Trocador de calor de cobre faça você mesmo para caldeira. Trocador de calor para sistema de aquecimento: principais tipos e fabricantes

O elemento principal de qualquer um dos sistemas de aquecimento é um dispositivo especial - um trocador de calor para aquecimento de uma casa, no qual o calor é transferido de um gerador de calor para um refrigerante. Existe um grande número de caldeiras de aquecimento diferentes no mercado moderno, mas toda a sua diversidade não limita a imaginação dos artesãos domésticos em termos de autoprodução de tais dispositivos. Em nosso artigo, os leitores serão solicitados a descobrir por que é necessário um trocador de calor no sistema de aquecimento, como fazê-lo sozinho e como conectá-lo.

A função do trocador de calor no sistema de aquecimento

Em sistemas de aquecimento de ar doméstico, os trocadores de calor de sistemas de aquecimento de superfície são mais comumente usados, onde a energia térmica é transferida através das superfícies das paredes metálicas do dispositivo.

O princípio do aquecimento através de um trocador de calor é mais plenamente implementado no projeto de caldeiras a gás, combustível sólido ou elétricas. A água circula por tubos dobrados em forma de serpentina, instalados no interior da unidade de aquecimento, e é aquecida pela temperatura da queima do combustível. O refrigerante aquecido entra na tubulação do sistema de aquecimento e a água resfriada dos radiadores entra no trocador de calor para substituí-lo.

Até agora, em muitas casas individuais, o fogão continua a ser a fonte tradicional de calor. É bom para aquecer uma pequena cabana, mas nas condições de uma cabana com vários cômodos sua energia térmica é insuficiente. Portanto, numa casa privada, é necessário um permutador de calor no sistema de aquecimento para transformar o recuperador numa caldeira de aquecimento de água completa. O tamanho e a forma de um trocador de calor caseiro para aquecimento devem caber nas dimensões da câmara de combustível do forno. Tubulações e radiadores podem ser conectados a este dispositivo, e assim o aquecimento da casa se tornará mais eficiente.

Tipos de trocadores de calor

Os trocadores de calor de água para aquecimento são mais práticos. Isto se deve ao fato de que a água transmite muito melhor energia térmica do que o ar. Ao mesmo tempo, um trocador de calor de ar para aquecimento também encontra aplicação. Além da água e do ar, também é utilizado um trocador de calor na chaminé para aquecimento, que não é instalado no interior, mas no exterior.

Todos os dispositivos de aquecimento produzidos pela indústria estão equipados com trocadores de calor, cujo design é mais adaptado para um aquecimento eficiente de água.

Na fábrica, os trocadores de calor são feitos de cobre. O tubo é uma bobina, em cujas curvas existem muitas placas que proporcionam uma grande área de troca de calor.

É quase impossível construir um trocador de calor caseiro para aquecer uma casa, de modo que seja exatamente igual ao de fábrica. Portanto, você terá que escolher uma opção mais simples.

Dispositivo do sistema

O princípio de funcionamento de um trocador de calor caseiro é que o fogão lhe transfere energia da combustão da lenha ou do carvão, e a água aquecida circula pelas tubulações para todos os ambientes. Este método de aquecimento permite que os habitantes da casa desfrutem de uma distribuição uniforme do calor. Além disso, todas as divisões aquecem muito mais rapidamente e os custos de combustível são reduzidos.

Existem duas maneiras de melhorar o aquecimento do fogão de uma casa particular:

construir um forno “do zero” para um tamanho específico do trocador de calor;
instale um trocador de calor caseiro feito de acordo com o tamanho do forno no forno existente.

Depois de fazer com as próprias mãos um trocador de calor para aquecimento, o proprietário pode ter certeza de que seu fogão com circuito de água não funcionará pior do que uma verdadeira caldeira a combustível sólido. A única diferença é que no recuperador a localização da entrada do permutador de calor ficará ligeiramente mais elevada acima do chão do que nas caldeiras de fábrica. Esta é uma diferença bastante significativa que pode afetar a taxa de circulação natural do refrigerante.

A ligação do permutador de calor ao sistema de aquecimento deve ser feita de forma que o tubo de abastecimento de água fria (retorno) fique o mais baixo possível.

Assim como em um sistema de aquecimento convencional, um tanque de expansão deve ser instalado no topo das tubulações. Isso compensará a mudança no volume da água aquecida e liberará bolhas de ar do sistema. Se o aquecimento através de um trocador de calor com circulação natural for insuficiente para aquecer uma casa grande, será necessária a instalação de uma bomba de circulação no sistema.

Para conectar um trocador de calor caseiro para aquecimento, são utilizadas 2 conexões: uma por baixo (entrada de água fria) e outra por cima (saída de água quente). Ao instalar o trocador de calor, é necessário garantir a inclinação necessária das tubulações, conforme exigido pelo esquema.

Vantagens do aquecimento com trocador de calor

Se você entender por que um trocador de calor é necessário em um sistema de aquecimento, poderá notar várias vantagens claras:

Facilidade de fabricação . Se já existe um fogão em casa, você só terá que gastar dinheiro na fabricação de um trocador de calor caseiro e na instalação de um sistema de aquecimento.
Aquecimento combinado. Além de aquecer a casa a partir da superfície do fogão, será adicionado um sistema de aquecimento de água.
Variedade de combustíveis. É possível aquecer o recuperador com quaisquer portadores de energia sólidos, ao contrário das caldeiras focadas apenas num determinado tipo de combustível.
Lindo aparência. Salvar visual tradicional O fogão russo é útil para criar um interior em estilo nacional.

Entre as desvantagens do aquecimento por meio de trocador de calor estão: menor eficiência em relação às caldeiras de fábrica e a falta de controle automático da intensidade de aquecimento do refrigerante.

Como fazer um trocador de calor caseiro

A forma de um trocador de calor faça você mesmo para aquecimento pode ser diferente. A opção mais comum é um registro de vários tubos de aço ou cobre, mas também são utilizadas amostras do tipo placa.

A temperatura na zona de combustão é muito elevada, especialmente quando o carvão está queimando. Portanto, são impostas exigências maiores ao metal com o qual serão feitos os elementos do trocador de calor, à racionalidade de seu projeto e à qualidade das soldas.

Materiais para fabricação

A tarefa dos trocadores de calor de água para aquecimento é garantir a transferência ideal de calor, e o grau de condutividade térmica do metal é importante neste processo. Por exemplo, um tubo de aço conduz calor 7 vezes menos que um tubo de cobre. Portanto, com o mesmo diâmetro de tubo, para transferir a mesma quantidade de calor, serão necessários 25 metros de tubo de aço em vez de 3,5 metros de cobre.

Os trocadores de calor de cobre são os mais econômicos de operar, mas também caros. Trocadores de calor feitos de tubos de aço com diâmetro de pelo menos 32 mm são considerados mais acessíveis para autoprodução.

Se for para aquecer o fogão com carvão, é melhor instalar um trocador de calor em ferro fundido. Esse metal é mais forte e as paredes do aparelho não queimarão por muito tempo.

Cálculo da potência do trocador de calor

É muito difícil calcular antecipadamente a potência de um trocador de calor para um sistema de aquecimento. Para isso, muitos fatores devem ser levados em consideração: o diâmetro dos tubos, o comprimento da bobina, a condutividade térmica do metal, a temperatura de combustão do combustível, a taxa de circulação do refrigerante, etc. a capacidade do trocador de calor para lidar com suas funções ficará clara somente após o início da operação do sistema de aquecimento.

No cálculo, pode-se orientar que 1 metro de tubo com diâmetro de 50 mm, que serve como trocador de calor, dará 1 kW de potência térmica.

Você pode pegar, por exemplo, qualquer modelo de caldeira conhecido e, de acordo com seus parâmetros, fazer seu próprio trocador de calor caseiro.

Características de design

Um trocador de calor para aquecimento de água em casa, soldado a partir de tubos de paredes lisas, é chamado de registro. Parece uma espécie de “grade”, e esta é a forma mais popular de trocador de calor caseiro. Além desse design, eles fazem mais dispositivos simples em forma de tanque retangular ou cilíndrico. O principal é que a área de superfície para troca de calor seja a maior possível.

Ao fazer um trocador de calor com as próprias mãos, várias condições devem ser observadas:

a largura dos vazios internos do trocador de calor deve ser de no mínimo 5 mm, caso contrário a água nele contida pode ferver;
a espessura da parede dos tubos deve ser de pelo menos 3 mm para que o metal não queime;
uma folga de 10–15 mm entre o trocador de calor e as paredes do forno deve compensar a expansão do metal durante o aquecimento.

Recursos de montagem

A maneira mais fácil é instalar o trocador de calor simultaneamente à construção do forno. Se instalar em um forno antigo, será necessário desmontar parte de sua alvenaria.

Procedimento:

Um trocador de calor tubular é instalado diretamente na cavidade do forno na base preparada do forno.
Com a posterior colocação de fileiras de tijolos, sobra espaço para as tubulações de entrada e saída do aparelho.
Após a conclusão da colocação do forno, o trocador de calor é conectado ao sistema de aquecimento, o sistema é abastecido com água e um forno de teste é acionado.

O material de vídeo convida você a se familiarizar com dicas úteis para fabricação própria do trocador de calor:

Até agora falamos apenas sobre trocadores de calor em um sistema de aquecimento de água quente. Vejamos outras áreas de sua aplicação.

aquecimento de ar

Se caracterizarmos o sistema de aquecimento de ar, podemos dizer que ele tem mais desvantagens do que vantagens. Os trocadores de calor de ar para aquecimento não são muito comuns no setor residencial privado e ainda não se tornaram familiares.

A vantagem deste sistema é a capacidade de combinar aquecimento com ventilação forçada. No entanto, possíveis erros no seu projeto e instalação podem reduzir ao mínimo os benefícios. O ruído do ventilador pode ser ouvido nos dutos de ar e há um desequilíbrio de temperatura nos ambientes.

Existem trocadores de calor para aquecimento do ar para aquecimento direto, bem como para aquecimento indireto. No primeiro deles, gás ou combustível diesel queima diretamente no próprio trocador de calor. Outros modelos utilizam um refrigerante intermediário.

Trocador de calor de chaminé

Nas dachas e nos banhos dos “artesãos” é possível ver um trocador de calor caseiro de água ou ar instalado na chaminé de um pequeno fogão. Acontece muito lucrativo: o calor não vai embora com a fumaça e parte dele serve para aquecer a água.

Ao instalar um trocador de calor na chaminé para aquecimento, você pode obter uma quantidade bastante grande de água quente. Claro que isso não é suficiente para aquecer toda a casa, mas basta colocar um ou dois radiadores no camarim. Pode utilizar o permutador de calor da chaminé tanto para aquecimento como para aquecimento rápido da água do banho.

Tal dispositivo pode ser muito simples de fabricar. Como base, você pode pegar um pedaço de tubo grande com diâmetro de 500–700 mm ou soldar um tanque de aço inoxidável. No centro da estrutura haverá um tubo vertical correspondente ao diâmetro da chaminé, devendo ser soldados dois tubos na parte superior e inferior.

Ao transmitir sua temperatura ao trocador de calor, os produtos da combustão que saem do forno esfriam rapidamente. Com isso, a tiragem na chaminé diminui e a combustão do combustível fica um pouco mais lenta.

Fazer um trocador de calor para aquecimento com as próprias mãos pode ser uma maneira de organizar uma casa completa. aquecimento de água sem comprar equipamentos caros.

Ele está sempre preocupado com o problema do seu aquecimento, porque, no final das contas, é justamente isso que é a chave para uma vida familiar confortável.

A forma tradicional de aquecer uma casa no nosso país sempre foi o forno de tijolos, que na nossa época não perde a sua popularidade. eficiência Vários tipos os fogões podem diferir significativamente: de 35% no caso do fogão russo a 80% no fogão Kolpakov. Mas, ao mesmo tempo, um bom proprietário deseja sempre maximizar o retorno útil da unidade de aquecimento.

A melhor forma de o fazer é instalar um permutador de calor no interior do recuperador, que, ao absorver o calor dos produtos da combustão, contribui para um aproveitamento mais completo da potência do recuperador e permite aquecer toda a casa de forma uniforme, independentemente de onde o fogão esteja localizado.

O tipo mais famoso de trocador de calor é a bobina. Mas esta forma não é um dogma e não é adequada para todos. Portanto, em cada caso individual, o design e a forma da unidade de troca de calor podem ser resolvidos de forma diferente.

Para tomar a decisão certa, três fatores principais devem ser levados em consideração:

O trocador de calor não deve interferir no carregamento de combustível no forno e não deve impedir sua combustão.
Dentre as dimensões geométricas da unidade, duas são importantes: as dimensões do trocador de calor devem corresponder às dimensões do forno; a diferença máxima entre a entrada e a saída do trocador de calor de água fria não deve ser ultrapassada, caso contrário ele não funcionará de forma eficiente.
Área superficial máxima do trocador de calor.

De acordo com a localização, todos os trocadores de calor podem ser divididos em dois tipos:

Trocador de calor externo - localizado próximo à chaminé e na maioria das vezes é um recipiente lacrado, “envolvente”. O aquecimento do líquido ocorre devido ao calor dos produtos de combustão removidos.
O trocador de calor interno é um recipiente localizado diretamente na câmara de combustão do forno ou próximo a ela.

Como o trocador de calor quase sempre é feito individualmente, não existem tamanhos específicos ou formas estritamente regulamentadas. Na verdade, este é um dispositivo feito sob medida, portanto as dimensões variam bastante.

Quanto aos formulários, os mais utilizados são os seguintes:

Trocador de calor em chapa de aço. Para a sua fabricação serão necessários os seguintes materiais: chapa de aço, perfil retangular de aço 60 * 40 mm (50 * 40 mm) e um tubo com diâmetro de 40 - 50 mm para organização do abastecimento e escoamento de água ao circuito .

Com a ajuda do perfil são feitas duas partes: quadrada - para a parte traseira do trocador de calor e em forma de U - para a frente. Dois furos são feitos na parte traseira para soldar tubos de drenagem e abastecimento de água. Chapas de aço conectam as partes traseira e frontal tanto na parte superior quanto nas laterais. Eles formam as paredes do trocador de calor.

A função das partes laterais e superiores da unidade é desempenhada por tubulações de água. Eles são soldados em furos feitos nas paredes de um perfil retangular. Os tubos de entrada e saída de água também estão localizados na parede traseira em forma de U do trocador de calor.

Outro trocador de calor volumétrico de tubos redondosé uma estrutura colocada diretamente na câmara de combustão, literalmente “grudada” em suas paredes.

É composto por dois tubos fechados - o superior e o inferior, que se localizam, respectivamente, próximo ao “fundo” do forno e próximo ao seu “teto”. Eles são interligados por seções verticais de tubos localizados próximos às paredes da câmara de combustão.

Tal estrutura é fixada ao sistema de aquecimento por meio de conexões roscadas. Como tal dispositivo é bastante grande, ele não é colocado na câmara de combustível, mas na coifa do forno ou na chaminé. O papel também é desempenhado pelo material do trocador de calor - que não gosta de mudanças bruscas de temperatura que ocorrem durante o contato simultâneo da parede do registro com água fria e fogo, por isso é melhor colocá-lo longe do local de combustão direta do combustível.

O que precisa ser previsto e levado em consideração

Ao colocar o trocador de calor no forno, deve-se levar em consideração o seguinte:

Operação segura do forno trocador de calor

Para uma operação segura, as seguintes regras devem ser rigorosamente observadas:

A utilização de um trocador de calor não só aumenta a eficiência do forno, mas também garante um aquecimento uniforme de todas as áreas da casa distantes dele.

Usando o fogão no banho, você pode resolver dois problemas ao mesmo tempo: fornecer a temperatura necessária na sala de vapor e aquecer a água da lavanderia. Não há necessidade de instalação de caldeira: o trocador de calor do fogão aquece a água. Depois de lidar com seu dispositivo e tecnologia de fabricação, não será difícil para um bom proprietário construir com as próprias mãos um fogão com trocador de calor.

Finalidade e tipos de trocadores de calor para forno

Os fornos com trocador de calor são projetados de forma que a água fria entre em um recipiente especialmente projetado, onde é aquecida e alimentada por uma tubulação até um tanque suspenso na sala de lavagem.

Outra opção de utilização da água aquecida é como refrigerante quando ela entra nos radiadores de aquecimento (é assim que funcionam os fornos com trocador de calor para uma casa). Se o tanque suspenso for instalado diretamente na lavanderia, ele também funcionará como radiador, aquecendo o ambiente.

Existem dois tipos de trocadores de calor:

interno - embutido na parede lateral da câmara do forno ou tem a forma de uma bobina colocada na parte inferior do forno e, em alguns casos, é um recipiente em forma de “camisa” na superfície interna do forno ;
externo - faz parte da chaminé ou envolve-a.

Trocador de calor com acessórios para conexão ao sistema: 1 - saída, 2 - entrada

A água é usada como transportador de calor em tais sistemas. Sai de um tanque suspenso por gravidade através de tubulações devido à circulação natural: o líquido aquecido sobe e o líquido frio desce. Uma bomba de circulação também pode ser usada. Os elementos do sistema são conectados por meio de acessórios: o primeiro está localizado na parte superior, o segundo - na parte inferior do trocador de calor.

Salamandra com permutador de calor incorporado, tanque suspenso e sistema de tubagem

Sistemas com circulação natural do refrigerante são mais eficientes. É importante que o comprimento total das tubulações não ultrapasse 3 m, para isso o tanque deve ser instalado diretamente na sala de vapor ou imediatamente atrás da parede. O diâmetro do tubo deve ser de pelo menos uma polegada: isso ajuda a reduzir a resistência, para que o sistema possa funcionar sem bomba de circulação.

Cálculo da área do trocador de calor

Calcule com precisão o trocador de calor para forno de tijolos não é possível devido a muitos fatores que afetam os processos que ocorrem no sistema. Basta realizar um cálculo aproximado para produzir o projeto da configuração ideal.

Por exemplo, para manter a temperatura exigida numa sala de vapor são necessários 5 kW: esta é a potência que deve ter um fogão com permutador de calor. Ao mesmo tempo, sabe-se que 1 m² do aparelho fornece cerca de 9 kW durante o funcionamento do forno. O tipo de combustível, seu poder calorífico, as características de projeto do forno, sua potência e outros parâmetros devem ser levados em consideração.

É importante saber: a potência da caldeira é reduzida quase 10 vezes na fase final da combustão do combustível sólido, por isso a área superficial do trocador de calor deve ser calculada com uma margem significativa. Isso permitirá que você mantenha por mais tempo nível certo temperatura na sala de vapor e na sala de lavagem.

O formato da caldeira do forno com trocador de calor pode ser diferente. Na maioria das vezes, tubos de aço inoxidável resistentes à corrosão são usados para sua fabricação. Dispositivos do tipo placa também são eficazes.

Como fazer um trocador de calor para um forno com suas próprias mãos

O material para a fabricação do dispositivo mais simples são peças de aço inoxidável ou outro aço resistente ao calor em forma de cilindros de diferentes diâmetros.

Construção de um trocador de calor simples em aço inoxidável

A espessura máxima do metal não é regulamentada e a mínima é limitada a 2,5 mm: um material mais fino tem menor vida útil em ambientes agressivos. É importante que todas as soldas sejam feitas com as menores folgas possíveis. As dimensões das peças são determinadas após cálculo dos parâmetros do sistema.

Após a soldagem, a resistência da estrutura é testada de acordo com o seguinte método:

O tubo inferior é soldado ou um tampão é parafusado hermeticamente na rosca.
A água é despejada no recipiente do dispositivo.
A pressão é gerada por meio de uma bomba com manômetro.
As costuras são inspecionadas: se estiverem herméticas não haverá vazamentos, caso contrário a área problemática é indicada por um marcador e, após o escoamento da água, é soldada novamente.
Testes repetidos estão sendo realizados.
Todo o sistema é testado da mesma maneira.

Quanto menor o comprimento dos tubos, mais fácil será conseguir a estanqueidade. Se o tanque não for planejado para ser usado como radiador para aquecimento ambiente, ele deverá ser “revestido” material isolante térmico.

O trocador de calor externo é mais complicado (é instalado no topo da chaminé). Para sua fabricação são necessárias máquinas e dispositivos especiais ( fresadoras, prensas, etc.). A vantagem deste design é a disponibilidade para reparos.

Regras básicas para instalação e operação segura

Um fogão com trocador de calor para uma casa ou residência de verão deve ser operado obedecendo às seguintes regras:

a fixação dos tubos e do próprio dispositivo deve ser tal que a estrutura não se deforme com a dilatação térmica;
a quantidade de calor retirada não deve ultrapassar 1/10 da potência do próprio forno (dependendo do tamanho do trocador de calor);
o volume do tanque de água deve ser selecionado de forma que após 2 horas a água esteja quente após o início do forno (devido ao pequeno volume do tanque, a sala ficará saturada de vapor, e em uma sala excessivamente grande, aquecerá por muito tempo);
é estritamente proibido despejar água fria em um trocador de calor vazio aquecido no forno;
apenas materiais resistentes ao calor são usados como selantes para vedar conexões roscadas;
os tubos em um sistema que opera segundo o princípio da circulação natural devem ter uma inclinação (cerca de 2 a 5 graus) na direção correspondente à direção do fornecimento do refrigerante.

Um fogão com trocador de calor para residência de verão ou banho é universal: aquece o ar e a água para a lavagem. Não é difícil para quem possui a técnica de soldagem e metalurgia fazer com as próprias mãos o dispositivo necessário para isso.

Vídeo: projeto do trocador de calor

Para que o recuperador possa ser utilizado como fonte de calor para o sistema de aquecimento de água da casa, é necessário nele instalar um trocador de calor, no qual circula um transportador de calor líquido, na maioria das vezes água. Também é chamada de caldeira de fornalha ou registro. Neste artigo, veremos como fazer com nossas próprias mãos esse trocador de calor para um forno e o que ele pode ser, dependendo do tipo de forno em si e do material usado para fazê-lo.

Do que pode ser feito um trocador de calor de forno

Para fazer com as próprias mãos um trocador de calor para um forno, você pode usar chapa de aço "preta" de 3 a 5 mm de espessura ou tubos de aço (redondos ou perfilados) com a mesma espessura de parede e diâmetro de 30 a 50 mm. Alternativamente, chapas ou tubos de aço inoxidável ou cobre podem ser usados para esta finalidade. Mas, devido ao seu alto custo, esses materiais autofabricação Caldeiras de forno são usadas muito raramente.

De chapa metálica esses registros são mais fáceis de fazer. Eles são mais fáceis de limpar durante o uso. Mas, via de regra, possuem menor área de contato com chama ou gases quentes, pois em sua maioria são contínuos e apenas sua superfície interna voltada para a chama participa da transferência de calor.
Caldeiras de forno feitas de tubos, com as mesmas dimensões gerais, em regra, possuem uma grande área de troca de calor (embora isso também dependa do número e diâmetro dos tubos), pois permitem que chamas ou gases quentes entrem em contato com quase toda a sua superfície . Mas eles são mais difíceis de fabricar. Isto é especialmente verdadeiro para estruturas constituídas inteiramente por tubos redondos.

Se tubos forem usados para fazer um trocador de calor para um forno de circuito de água, é melhor que sejam sem costura (trefilados). Se forem utilizados tubos de costura, as costuras deverão ser reforçadas adicionalmente com uma costura soldada e localizadas na parte externa do registro (na lateral da alvenaria).

Muitas vezes, na fabricação de caldeiras de fornos, são combinados tubos e chapas de ferro. Isso é feito para aproveitar suas qualidades positivas: para facilitar a fabricação e para que a área de troca de calor seja suficiente.

Que tipos podem ser trocadores de calor de forno caseiro

Além das diferenças estruturais discutidas acima, as caldeiras de forno, dependendo do material escolhido para sua fabricação, seus projetos também podem diferir dependendo do tipo de forno a que realmente se destinam. Esses fornos podem ser de aquecimento ou de aquecimento e cozimento.

O desenho do trocador de calor do fogão de aquecimento e de cozimento difere porque na sua parte superior existe um espaço aberto para acesso da chama ao fogão. Nos registros para fogões de aquecimento, a parte superior, via de regra, é fechada com uma chapa maciça ou fileiras de tubos.

A forma e as dimensões das caldeiras do forno são selecionadas de acordo com o tamanho e a forma do local onde devem ser instaladas (na maioria das vezes é a fornalha do forno), e também dependendo da produção de calor necessária.

Projetos de caldeiras para aquecimento de fornos com circuito de água

Aqui veremos os três designs mais comuns, feitos separadamente de chapas e tubos, bem como suas combinações.

Opção 1.

O trocador de calor é uma estrutura sólida em forma de U, soldada em chapa metálica, projetada para ser localizada na fornalha de um forno de aquecimento. A superfície de troca de calor são suas paredes internas.

Trocador de calor de chapa metálica para forno de aquecimento

opção 2.

Caldeira de forno feita de tubos. Água fria do sistema é alimentado através do “retorno” para o tubo inferior em forma de U da base do trocador de calor (40-50 mm de diâmetro e com espessura de parede de 3-4 mm), aquecendo gradativamente, é através os tubos verticais em forma de L (da mesma seção transversal da base figurativa em U ou menos) sobem e entram no coletor de tubos superior, e deste, já aquecido, para o sistema de aquecimento da casa. Esse registro é mais eficiente do que um feito de chapa de aço, mas também mais difícil de fabricar, uma vez que muitas juntas de tubos terão que ser feitas e soldadas.

Registro de forno para forno de aquecimento feito de tubos

Opção 3.

As superfícies laterais deste registro são feitas de chapa de 3-5 mm de espessura e são painéis maciços de 40-45 mm de espessura, sendo a parte superior interligada por uma fileira de tubos horizontais com diâmetro de 40-50 mm.

A utilização de tubos em vez de uma superfície sólida (como na opção 1) permite aumentar a área de contato com o meio de aquecimento, e a utilização de chapa metálica para os painéis laterais simplifica o processo de fabricação, o que é importante se você decidir fazer isso sozinho.

Caldeira de forno em chapa e tubos para forno de aquecimento

Caldeiras de forno (registros) para fornos de aquecimento e cozinha

Os trocadores de calor para aquecimento e fogões também podem ser feitos tanto de chapas quanto de tubos (redondos ou perfilados), bem como combinando-os. Vamos considerar várias opções.

Opção 1.

Permutador de calor para fogão de aquecimento e cozinha ou fogão em forma de dois painéis laterais maciços em chapa (“livro”) ligados entre si.

Trocador de calor para aquecimento e fogão

Opção 2.

Uma caldeira de fornalha feita de tubos de seção redonda e retangular: tubos redondos (40-50x4 mm de diâmetro) são localizados horizontalmente e conectados a uma estrutura por meio de tubos retangulares de 50-60x40x4 mm. Tal combinação tipos diferentes tubos facilita a fabricação da caldeira. Dimensões um B C E G calculado, dependendo do tamanho da fornalha e da potência necessária do registro.

Trocador de calor para forno de aquecimento e cozimento em material redondo e tubos de perfil

Opção 3.

Registro de troca de calor apenas em tubos redondos. Consiste em dois circuitos horizontais conectados por tubos verticais. A água fria do sistema é fornecida ao circuito inferior e a água aquecida do circuito superior é devolvida ao sistema de aquecimento.

Registre-se para um forno de aquecimento e cozimento feito de tubos

Como escolher ou calcular as dimensões da caldeira do forno

Depois de escolher o tipo de trocador de calor, é necessário determinar suas dimensões. Por um lado, as suas dimensões devem corresponder às dimensões do local onde será instalado.

Na maioria das vezes, os trocadores de calor são colocados na fornalha da fornalha, mas às vezes nos canais de fumaça ou na câmara de uma fornalha sem canal. Ao mesmo tempo, deve-se levar em conta que entre alvenaria e o registro deve ter um vão de 0,5-1 cm, levando em consideração a dilatação térmica do metal.

Além disso, é necessário conhecer a potência necessária do trocador de calor do forno. Como defini-lo?

Depende da potência térmica do sistema de aquecimento de água necessária para aquecer a casa, que por sua vez depende das propriedades de isolamento térmico das suas estruturas externas e da temperatura exterior negativa máxima no inverno. Simplificando, você pode focar na média: 10-12 kW por 100 m 2 de área da casa.

Como calcular a área necessária da caldeira do forno para fornecer tal produção de calor? Em média, é geralmente aceito que para fornecer uma potência térmica de 5 a 10 kW, é necessário cerca de 1 m 2 da superfície de troca de calor da caldeira. O valor deste indicador depende da temperatura dos gases quentes em contato com o trocador de calor e das temperaturas da água (refrigerante) na sua saída e entrada, que por sua vez depende em grande parte do modo de funcionamento do forno e do tipo de combustível .

poder total trocador de calor pode ser calculado pela fórmula:

Q=SQsp,

Onde: Qudé o seu poder específico, kcal/h;
S- sua área útil (contato com o meio de aquecimento), m 2.

A potência específica pode ser calculada usando a fórmula:

Qsp = k(Tt)S,

Onde: k\u003d 12 kcal / hora por 1 ° С - coeficiente de transferência de calor "gás-água" através da superfície do aço;
T= (Tmáx+Tmín)/2 – temperatura média meio de aquecimento (chama, gases), °С;
t= (tmax + tmin) / 2 - temperatura média do refrigerante (entrada + saída / 2), ° С.

Se o recuperador funcionar periodicamente (cerca de 2 horas) a lenha, então as temperaturas médias do ambiente e do portador de calor serão máximas: 500 e 70 ° C, respetivamente, e neste caso será possível obter um máximo de 6 kW de potência térmica por 1 m 2 do trocador de calor.

Se o forno funcionar a carvão e constantemente, então os valores médios máximos médios do meio e do refrigerante podem ser: 800 e 70 ° C, respectivamente. Neste caso, cerca de 10 kW podem ser retirados de 1 m 2 da área da caldeira do forno.

Se a potência térmica total necessária da caldeira e o modo de combustão (e, portanto, sua potência específica) forem conhecidos, então é perfeitamente possível determinar qual área de superfície útil ele deve ter:

S \u003d Q / Qsp, m 2.

Dependendo do material de que será feito o trocador de calor, é possível calcular quantos tubos ou chapas metálicas são necessários para fornecer tal área de contato com o meio de aquecimento. Neste caso, é considerada apenas a superfície que estará em contato direto com gases quentes ou chamas.

Por exemplo, se a caldeira do forno for maciça (somente em chapa), apenas sua superfície interna deverá ser levada em consideração. Se for feito de tubos, quase toda a sua superfície participará da transferência de calor (comprimento x diâmetro x 3,14). Quando combinado materiais diferentes, será necessário calcular a área de contato com o meio de aquecimento de cada elemento separadamente e depois resumir.

Se você precisar aumentar Poder Térmico caldeira com as mesmas dimensões gerais, é possível adicionar elementos adicionais ao seu design (por exemplo, tubos). Se sua potência for muito grande, seu comprimento poderá ser reduzido. Ou seja: em cada caso específico é necessário calcular e ajustar o tamanho do registro, vinculando-os ao tamanho e desenho do próprio forno, bem como à potência do sistema de aquecimento de água da casa, que deverá receber energia térmica.

Fabricação faça você mesmo

Depois de selecionado o tipo de caldeira do forno, feito o cálculo do material e do tamanho, você pode começar a fazer você mesmo. Ao mesmo tempo, é necessário estar atento à qualidade do trabalho de soldagem. Deveria estar ligado alto nível, visto que esta unidade será operada em um ambiente bastante agressivo, e para repará-la provavelmente será necessário desmontar o forno ou parte dele. Portanto, se não está confiante nas suas capacidades como soldador, então é melhor confiar este trabalho a um especialista experiente, tendo previamente preparado todos os elementos estruturais necessários.

Após a soldagem, é necessário encher o registro com água, verificar se há vazamentos e testar a pressão a uma pressão pelo menos 2 vezes superior à pressão de trabalho no sistema de aquecimento.

Existir várias maneiras transferência de calor - aquecimento ou resfriamento de gases, líquidos ou materiais sólidos. A utilização da energia térmica de um ambiente quente como fonte independente de calor permite que ela seja gasta e armazenada de forma mais econômica. Ao contrário dos métodos convencionais de aquecimento que requerem a extração ou produção de energia, a transferência de calor é apenas uma redistribuição do calor recebido anteriormente. Os dispositivos que realizam tal transferência são chamados de trocadores de calor. Eles são muito difundidos, existem vários designs e tipos de trocadores de calor. São utilizados em sistemas de aquecimento, refrigeração, abastecimento de água ou outros complexos domésticos e tecnológicos. Nem sempre é possível usar um dispositivo pronto, especialmente ao criar sistemas caseiros para uma casa particular. É possível fazer um trocador de calor com as próprias mãos, mas para isso é necessário ter algumas habilidades no manuseio de metal e máquina de solda, e, mais importante, uma compreensão precisa dos princípios de operação e design do dispositivo.

Princípio da Operação

Um trocador de calor é o nome de um grupo de dispositivos que operam segundo o mesmo princípio, mas executando diversas tarefas e tendo próprios nomes. Assim, trocadores de calor são aquecedores, caldeiras, refrigeradores e outros dispositivos. Existem muitas opções de projeto, uma vez que existe a necessidade de transferência de energia térmica em grandes números complexos e sistemas.

O trocador de calor organiza a transferência de energia térmica de um meio para outro sem contato direto ou mistura. A fonte e o receptor de calor podem ser materiais completamente diferentes, por exemplo, um metal quente é capaz de aquecer um fluxo de ar, um líquido aquecido é capaz de transferir calor para outro líquido através de uma parede fina de um material que conduz bem o calor, etc. . O processo é sempre o mesmo - a energia de um meio quente passa para um frio, mas sua finalidade pode ser diferente - aquecer ou resfriar o receptor, dependendo da finalidade do sistema no qual o trocador de calor está instalado.

Há um grande número de trocadores de calor no mundo, mas todos eles estão unidos por sua finalidade - transferência de calor

A transferência é realizada de forma contínua, por contato indireto de dois meios de temperaturas diferentes, separados por uma divisória (superficial ou tipo recuperativo), ou periodicamente, por transferência alternada de calor para um determinado receptor e sua posterior seleção (tipo regenerativo). Os recuperadores são utilizados em sistemas de aquecimento ou abastecimento de água, portanto, aos olhos do usuário médio, parecem mais comuns do que os regeneradores, que são encontrados apenas em grandes instalações industriais para diversos fins.

As opções de projeto mais comuns são sistemas água-água (água de refrigeração) usados em aquecimento e abastecimento de água, e água-ar (aquecedores).

Tipos de trocadores de calor

Existem dois tipos principais de projeto de trocador de calor:

Tipo tubo em tubo. É um pedaço de tubo por onde circula o meio aquecido. No seu interior é instalado um segundo tubo de menor diâmetro no sentido longitudinal, ao longo do qual se move o refrigerante quente. Eles são usados para sistemas de troca de calor líquido.
Lamelar. É um conjunto de placas com um vão de vários milímetros entre elas. Eles estão interligados de tal forma que cada uma das placas separa dois meios com temperaturas diferentes movendo-se em direção perpendicular. Existem projetos com placas aletadas que possuem maior área de transferência de calor e, consequentemente, maior eficiência. São utilizados tanto para líquidos como para correntes de ar (recuperação do aquecimento do ar).

O tipo de projeto "tubo em tubo" foi amplamente desenvolvido. Existem muitas opções para tal solução:

Carcaça e tubos. Um feixe de tubos com um meio receptor circulante é instalado em um corpo (invólucro) preenchido com um refrigerante doador.
Elementar. Outro tipo de design de casco e tubo, com mais Sistema complexo localização dos tubos. Projetado para sistemas de alta pressão.
Submersível. A bobina com o refrigerante receptor é imersa em um tanque de fluxo com o refrigerante doador. Devido à baixa velocidade do fluido na bobina e à rápida troca do refrigerante na carcaça, consegue-se uma alta eficiência de aquecimento do receptor e um baixo consumo de energia térmica do doador de refrigerante.
Espiral. O design lembra a versão submersível, mas com uma espiral plana e oca ao longo da qual o agente quente se move. Há fluido frio na carcaça. Este tipo de trocadores de calor permite trabalhar com líquidos viscosos, polpa.

Os trocadores de calor do tipo “pipe in pipe” permitem desenvolver uma alta velocidade de passagem (circulação), tendo recebido o nome de helicóide, ou alta velocidade. Existem também designs de helicóides intensificados que permitem aumentar a velocidade e a pressão (intensificar) o aquecimento e o meio aquecido para aumentar a eficiência geral e a velocidade do processo.

O tipo de construção mais eficaz é reconhecido como a versão em placa, que leva várias vezes menos espaço com o mesmo desempenho. Uma desvantagem significativa é a dificuldade de limpeza das placas de depósitos devido ao pequeno tamanho dos vãos e à inacessibilidade para limpeza mecânica, obrigando ao uso de produtos químicos ativos.

Fabricação de dispositivos

A autofabricação de um trocador de calor só é possível para pessoas que possuam certas habilidades, ferramentas e conhecimentos. Sem experiência e prática, é quase impossível fabricar um dispositivo projetado para funcionar com meio aquecido sob pressão. Antes de iniciar a fabricação direta do dispositivo, é necessário selecionar seu tipo, preparar materiais necessários, ferramentas e equipamentos. Como existem muitas opções de design, os tipos mais comuns devem ser considerados separadamente.

Aquecedor de água para fogão de sauna

O fogão da banheira aquece uma certa quantidade de água relativamente pequena. Para uma família pequena isso é suficiente, mas para uma empresa de várias pessoas pode ser necessário grande quantidade. Para não despejar água constantemente na caldeira, mas sim utilizar a quantidade disponível como meio de aquecimento, são instalados um trocador de calor e um tanque com água para lavagem. A maioria desses dispositivos opera com circulação natural - água quente sobe e esfria - cai. A opção de projeto mais comum é o submersível, uma serpentina é instalada no tanque com o meio de aquecimento, por onde se move a água aquecida.

Como e como lavar o trocador de calor

Maioria método eficaz- limpeza mecânica manual, mas para a maioria dos projetos esta opção não é adequada. Não há acesso às superfícies internas do aparelho, portanto é necessário recorrer a métodos de limpeza química - enxágue. Para isso, são utilizados vários produtos químicos de lavagem, por exemplo, antiplaca para encanamentos, soluções ácidas, detergentes, etc. A escolha de uma ou outra solução depende da composição dos contaminantes, que, por sua vez, é determinada pelo tipo de refrigerante e pelas especificidades da obra.

A lavagem é feita de maneira mais conveniente em um estado desconectado do sistema. O trocador de calor é colocado em um recipiente com detergente, guardado por um certo tempo (se necessário), depois lavado com forte jato de água de mangueira. Se o resultado desejado não puder ser alcançado na primeira vez, recorrem a lavagens repetidas. Para trocadores de calor de configuração complexa, recomenda-se a montagem de um sistema fechado separado para lavagem com bomba de circulação e tanque. Em vez de um refrigerante, um detergente ou solução é derramado nele e a circulação é iniciada por um tempo. O movimento do fluido pressurizado dissolve e remove com eficácia sólidos, graxa e outros detritos. Recomenda-se lavar o trocador de calor regularmente, uma vez por ano ou com menos frequência. Se ocorrer uma operação instável ou ineficiente do dispositivo, ele deverá ser limpo imediatamente para reduzir perdas devido à má transferência de calor.

Para fazer um trocador de calor, você precisa entender com precisão o princípio de seu funcionamento e usar os materiais mais condutores de calor. A melhor opção- cobre, suas qualidades estão muito à frente do alumínio ou aço inoxidável. Todas as operações de montagem e soldagem devem ser realizadas com cuidado, para evitar a entrada de detritos, incrustações ou escórias. Não há nenhuma dificuldade particular na fabricação, mas os trocadores de calor do sistema de aquecimento central, que funcionará sob pressão, devem ser preparados de forma responsável. Se não houver autoconfiança, é melhor convidar um especialista experiente, capaz de realizar uma conexão firme e de alta qualidade.