Como fazer um trocador de calor de ar para uma chaminé: uma visão geral sobre o exemplo de um fogão barrigudo

Fogão de sauna com trocador de calor - vantagens e características de operação

Vamos destacar as principais vantagens dos fornos em banho com trocador de calor.

• Um sistema de banho desse design resolve dois problemas ao mesmo tempo - aquece as instalações do vestiário e da sauna a vapor e também aquece a água.
• É permitido colocar o tanque na sala mais próxima da sala de vapor.
• Apesar do custo relativamente baixo dos fornos com trocador de calor por tubo em um banho, eles são caracterizados por uma longa vida útil devido ao uso de materiais de alta qualidade na fabricação.
• Devido ao fato de a fornalha de um forno moderno ser equipada com vidro refratário, é possível aproveitar as chamas e controlar o processo de combustão.
• Despretensão do sistema no atendimento;
• Aparência atraente.
• As pequenas dimensões do recuperador com permutador de calor no tubo da banheira ajudam a poupar espaço na sala de vapor.
• O poder de tal sistema é suficiente para aquecer rapidamente a sala de vapor até a temperatura desejada.

O design de um fogão de sauna com trocador de calor não é complicado, e o tanque pode ser colocado em uma sala adjacente à sauna a vapor

As questões de segurança para cada pessoa estão em primeiro lugar. Este fator requer que o sistema seja operado corretamente. É impossível fixar os tubos que conectam o tanque com outras partes da estrutura de forma imóvel à parede, pois seus parâmetros lineares mudam quando aquecidos.

O volume do tanque de água deve ser selecionado levando em consideração o fato de que deve ser aquecido dentro de duas horas a partir do momento da ignição no forno de combustível. Caso contrário, a água simplesmente se transformará em vapor.

A potência do trocador de calor criado no tubo da chaminé para o banho não deve afetar o funcionamento do próprio forno. Neste caso, o nível de redução de potência permitido não deve exceder 10%. Quando o sistema é aquecido a uma temperatura elevada, não pode ser enchido com água.

Instalação da bobina na chaminé

Para fogões de pequenas salas de vapor, os trocadores de calor podem ser instalados diretamente na chaminé. O design da bateria de água quente praticamente não é diferente dos trocadores de calor embutidos, o único inconveniente é a necessidade de instalar um tanque de armazenamento adicional para água quente.

Muitos proprietários de salas de vapor instalam os dois tipos de trocadores de calor no fogão, o interno é feito de liga de aço e o externo é feito de cobre ou liga de cobre. O primeiro circuito de água é usado para produzir água quente e água fervente, o segundo é constantemente preenchido com líquido e ligado ao sistema de aquecimento.

Fazendo um trocador de calor com suas próprias mãos

Nem sempre é possível comprar um projeto de forno pronto com trocador de calor. Além disso, nem todos podem trabalhar como soldador. Mas construir um trocador de calor em um forno de aquecimento com suas próprias mãos não é uma tarefa tão difícil. Usando alumínio ou cobre, a soldagem pode ser evitada. Com uma boa preparação, cálculo correto, isso é possível e não oneroso. Além disso, economiza o orçamento familiar.

Materiais descartáveis

Tendo escolhido um local e tamanho, vale a pena considerar o que é mais fácil construir um trocador de calor. Você pode usar os materiais listados acima e radiadores de ferro fundido, radiadores de carro e similares. O principal é levar em conta corretamente a condutividade térmica. Pense exatamente em qual ferramenta você precisará e prepare-a com antecedência. Todas essas pequenas coisas facilitarão a instalação.

Algoritmo de montagem

Você precisa começar com um projeto - pensando nas pequenas coisas e escolhendo opções. Vale a pena proceder a partir do tamanho - se o forno for fraco, um trocador de calor desproporcionalmente grande só prejudicará. Se você usar cobre como tubo para a bobina, o comprimento não deve exceder três metros.

A opção de fabricação mais simples é uma bobina. Será necessário um tubo de cobre, de 2 m a 3 m de comprimento.

A taxa de aquecimento depende do comprimento do tubo e do número de voltas. Mas vale lembrar - é preciso levar em consideração o tamanho do forno, fornalha e não abusar do aumento da bobina. Distorções no tamanho reduzem a vida útil do forno.

Para torcer o tubo em espiral, você precisa de um modelo. Esta é qualquer parte auxiliar de uma forma cilíndrica. O diâmetro do gabarito deve caber no tamanho do forno.

Tendo preparado os materiais, prosseguimos:

• Dobrando o tubo, enrolamos no blank preparado para obter uma espiral;
• Observamos as dimensões em que a bobina deve ser colocada;

A potência média de projeto do trocador de calor é de 1 kW por 10 metros de área.

Se você não estiver satisfeito com este tipo de trocador de calor, poderá fazer outro tipo, por exemplo, soldando tubos de aço. Parece algo assim:

Exemplos de desenhos nos quais realizar o trabalho:

Como instalar?

É conveniente instalar o trocador de calor no forno durante a colocação de um novo forno. Isso permitirá que você o monte completamente, observando todas as folgas e dimensões. Com esta instalação, é mais fácil manter o tamanho correto. Tendo montado o trocador de calor na fundação do forno, é mais fácil cobri-lo com tijolos do que ao desmontar o forno acabado, tentando adaptá-lo ao seu lugar. Mas isso também é possível.

Existem também pontos e requisitos importantes que devem ser observados para aumentar a vida útil:

• não é necessário fixar os tubos das estruturas com fixadores de metal;
• não despeje água gelada para evitar condensação;
• observe as proporções entre o forno e o trocador de calor, evitando uma grande diferença;
• use materiais de vedação com alta resistência ao calor;
• cumprir todas as medidas de segurança contra incêndio;

Regras simples ajudarão a evitar situações perigosas, ajudarão a prolongar a vida útil do forno. Não se esqueça da segurança contra incêndio também.

Exemplos de instalação na foto:

Finalidade e características do dispositivo

Este projeto é projetado para receber o calor de uma chaminé aquecida e transferi-lo para o refrigerante que circula no trocador de calor. O próprio design de tal dispositivo depende da forma e da seção da chaminé, do material do qual é feito, da potência do dispositivo de aquecimento e do refrigerante, que pode ser ar, água, óleo e vários líquidos não congelantes.

De acordo com o líquido refrigerante que circula no interior do dispositivo, todos os trocadores de calor podem ser classificados em ar e líquido. Ar - mais fácil de fabricar, mas não tem a maior eficiência. Por exemplo, para aquecer uma segunda sala, uma sala de espera ou um sótão, é necessário instalar um duto de ar e, se essa sala estiver localizada longe o suficiente do fogão, será necessário instalar um ventilador para criar um ar forçado fluxo.

Os trocadores de calor com transportador de calor líquido são mais exigentes em termos de mão de obra e material, mas têm maior eficiência. Por exemplo, uma chaminé com um trocador de calor por onde circula a água pode servir como um sistema completo de aquecimento de água para uma pequena casa de campo, se dispositivo de entrada e saída conectar alimentação e retorno a um ou dois radiadores.

Opções de conexão estrutural

O trocador de calor na chaminé pode operar em dois modos principais. E cada um deles tem seu próprio processo de transferência de calor da fumaça para o tubo interno do trocador de calor.

Assim, no primeiro modo, conectamos um tanque externo com água fria ao trocador de calor. Em seguida, a água condensa no tubo interno, razão pela qual o próprio trocador de calor é aquecido apenas devido ao calor de condensação do vapor de água dos gases de combustão. Neste caso, a temperatura na parede do tubo não excederá 100°C.E a água no tanque será aquecida por um longo tempo.

No segundo modo, não ocorre a condensação do vapor de água na parede interna do trocador de calor. Aqui, o fluxo de calor através do tubo é mais significativo e a água aquece rapidamente. Para entender melhor esse processo, faça o seguinte experimento: coloque uma panela de água fria em um bico de gás. Será claramente visível como a condensação aparece nas paredes da panela e começa a pingar no fogão. E apesar da chama de 100 ° C, esse estado continuará por muito tempo até que a própria água na panela aqueça. Portanto, se você usar um trocador de calor em um tubo como registro para aquecimento de água, dê preferência a seus projetos pequenos com paredes grossas do tubo interno - para que haja muito menos condensado.

Cachimbo em estanho - simples e durável!

Esta opção é simples, prática e conveniente. De fato, aqui a chaminé é simplesmente enrolada em um tubo de metal ou cobre, é constantemente aquecida e o ar destilado através dela rapidamente se torna quente.

Você pode soldar uma espiral à sua chaminé com um queimador de argônio ou soldagem semiautomática. Você também pode soldar com estanho - se você apenas desengordurar antecipadamente com ácido fosfórico. O trocador de calor o segurará com especial firmeza - afinal, os samovares são soldados com estanho e servem por muito tempo.

Corrugação - barato e alegre

Esta é a opção mais simples e menos econômica. Pegamos três corrugações de alumínio e as enrolamos na chaminé no sótão ou no segundo andar. Nos tubos das paredes da chaminé, o ar será aquecido e poderá ser redirecionado para qualquer outra sala. Mesmo uma sala bastante grande será aquecida ao ponto de aquecer enquanto você aquece o fogão a vapor.E para tornar a remoção de calor mais produtiva, enrole as espirais corrugadas com papel alumínio comum.

Exaustor do trocador de calor - para aquecer o sótão

Além disso, um trocador de calor pode ser instalado na seção da chaminé no sótão, que funcionaria com o princípio de um forno tipo sino - é quando o ar quente sobe e, quando esfria, desce lentamente. Esse design tem sua própria vantagem enorme - uma chaminé de metal comum no segundo andar geralmente aquece para que não possa ser tocada, e esse trocador de calor reduzirá significativamente o risco de incêndio ou queimaduras acidentais.

Alguns artesãos também cobrem esses trocadores de calor com uma malha com pedras para acúmulo de calor e decoram o suporte do trocador de calor. O sótão, neste caso, acaba sendo ainda mais confortável e pode ser usado como espaço de convivência. Afinal, com base na prática, a temperatura do tubo de um fogão de banho não excede 160-170 ° C, se houver um trocador de calor nele. E a temperatura mais alta já será apenas na área do portão. Quente e seguro!

Trocador de calor em banhos

É aconselhável fazer um trocador de calor para um tubo de chaminé em um banho com sistemas de água quente (fornecimento de água quente). Um trocador de calor de ar é usado para aquecer a casa de banho, e na sala de vapor há calor suficiente sem ele. Um trocador de calor de água é usado se o banho for um prédio separado. Normalmente, um tanque de água é instalado sob o teto em uma sala adjacente à sauna a vapor.

O que você precisa saber ao instalar um trocador de calor de água quente

1. O tanque de água deve corresponder à potência do fogão no banho - um recipiente grande e espaçoso demora mais para aquecer. Em um tanque de pequena capacidade, a água ferverá rapidamente e liberará o excesso de vapor.A capacidade ideal é de 50 a 100 litros, e 6 a 10 litros serão suficientes para o elemento de aquecimento.
2. O próprio trocador de calor também deve corresponder à potência do fogão da sauna. Idealmente, o trocador de calor deixa 10-15% do calor do forno.
3. O tanque de água deve ser preenchido durante o aquecimento do forno, caso contrário, o tanque superaquecerá e todo o sistema de troca de calor entrará em colapso.
4. Os tubos do sistema de troca de calor não devem ser fixados rigidamente às paredes, pois se expandem quando aquecidos. A montagem excessivamente rígida danificará toda a estrutura de troca de calor.

O princípio de operação e o dispositivo do trocador de calor

Existem vários modelos diferentes de trocadores de calor. Seu design, bem como o princípio de operação, são geralmente semelhantes. O trocador de calor possui um corpo oco equipado com tubos de saída e entrada. Um chamado dispositivo de freio é instalado dentro da carcaça, projetado para gases de combustão. Na maioria das vezes, este é um sistema de amortecedores com recortes instalados nos eixos. Os elementos têm a capacidade de girar, criando uma chaminé em ziguezague de vários comprimentos. Ajustar a posição dos amortecedores permite escolher a relação ideal de eficiência de troca de calor e tiragem no duto de fumaça, sem violar as regras de operação segura. Existem também opções mais simples sem sistema de amortecedores ajustáveis.

O dispositivo do trocador de calor para o forno "Bulleryan". O ar frio através dos orifícios na parte inferior do dispositivo entra na estrutura, aquece a partir dos produtos de combustão que passam pela chaminé e sai

O ar mais frio é aspirado através dos orifícios localizados na parte inferior do dispositivo, de acordo com o princípio da convecção.Ele passa pelo interior, onde os gases de combustão que passam pela chaminé o aquecem. O ar aquecido é expelido através das aberturas superiores para a sala aquecida. Assim, é possível aumentar a eficiência do aquecedor e reduzir significativamente a quantidade de combustível consumida por ele. Foram realizados experimentos que mostraram que o consumo de combustível de uma estufa com trocador de calor instalado na chaminé diminuiu três vezes.

No entanto, para obter esse efeito, você deve escolher o dispositivo certo. Não se esqueça que cedendo o seu calor na chaminé, os produtos da combustão arrefecem muito rapidamente. Isso leva a uma diminuição da diferença de temperatura na chaminé e, consequentemente, a uma queda na tiragem no sistema. Para evitar este efeito desagradável, são utilizados ajustes do amortecedor ou são selecionadas as dimensões ideais da estrutura.

Vídeo

Trocador de calor tipo ar

O trocador de calor de ar faça você mesmo para a chaminé tem um design simples. Possui uma caixa de metal, dentro da qual existem tubos de entrada e saída. O princípio de funcionamento do produto é simples e pode ser visto nesta foto.

Abaixo está o ar frio. Quando entra nos tubos, aquece e sai da parte superior, aquecendo a sala em que está localizado. Nesse caso, o consumo de combustível é reduzido em 2-3 vezes, pois a sala é aquecida com mais eficiência.

Observação! O trocador de calor é instalado na posição horizontal, conforme mostrado na foto. Mas também existem opções com um arranjo vertical.

Outra vantagem é que o trocador de calor no tubo da chaminé é feito à mão. Tudo que você precisa é de instruções detalhadas. Aqui está uma lista de ferramentas e materiais para o trabalho:

• máquina de solda;
• Búlgaro;
• chapa metálica, dimensões 350x350x1 mm;
• tubos de diferentes diâmetros;
• um pedaço de tubo com diâmetro de 60 mm;
• um balde de metal de 20 litros ou um barril.

Agora você pode prosseguir para uma revisão passo a passo da tecnologia de criação:

As peças finais são criadas a partir de folhas de 350x350x1 mm. Usando um moedor, dois círculos idênticos são cortados. Neste caso, o diâmetro das peças (tampões) é igual ao do recipiente metálico que será utilizado.
Um furo é cortado no centro para a instalação de um tubo de 60 mm.
Os furos para os tubos restantes são marcados e cortados ao longo das bordas. Deve haver 8. Veja

uma foto
Um pedaço de tubo com diâmetro de 60 mm é soldado ao orifício central.
Prestar atenção! É importante que todos os tubos tenham o mesmo comprimento.

Em seguida, todos os 8 tubos são soldados em um círculo. E assim para cada bunda
A saída deve ficar assim

O trocador de calor está quase pronto, você só precisa fazer um caso para ele.
Se houver um fundo no recipiente, ele será cortado.
Os furos são feitos nas laterais exatamente no centro, idênticos ao diâmetro do tubo da chaminé.
Um tubo é inserido em cada furo e soldado com uma máquina de solda.
O núcleo de tubos feito anteriormente é inserido no corpo e fixado ao corpo por soldagem. O trocador de calor está pronto. Resta pintá-lo com tinta com propriedades resistentes ao calor.

Um trocador de calor é instalado no tubo da chaminé para a casa de banho, casa ou outro cômodo. Com ele, a diferença no aquecimento será sentida imediatamente. Assista ao vídeo correspondente para ajudá-lo a lidar com o trabalho sozinho.

Água

O aparelho possui dois setores que aquecem um ao outro.A circulação da água em alta potência ocorre em circuito fechado no reservatório do sistema de aquecimento, onde aquece até 180 gr. Depois de fluir ao redor das tubulações instaladas, a água é enviada para o sistema principal, onde a temperatura de aquecimento aumenta.

Para fazer um trocador de calor de água, prepare:

• Recipiente em forma de tanque de aço. Defina-o para o início do sistema. Para circulação de água, são necessários 2 ramos de tubos, o inferior é para entrada de água fria, o superior é para entrada de água quente.
• Verifique o tanque quanto a vazamentos.
• Coloque bobinas tubulares de cobre dentro do tanque, 4 metros de tubo por 100 litros de tanque são suficientes.
• Conecte o regulador de potência ao tubo de cobre.
• Para evitar que as quedas de pressão e temperatura destruam o recipiente, instale o ânodo mais próximo do elemento de aquecimento.
• Feche bem o tanque.
• Encha com água.
• Verifique o sistema em ação.

Tipos de manutenção

Esquema e princípio de operação de um trocador de calor recuperativo

De acordo com o princípio de funcionamento, os equipamentos são divididos em recuperativos e regenerativos. No primeiro, os refrigerantes em movimento são separados por uma parede. Este é o tipo mais comum, pode ser de várias formas e desenhos. No segundo caso, os refrigerantes quentes e frios entram em contato com a mesma superfície. A alta temperatura aquece a parede do equipamento durante o contato com o meio quente, então a temperatura é transferida para o líquido frio ao entrar em contato com ele.

De acordo com sua finalidade, a manutenção é dividida em dois tipos: refrigeração - trabalham com líquido ou gásenquanto resfria o refrigerante quente; e aquecimento - interagem com um ambiente aquecido, dando energia aos fluxos frios.

Por design, os trocadores de calor são de vários tipos.

dobrável

Eles consistem em uma estrutura, duas câmaras de extremidade, placas separadas separadas por juntas resistentes ao calor e parafusos de fixação. Tal equipamento é caracterizado pela facilidade de limpeza e pela possibilidade de aumentar a eficiência com a adição de placas. Mas manutenção dobrável sensível à qualidade da água. Para prolongar sua vida útil, são necessários filtros adicionais, o que aumenta o custo do projeto.

lamelar

O trocador de calor de placas precisa instalar filtros adicionais no refrigerante

Eles diferem no método de conectar as placas internas:

• Nos TOs brasados, chapas de aço inoxidável corrugadas de 0,5 mm de espessura são feitas por estampagem a frio. Uma junta feita de borracha especial resistente ao calor é instalada entre eles.
• Nas chapas soldadas, elas são soldadas e formam cassetes, que são então montados dentro de chapas de aço.
• No TO semi-soldado, os cassetes são mantidos juntos por meio de juntas de paronite em uma estrutura de um pequeno número de módulos soldados. Esses módulos são vedados com juntas de borracha e conectados por soldagem a laser. Em seguida, eles são montados entre duas placas com parafusos.

Os trocadores de calor de placas são usados ​​em condições de alta pressão e temperaturas extremas. Tais dispositivos requerem manutenção mínima, são econômicos e altamente eficientes. Além disso, a eficiência do equipamento pode ser aumentada ou diminuída conforme necessário aumentando ou diminuindo o número de placas de aço.

A única desvantagem de um trocador de calor de aço inoxidável corrugado é a sensibilidade à qualidade do refrigerante, é necessário instalar filtros adicionais.

Carcaça e tubos

Eles consistem em um corpo cilíndrico, onde são colocados feixes de tubos montados em treliças. As extremidades dos tubos são fixadas com alargamento, solda ou solda. A vantagem desse equipamento é a pouca exigência da qualidade do refrigerante e a possibilidade de utilização em processos técnicos onde estão presentes meios agressivos e alta pressão (nas indústrias de petróleo, gás e química). As desvantagens dos trocadores de calor casco e tubo são a transferência de calor relativamente baixa, grandes dimensões, alto custo e dificuldade de reparo.

Espiral

Eles consistem em duas folhas de metal enroladas em espiral. As bordas internas são conectadas por uma divisória e fixadas com pinos. Esses trocadores de calor são compactos e têm um efeito de autolimpeza. Eles são capazes de trabalhar com meios líquidos não homogêneos de qualquer qualidade. Com um aumento na velocidade do movimento do fluido, a intensidade da transferência de calor aumenta. Desvantagens: dificuldade de fabricação e reparo, limitando a pressão do fluido de trabalho a 10 kgf/cm².

Espiral
carcaça e tubos

Tubo duplo e tubo em tubo

Esquema do trocador de calor "pipe in pipe"

O primeiro consiste em tubos de diferentes diâmetros. Líquido e gás são usados ​​como transportador de calor. Os dispositivos são usados ​​em locais com alta pressão, possuem alto nível de transferência de calor. Eles são fáceis de instalar e manter. O único inconveniente é o alto custo.

O trocador de calor "pipe in pipe" consiste em dois tubos de diâmetros diferentes conectados entre si. Eles são usados ​​em uma baixa vazão de refrigerante e para equipar uma chaminé.

Algumas dicas gerais

Durante o uso de trocadores de calor, surgem alguns problemas que podem “estragar o clima”. Quais são esses problemas e como eles podem ser resolvidos?

Temperatura de aquecimento da água no tanque

Temperatura de aquecimento da água no tanque

É necessário “pegar” o momento em que será aceitável, mas é quase impossível capturar tal “momento”. O fato é que, enquanto toma banho, o fogão continua queimando, respectivamente, a temperatura da água aumenta constantemente. O que fazer? Apague o fogo do forno? Isso, é claro, não é uma opção.

Propomos resolver o problema com um misturador. Se houver um duto de água no banho - excelente, ajudará não apenas a criar uma temperatura confortável, mas também, usando a automação mais simples, tornará automático o enchimento do tanque de água. Será possível lavar sem economizar água, os riscos de ebulição no trocador de calor são um pouco reduzidos. Se não houver abastecimento de água, recomendamos a instalação de um tanque de água fria adicional próximo ao tanque de água quente. Você precisa conectá-lo ao chuveiro através de um misturador.

Diagrama de fiação

Água fervente no trocador de calor

Água fervente no trocador de calor

Especialmente muitas vezes isso acontece durante a instalação do trocador de calor diretamente no forno do forno. Garantimos que você nunca poderá calcular os parâmetros do trocador de calor de forma a excluir completamente esse fenômeno. Esses cálculos são muito complicados e há muitos indicadores desconhecidos e não regulamentados. Cálculos de velocidade fluxo de água só pode ser realizado por um engenheiro de projeto qualificado que conhece perfeitamente as leis de engenharia térmica, engenharia hidráulica e instalação. Mas a quantidade desconhecida mais importante é a chama no forno.

Ninguém jamais será capaz de dizer exatamente quanto calor o fogão fornece em cada unidade individual de tempo. É impossível aumentar ou diminuir rapidamente a intensidade de queima da chama dependendo da temperatura da água. Propomos resolver o problema da ebulição da água com a ajuda de bombas de água monofásicas comuns para sistemas de aquecimento. Eles são construídos diretamente na tubulação, a potência dos dispositivos é de 100 ÷ 300 W. A instalação de uma bomba de circulação não apenas elimina os riscos de ebulição, mas também acelera significativamente o tempo de aquecimento da água.

Esquema conexão da bomba de circulação

Esperamos que nossas informações sejam úteis para os proprietários de banhos e possibilitem não resolver problemas com trocadores de calor, mas evitar sua ocorrência mesmo na fase de fabricação e instalação.