidos de enxofre. Estes, ao reagirem com a água, formam ácidos que destroem ativamente o tijolo.

As irregularidades da superfície e o estreitamento da passagem devido ao acúmulo gradual de fuligem causam a redução da velocidade de passagem da fumaça e a inversão da tiragem no canal de exaustão.

Mais resistentes ao condensado e às influências externas são as chaminés de cerâmica, que possuem alta refratariedade. Mas este sistema tem grande peso, pois no seu interior há barras metálicas que lhe conferem resistência adicional. Daí decorrem os requisitos de obrigatoriedade de uma fundação separada e apoios, o que aumenta a mão de obra e o custo de instalação.

Tubos de exaustão de fumaça de polímero são adequados em caldeiras com temperatura máxima de 250 graus Celsius, na instalação de aquecedores de água a gás. Eles são leves, flexíveis e duráveis, mas são relevantes apenas para equipamentos a gás.

O dispositivo de exaustão de fumaça em aço inoxidável é uma montagem composta por elementos individuais de chaminé, conectados entre si por meio de acessórios: tês, tubos de ligação, defletores, tês, curvas. As chaminés de aço são usadas principalmente em caldeiras a gás.

A instalação dessa chaminé pode ser realizada também após a construção do edifício em um curto período. Existe uma grande variedade de peças de conexão, portanto, pode-se dar à chaminé qualquer configuração.

A chaminé modular pode ser desmontada e transferida para outro local sem muita dificuldade. A vantagem da construção é também o seu baixo peso, que dispensa fundação, resistência à umidade, pouca deposição de fuligem nas paredes internas, alta velocidade de passagem dos gases de combustão.

As normas sanitárias e técnicas permitem o uso de tubos de aço para a construção de chaminés com mais de 30 m de altura, exceto apenas quando o consumo diário de combustível com alto teor de cinzas for inferior a 5 toneladas. O motivo é que a vida útil dessas estruturas é de 10 anos, e se for usado combustível com alto teor de enxofre, ela é significativamente reduzida.

Entre as variedades cujo corpo é feito de liga de aço estão as chaminés coaxiais, cujas especificidades construtivas e características operacionais recomendamos que você conheça.

Cálculo dos parâmetros da chaminé

Para determinar a altura e o diâmetro da chaminé da caldeira, é necessário realizar um cálculo aerodinâmico da estrutura. O diâmetro depende da potência das caldeiras individuais ou de toda a caldeira.

A tiragem exerce uma enorme influência na combustão do combustível e na remoção eficaz da fumaça, e para criá-la é necessário um fornecimento constante de ar à fornalha. Isso é garantido tanto de forma natural quanto artificial.

Se um exaustor de fumaça estiver instalado no sistema, a altura da chaminé não tem importância decisiva. Esse parâmetro é importante principalmente para considerar as emissões nocivas na atmosfera. Para determinar a tiragem natural, é necessário calcular tanto a altura quanto a seção transversal do tubo.

Determinação da altura da chaminé com tiragem natural

Para criar uma tiragem natural normal, é necessário cumprir a condição de igualdade entre a força de tiragem e a resistência total que surge durante o movimento dos gases de combustão pelos canais de gás da caldeira e pelo percurso da chaminé. Essa tiragem pode ser garantida sob condição de baixa resistência ao fluxo de gás, quando a altura da chaminé não excede 60 m.

Este esquema simplificará o processo de cálculo dos parâmetros principais do tubo para a remoção de produtos de combustão de qualquer combustível nas fornalhas da caldeira

Os documentos normativos que regulam a localização e o cálculo das chaminés por altura são SNiP41-01-2003, SP 7.13130.2009.

Também devem ser consideradas as recomendações contidas no manual da caldeira, em particular os seguintes requisitos:

1. Da grelha até o ponto superior do tubo não deve ser inferior a 5 m.
2. Sobre telhado plano sem parapeito alto, o tubo deve se elevar pelo menos 0,5 m.
3. Em relação à altura do parapeito e da cumeeira, o tubo deve exceder o nível deles em 0,5 m, se estiver a menos de 1,5 m dessas estruturas.
4. Quando a chaminé estiver afastada do parapeito e da cumeeira a uma distância de 1,5 a 3 m, seu ponto superior deve coincidir com o nível deles em altura.

Se a altura da chaminé for calculada incorretamente, podem surgir muitos problemas, sendo o principal a turbulência do ar ou a zona de pressão do vento. O fogo na fornalha pode ser apagado por fortes rajadas de vento.

Ao instalar a chaminé, é necessário considerar a estrutura do telhado, a espessura da camada de cobertura, a distância até os elementos de proteção e a cumeeira, as regras de segurança contra incêndios (+)

O cumprimento das regras de segurança contra incêndios também é uma condição obrigatória no projeto da chaminé da caldeira. É necessário isolar as estruturas adjacentes ao tubo.

Para que faíscas das aberturas de ventilação no tubo não atinjam o telhado quando ele for feito de material combustível, a altura da estrutura é aumentada em 0,5 m. O tubo da caldeira deve estar afastado de edifícios altos e árvores por no mínimo 2 m.

A altura da chaminé é determinada em função da estrutura do telhado. Se o telhado for multinível, no cálculo são consideradas as diferenças de altura, mas a base em todos os casos é a mesma – a altura da cumeeira (+)

Como a tiragem ótima surge devido à diferença entre a densidade total dos gases que saem pela chaminé e a coluna de ar externa de igual altura, o cálculo é realizado conforme a fórmula:

A altura do canal da chaminé é calculada por conta própria usando esta fórmula. Todos os valores podem ser obtidos na documentação que acompanha o equipamento de aquecimento

O cálculo é bastante complexo, é melhor que seja feito por especialistas. Parâmetros que influenciam a altura da chaminé:

1. O coeficiente A caracteriza a situação meteorológica da região.
2. Mi – massa dos gases de combustão que passam pelo tubo por unidade de tempo.
3. F – velocidade com que as partículas formadas durante a combustão se depositam.
4. Spdki e Sfi – indicadores de concentração de diferentes substâncias no gás de combustão.
5. V – volume do gás.
6. T – diferença entre as temperaturas do ar que entra no tubo e do que sai dele.

Se a caldeira estiver localizada em um anexo à casa, esta última se torna um obstáculo. É necessário que, neste caso, a extremidade da chaminé esteja acima da zona de sobrepressão do vento. Caso contrário, o equipamento de aquecimento não poderá funcionar normalmente.

Para determinar em quanto o tubo deve ser estendido, encontra-se o ponto mais alto da casa e traça-se uma linha reta formando um ângulo de 45 graus com a superfície do solo. O espaço abaixo dessa linha é a zona de sobrepressão do vento, e a chaminé deve estar localizada acima dela.

Cálculo do diâmetro da chaminé

Para o cálculo do diâmetro do tubo existe a fórmula:

S = m/(ρr × w),

Aqui m – consumo de combustível por 1 hora, w – velocidade dos gases de combustão, ρr — densidade do ar nas condições de operação, é determinada pela fórmula: pv = pVnu × 273/273 × tos. Onde to – temperatura do ar externo, pVnu – densidade do ar em condições normais = 1,2932 kg/m³.

A tabela ajudará a determinar o valor da densidade do ar ρg em condições de operação sem realizar cálculos complexos. O valor da densidade dos gases de combustão é considerado igual à densidade do ar para simplificar os cálculos (+)

Suponha que uma caldeira queime 50 kg de combustível sólido por hora, então por segundo será 50 : 3600 = 0,013888 kg. A velocidade dos gases de combustão é de 2 m/s. Na temperatura do ar de -4 graus Celsius, a densidade do ar é igual a 0,6881 kg por m³. Então S = 0,013888 : (0,6881 x 2) = 0,010092 m² = 92 cm². Para seção circular, d = √4 x 92 : 3,14 = 10,83 cm.

O diâmetro de uma chaminé cilíndrica também pode ser calculado por outra fórmula: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), onde r é o coeficiente que depende do tipo de combustível utilizado. Para carvão é 0,03, para lenha 0,045, para gás 0,016, para combustível líquido — 0,024.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo com demonstração visual do processo de cálculo da altura do duto de fumaça para a instalação de uma sala de caldeiras:

Aqui, o autor do vídeo compartilhou sua própria experiência de cálculo e instalação de uma chaminé para uma caldeira de combustível sólido:

Mais um vídeo para ajudar o projetista amador:

Não importa tanto em qual combustível as caldeiras na sala de caldeiras funcionam. Em qualquer caso, é impossível prescindir de um sistema de exaustão de gases de combustão. Os principais requisitos que os tubos de chaminé devem atender são boa tiragem e capacidade de fluxo, além de normas ecológicas cumpridas.

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