Como calcular uma bomba para aquecimento

Características da seleção de uma bomba de circulação

A bomba é selecionada de acordo com dois critérios:

1. A quantidade de líquido bombeado, expressa em metros cúbicos por hora (m³/h).
2. Cabeça expressa em metros (m).

Com pressão, tudo fica mais ou menos claro - essa é a altura até a qual o líquido deve ser elevado e é medida do ponto mais baixo ao mais alto ou até a próxima bomba, se o projeto prevê mais de uma.

Volume do tanque de expansão

Todo mundo sabe que um líquido tende a aumentar de volume quando aquecido.Para que o sistema de aquecimento não pareça uma bomba e não flua em todas as costuras, existe um tanque de expansão no qual a água deslocada do sistema é coletada.

Que volume deve ser comprado ou feito um tanque?

É simples, conhecer as características físicas da água.

O volume calculado de refrigerante no sistema é multiplicado por 0,08. Por exemplo, para um refrigerante de 100 litros, o tanque de expansão terá um volume de 8 litros.

Vamos falar sobre a quantidade de fluido bombeado com mais detalhes.

O consumo de água no sistema de aquecimento é calculado de acordo com a fórmula:

G = Q / (c * (t2 - t1)), onde:

• G - consumo de água no sistema de aquecimento, kg/s;
• Q é a quantidade de calor que compensa a perda de calor, W;
• c - capacidade calorífica específica da água, esse valor é conhecido e igual a 4200 J/kg * ᵒС (observe que quaisquer outros transportadores de calor apresentam desempenho inferior em relação à água);
• t2 é a temperatura do refrigerante que entra no sistema, ᵒС;
• t1 é a temperatura do refrigerante na saída do sistema, ᵒС;

Recomendação! Para uma estadia confortável, o delta de temperatura do transportador de calor na entrada deve ser de 7 a 15 graus. A temperatura do piso no sistema "piso quente" não deve ser superior a 29ᵒ C. Portanto, você terá que descobrir por si mesmo que tipo de aquecimento será instalado na casa: haverá baterias, um “piso quente” ou uma combinação de vários tipos.

O resultado desta fórmula fornecerá a taxa de fluxo de refrigerante por segundo de tempo para reabastecer as perdas de calor, então este indicador é convertido em horas.

Adendo! Muito provavelmente, a temperatura durante a operação variará dependendo das circunstâncias e da estação, por isso é melhor adicionar imediatamente 30% da reserva a este indicador.

Considere o indicador da quantidade estimada de calor necessária para compensar as perdas de calor.

Talvez este seja o critério mais complexo e importante que exige conhecimento de engenharia, que deve ser abordado com responsabilidade.

Se esta for uma casa particular, o indicador pode variar de 10 a 15 W / m² (esses indicadores são típicos de "casas passivas") a 200 W / m² ou mais (se for uma parede fina sem isolamento ou isolamento insuficiente) .

Na prática, as organizações de construção e comércio tomam como base o indicador de perda de calor - 100 W / m².

Recomendação: Calcule este indicador para uma determinada casa na qual um sistema de aquecimento será instalado ou reconstruído. Para fazer isso, são usadas calculadoras de perda de calor, enquanto as perdas para paredes, telhados, janelas e pisos são calculadas separadamente. Esses dados permitirão descobrir quanto calor é fisicamente liberado pela casa para o ambiente em uma determinada região com seus próprios regimes climáticos.

Multiplicamos o valor da perda calculada pela área da casa e depois o substituímos na fórmula de consumo de água.

Agora você deve lidar com uma questão como o consumo de água no sistema de aquecimento de um prédio de apartamentos.

Cálculo da bomba para o sistema de aquecimento

Seleção de uma bomba de circulação para aquecimento

O tipo de bomba deve ser necessariamente de circulação, para aquecimento e suportar altas temperaturas (até 110°C).

Os principais parâmetros para selecionar uma bomba de circulação:

2. Altura máxima, m

Para um cálculo mais preciso, você precisa ver o gráfico da característica pressão-fluxo

Característica da bomba é a característica pressão-fluxo da bomba. Mostra como a vazão muda quando exposta a uma certa resistência à perda de pressão no sistema de aquecimento (de um anel de contorno completo). Quanto mais rápido o refrigerante se mover no tubo, maior será o fluxo.Quanto maior o fluxo, maior a resistência (perda de pressão).

Portanto, o passaporte indica a vazão máxima possível com a resistência mínima possível do sistema de aquecimento (um anel de contorno). Qualquer sistema de aquecimento resiste ao movimento do refrigerante. E quanto maior, menor será o consumo geral do sistema de aquecimento.

Ponto de interseção mostra o fluxo real e a perda de carga (em metros).

Característica do sistema - esta é a característica de fluxo de pressão do sistema de aquecimento como um todo para um anel de contorno. Quanto maior o fluxo, maior a resistência ao movimento. Portanto, se estiver definido para o sistema de aquecimento bombear: 2 m 3 / hora, então a bomba deve ser selecionada de forma a satisfazer este caudal. Grosso modo, a bomba deve lidar com o fluxo necessário. Se a resistência ao aquecimento for alta, a bomba deve ter uma grande pressão.

Para determinar a vazão máxima da bomba, você precisa conhecer a vazão do seu sistema de aquecimento.

Para determinar a altura manométrica máxima da bomba, é necessário saber qual a resistência que o sistema de aquecimento experimentará a uma determinada vazão.

consumo do sistema de aquecimento.

O consumo depende estritamente da transferência de calor necessária através dos tubos. Para encontrar o custo, você precisa saber o seguinte:

2. Diferença de temperatura (T₁ e T₂) tubos de alimentação e retorno no sistema de aquecimento.

3. A temperatura média do refrigerante no sistema de aquecimento. (Quanto mais baixa a temperatura, menos calor é perdido no sistema de aquecimento)

Suponha que uma sala aquecida consuma 9 kW de calor. E o sistema de aquecimento é projetado para fornecer 9 kW de calor.

Isso significa que o refrigerante, passando por todo o sistema de aquecimento (três radiadores), perde sua temperatura (veja a imagem). Ou seja, a temperatura no ponto T₁ (em serviço) sempre sobre T₂ (atrás).

Quanto maior o fluxo de refrigerante através do sistema de aquecimento, menor a diferença de temperatura entre os tubos de alimentação e retorno.

Quanto maior a diferença de temperatura a uma taxa de fluxo constante, mais calor é perdido no sistema de aquecimento.

C - capacidade de calor do refrigerante de água, C \u003d 1163 W / (m 3 • ° C) ou C \u003d 1,163 W / (litro • ° C)

Q - consumo, (m 3/hora) ou (litro/hora)

t₁ – Temperatura de alimentação

t₂ – A temperatura do líquido de refrigeração arrefecido

Como a perda do quarto é pequena, sugiro contar em litros. Para grandes perdas, use m 3

É necessário determinar qual será a diferença de temperatura entre o suprimento e o refrigerante resfriado. Você pode escolher absolutamente qualquer temperatura, de 5 a 20 °C. A vazão dependerá da escolha das temperaturas, e a vazão criará algumas velocidades do refrigerante. E, como você sabe, o movimento do refrigerante cria resistência. Quanto maior o fluxo, maior a resistência.

Para cálculos adicionais, escolho 10 °C. Ou seja, na alimentação 60°C no retorno 50°C.

t₁ – Temperatura do transportador de calor doador: 60 °C

t₂ – Temperatura do líquido de arrefecimento resfriado: 50 °С.

W=9kW=9000W

Da fórmula acima obtenho:

Responda: Obtivemos a vazão mínima necessária de 774 l/h

resistência do sistema de aquecimento.

Mediremos a resistência do sistema de aquecimento em metros, porque é muito conveniente.

Vamos supor que já calculamos essa resistência e é igual a 1,4 metros a uma vazão de 774 l/h

É muito importante entender que quanto maior o fluxo, maior a resistência.Quanto menor o fluxo, menor a resistência.

Portanto, a uma determinada vazão de 774 l / h, obtemos uma resistência de 1,4 metros.

E assim temos os dados, isto é:

Taxa de fluxo = 774 l/h = 0,774 m3/h

Resistência = 1,4 metros

Além disso, de acordo com esses dados, uma bomba é selecionada.

Considere uma bomba de circulação com vazão de até 3 m 3 / hora (25/6) 25 mm de diâmetro de rosca, 6 m - altura manométrica.

Ao escolher uma bomba, é aconselhável observar o gráfico real da característica pressão-fluxo. Se não estiver disponível, recomendo simplesmente desenhar uma linha reta no gráfico com os parâmetros especificados

Aqui a distância entre os pontos A e B é mínima e, portanto, esta bomba é adequada.

Seus parâmetros serão:

Consumo máximo 2 m 3 / hora

Cabeça máxima 2 metros

Marcação da bomba

Todos os dados relevantes para o usuário são rotulados no painel frontal. Os números na bomba de circulação significam:

• tipo de dispositivo (na maioria das vezes é UP - circulação);
• tipo de controle de velocidade (não especificado - velocidade única, S - comutação de passo, E - controle de frequência suave);
• diâmetro do bocal (indicado em milímetros, significa a dimensão interna do tubo);
• cabeça em decímetros ou metros (pode variar de fabricante para fabricante);
• dimensão de montagem.

A marcação da bomba contém informações sobre os tipos de conexões dos tubos de entrada e saída. O esquema de codificação completo e a ordem das palavras são assim:

Os fabricantes responsáveis ​​sempre seguem as regras de rotulagem padrão. No entanto, as empresas individuais podem não indicar alguns dos dados, por exemplo, a dimensão da instalação. Você precisa aprender diretamente da documentação do dispositivo.

Vale a pena escolher uma bomba apenas de marcas confiáveis. Dispositivos confiáveis ​​também são apresentados na categoria de preço médio

E se você precisar da mais alta qualidade e houver a oportunidade de pagar uma vez e meia a duas vezes mais - preste atenção aos produtos das marcas GRUNDOFS, WILO

Necessidade de calor da sala

Ao escolher uma bomba de circulação, em primeiro lugar, você precisa seguir as necessidades da sala de energia térmica. Durante os cálculos, você precisa confiar na quantidade de calor necessária nos meses mais frios. Recomenda-se confiar este trabalho a designers profissionais que poderão fornecer indicadores calculados com alta precisão.

Auto-cálculo

Quando o consumidor não pode usar os serviços de especialistas, é necessário, com base no tamanho da sala que precisa de aquecimento, calcular o valor aproximado da potência da bomba. Se considerarmos a região de Moscou, então, de acordo com o SNiP, para edifícios residenciais com um e dois andares, o indicador recomendado de potência térmica específica é de 173 kW / m2 e para casas com três e quatro andares - 98 kW / m2. Para determinar a quantidade total de calor necessária, é necessário multiplicar esses números pela área da sala.

Os principais tipos de bombas para aquecimento

Todos os equipamentos oferecidos pelos fabricantes são divididos em dois grandes grupos: bombas do tipo "úmido" ou "seco". Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens, que devem ser levadas em consideração na escolha.

Equipamento molhado

As bombas de aquecimento, chamadas "úmidas", diferem de suas contrapartes pelo fato de seu impulsor e rotor serem colocados em um transportador de calor. Neste caso, o motor elétrico está em uma caixa selada onde a umidade não pode chegar.

Esta opção é uma solução ideal para pequenas casas de campo.Tais dispositivos se distinguem por sua ausência de ruído e não requerem manutenção completa e frequente. Além disso, eles são facilmente reparados, ajustados e podem ser usados ​​com um nível de fluxo de água estável ou ligeiramente variável.

Uma característica distintiva dos modelos modernos de bombas "úmidas" é a facilidade de operação. Graças à presença de automação "inteligente", você pode aumentar a produtividade ou mudar o nível dos enrolamentos sem problemas.

Quanto às desvantagens, a categoria acima é caracterizada pela baixa produtividade. Este menos é devido à impossibilidade de garantir uma alta estanqueidade da manga que separa o transportador de calor e o estator.

Variedade de dispositivos "secos"

Esta categoria de dispositivos é caracterizada pela ausência de contato direto do rotor com a água aquecida que bombeia. Toda a parte de trabalho do equipamento é separada do motor elétrico por anéis de proteção de borracha.

A principal característica desse equipamento de aquecimento é a alta eficiência. Mas desta vantagem segue uma desvantagem significativa na forma de alto ruído. O problema é resolvido instalando a unidade em uma sala separada com bom isolamento acústico.

Ao escolher, vale a pena considerar o fato de que a bomba do tipo “seco” cria turbulência no ar, para que pequenas partículas de poeira possam subir, o que afetará negativamente os elementos de vedação e, consequentemente, a estanqueidade do dispositivo.

Os fabricantes resolveram este problema desta forma: quando o equipamento está em operação, uma fina camada de água é criada entre os anéis de borracha.Desempenha a função de lubrificação e evita a destruição das peças de vedação.

Os dispositivos, por sua vez, são divididos em três subgrupos:

• vertical;
• quadra;
• console.

A peculiaridade da primeira categoria é o arranjo vertical do motor elétrico. Esse equipamento deve ser comprado apenas se for planejado bombear uma grande quantidade de transportador de calor. Quanto às bombas de bloco, elas são instaladas em uma superfície plana de concreto.

As bombas de bloco destinam-se ao uso industrial, quando são necessárias características de grande fluxo e pressão

Os dispositivos de console são caracterizados pela localização do tubo de sucção na parte externa da cóclea, enquanto o tubo de descarga está localizado no lado oposto do corpo.

O uso de bombas de circulação no aquecimento doméstico

Como algumas características da operação de bombas de circulação de água em vários esquemas de aquecimento já foram mencionadas acima, as principais características de sua organização devem ser abordadas com mais detalhes. Vale a pena notar que, em qualquer caso, o supercharger é colocado no tubo de retorno, se o aquecimento doméstico envolver a elevação do líquido para o segundo andar, outra cópia do supercharger é instalada lá.

Sistema fechado

A característica mais importante de um sistema de aquecimento fechado é a vedação. Aqui:

• o líquido de arrefecimento não entra em contato com o ar da sala;
• dentro do sistema de tubulação selada, a pressão é maior que a pressão atmosférica;
• o tanque de expansão é construído de acordo com o esquema do compensador hidráulico, com uma membrana e uma área de ar que cria contrapressão e compensa a expansão do refrigerante quando aquecido.

As vantagens de um sistema de aquecimento fechado são muitas.Esta é a capacidade de realizar a dessalinização do refrigerante para sedimentos zero e incrustações no trocador de calor da caldeira, e preenchimento de anticongelante para evitar o congelamento, e a capacidade de usar uma ampla gama de compostos e substâncias para transferência de calor, de um solução de álcool para óleo de máquina.

O esquema de um sistema de aquecimento fechado com uma bomba do tipo tubo único e dois tubos é o seguinte:

Ao instalar as porcas Mayevsky em radiadores de aquecimento, a configuração do circuito melhora, não são necessários um sistema de exaustão de ar separado e fusíveis na frente da bomba de circulação.

Sistema de aquecimento aberto

As características externas de um sistema aberto são semelhantes a um fechado: as mesmas tubulações, radiadores de aquecimento, tanque de expansão. Mas há diferenças fundamentais na mecânica do trabalho.

1. A principal força motriz do refrigerante é gravitacional. A água aquecida sobe pelo tubo de aceleração; para aumentar a circulação, recomenda-se torná-lo o mais longo possível.
2. Os tubos de alimentação e retorno são colocados em ângulo.
3. Tanque de expansão - tipo aberto. Nele, o refrigerante está em contato com o ar.
4. A pressão dentro de um sistema de aquecimento aberto é igual à pressão atmosférica.
5. A bomba de circulação instalada no retorno de alimentação atua como um impulsionador de circulação. Sua tarefa também é compensar as deficiências do sistema de tubulação: resistência hidráulica excessiva devido a juntas e curvas excessivas, violação de ângulos de inclinação e assim por diante.

Um sistema de aquecimento aberto requer manutenção, em particular, uma reposição constante de refrigerante para compensar a evaporação de um tanque aberto.Além disso, processos de corrosão ocorrem constantemente na rede de tubulações e radiadores, devido aos quais a água está saturada com partículas abrasivas, e é recomendável instalar uma bomba de circulação com rotor seco.

O esquema de um sistema de aquecimento aberto é o seguinte:

Um sistema de aquecimento aberto com os ângulos de inclinação corretos e uma altura suficiente do tubo de aceleração também pode ser operado quando a alimentação é desligada (a bomba de circulação pára de funcionar). Para fazer isso, um desvio é feito na estrutura do pipeline. O esquema de aquecimento é assim:

Em caso de falta de energia, basta abrir a válvula no circuito de bypass de bypass para que o sistema continue a funcionar no esquema de circulação gravitacional. Esta unidade também facilita o arranque inicial do aquecimento.

Sistema de piso radiante

No sistema de piso radiante, o cálculo correto da bomba de circulação e a escolha de um modelo confiável são garantia de funcionamento estável do sistema. Sem injeção forçada de água, tal estrutura simplesmente não pode funcionar. O princípio de instalação da bomba é o seguinte:

• a água quente da caldeira é fornecida ao tubo de entrada, que é misturado com o fluxo de retorno do piso radiante através do bloco misturador;
• o coletor de alimentação do piso radiante é conectado à saída da bomba.

A unidade de distribuição e controle do piso radiante é a seguinte:

O sistema funciona de acordo com o seguinte princípio.

1. O termostato principal está instalado na entrada da bomba, que controla a unidade de mistura. Ele pode receber dados de uma fonte externa, como sensores remotos na sala.
2. A água quente da temperatura definida entra no coletor de alimentação e diverge através da rede de piso radiante.
3. O retorno de entrada tem uma temperatura mais baixa que a alimentação da caldeira.
4. O regulador de temperatura com a ajuda da unidade misturadora altera as proporções do fluxo quente da caldeira e do retorno resfriado.
5. A água da temperatura definida é fornecida através da bomba para o coletor de distribuição de entrada do piso radiante.

Como na prática, a resistência hidráulica do sistema de aquecimento é considerada.

Muitas vezes, os engenheiros precisam projetar sistemas de aquecimento para grandes instalações. Eles têm um grande número de dispositivos de aquecimento e muitas centenas de metros de tubos, mas você ainda precisa contar. Afinal, sem GR não será possível escolher a bomba de circulação certa. Além disso, o GR permite determinar se tudo isso funcionará antes da instalação.

Para simplificar a vida dos projetistas, vários métodos numéricos e de software para determinar a resistência hidráulica foram desenvolvidos. Vamos começar do manual para o automático.

Fórmulas aproximadas para o cálculo da resistência hidráulica.

Para determinar as perdas de atrito específicas na tubulação, a seguinte fórmula aproximada é usada:

R = 5104 v1,9/d1,32 Pa/m;

Aqui, uma dependência quase quadrática da velocidade do líquido na tubulação é preservada. Esta fórmula é válida para velocidades de 0,1-1,25 m/s.

Se você conhece a taxa de fluxo do refrigerante, existe uma fórmula aproximada para determinar o diâmetro interno dos tubos:

d = 0,75√Gmm;

Tendo recebido o resultado, você deve usar a seguinte tabela para obter o diâmetro da passagem condicional:

O mais demorado será o cálculo das resistências locais em conexões, válvulas e dispositivos de aquecimento. Anteriormente mencionei os coeficientes de resistência local ξ, sua escolha é feita de acordo com as tabelas de referência.Se tudo estiver claro com cantos e válvulas de parada, a escolha do KMS para tees se transforma em toda uma aventura. Para deixar claro do que estou falando, vejamos a imagem a seguir:

A imagem mostra que temos até 4 tipos de tees, cada um com seu próprio KMS de resistência local. A dificuldade aqui estará na escolha correta da direção da corrente de refrigeração. Para quem realmente precisa, darei aqui uma tabela com fórmulas de O.D. Samarin "Cálculos hidráulicos de sistemas de engenharia":

Essas fórmulas podem ser transferidas para o MathCAD ou qualquer outro programa e calcular o CMR com um erro de até 10%. As fórmulas são aplicáveis ​​para velocidades de refrigeração de 0,1 a 1,25 m/s e para tubos com diâmetro nominal de até 50 mm. Tais fórmulas são bastante adequadas para aquecimento de casas e casas particulares. Agora vamos ver algumas soluções de software.

Programas para calcular a resistência hidráulica em sistemas de aquecimento.

Agora, na Internet, você pode encontrar muitos programas diferentes para calcular o aquecimento, pagos e gratuitos. É claro que os programas pagos têm funcionalidades mais poderosas do que os gratuitos e permitem que você resolva uma gama maior de tarefas. Faz sentido adquirir esses programas para engenheiros de projeto profissionais. Um leigo que deseja calcular independentemente o sistema de aquecimento em sua casa terá programas bastante gratuitos. Abaixo está uma lista dos produtos de software mais comuns:

• Valtec.PRG é um programa gratuito para cálculo de aquecimento e abastecimento de água. É possível calcular piso radiante e até paredes quentes
• HERZ é uma família inteira de programas. Com a ajuda deles, você pode calcular sistemas de aquecimento de tubo único e de dois tubos.O programa tem uma representação gráfica conveniente e a capacidade de dividir em diagramas de piso. É possível calcular as perdas de calor
• Potok é um desenvolvimento doméstico, que é um sistema CAD complexo que pode projetar redes de engenharia de qualquer complexidade. Ao contrário dos anteriores, o Potok é um programa pago. Portanto, é improvável que um simples leigo o use. Destina-se a profissionais.

Existem várias outras soluções também. Principalmente de fabricantes de tubos e conexões. Os fabricantes aprimoram os programas de cálculo para seus materiais e, assim, até certo ponto, os forçam a comprar seus materiais. Esta é uma jogada de marketing e não há nada de errado com isso.

Chefe do equipamento de bombeamento do tipo circulação

A pressão é criada pela ação do dispositivo de bombeamento para suportar as perdas hidrodinâmicas que ocorrem em tubulações, radiadores, válvulas, conexões. Em outras palavras, a pressão é a quantidade de resistência hidráulica que a unidade deve superar. Para garantir as condições ideais para bombear o refrigerante através do sistema, o índice de resistência hidráulica deve ser menor que o índice de pressão. Uma coluna de água fraca não será capaz de lidar com a tarefa e muito forte pode causar ruído no sistema.

O cálculo do indicador de pressão da bomba de circulação requer uma determinação preliminar da resistência hidráulica. Este último depende do diâmetro da tubulação, bem como da velocidade de movimento do refrigerante através dela. Para calcular as perdas hidráulicas, você precisa conhecer a velocidade do refrigerante: para tubulações de polímero - 0,5-0,7 m / s, para tubos de metal - 0,3-0,5 m / m.Em trechos retos da tubulação, o índice de resistência hidráulica estará na faixa de 100-150 Pa/m. Quanto maior o diâmetro do tubo, menores as perdas.

Neste caso, ζ denota o coeficiente de perdas locais, ρ é o índice de densidade do portador de calor, V é a velocidade de deslocamento do portador de calor (m/s).
Em seguida, é necessário somar os indicadores de resistências locais e os valores de resistência que foram calculados para seções retas. O valor resultante corresponderá ao cabeçote mínimo permitido da bomba. Se a casa tiver um sistema de aquecimento altamente ramificado, a pressão deve ser calculada para cada ramal separadamente.

- caldeira - 0,1-0,2;
- regulador de calor - 0,5-1;
- misturador - 0,2-0,4.

Ao mesmo tempo, Hpu é a cabeça da bomba, R são as perdas causadas pelo atrito nos tubos (medido por Pa / m, o valor de 100-150 Pa / m pode ser tomado como base), L é o comprimento das tubulações de retorno e direta do ramal mais longo ou a soma da largura, comprimento e altura da casa multiplicada por 2 (medido em metros), ZF é o coeficiente para a válvula termostática (1,7), conexões / conexões (1,3 ), 10000 é o fator de conversão para unidades (m e Pa).

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Regras para escolher equipamentos de circulação no vídeo:

As sutilezas de calcular a pressão e o desempenho no videoclipe:

Vídeo sobre o dispositivo, o princípio de operação e instalação da bomba de circulação:

Um moderno sistema de fornecimento de calor com uma bomba integrada para circulação forçada permite aquecer os alojamentos em questão de minutos após o arranque do gerador de calor.

A seleção racional da bomba de circulação e a instalação de alta qualidade aumentam significativamente a eficiência do uso do equipamento da caldeira, economizando recursos energéticos em cerca de 30-35%.

Procura uma bomba de circulação para o seu sistema de aquecimento? Ou você tem experiência com essas configurações? Por favor, compartilhe sua experiência com os leitores, faça perguntas e participe de discussões. O formulário de comentários está localizado abaixo.