La calefacción eficiente del hogar es una de las tareas más importantes para cada propietario. Una solución interesante a este problema puede ser un sistema de calentamiento por vapor, cuyos principios de funcionamiento y dispositivo difieren de los circuitos de agua habituales.
Esta no es la opción más fácil, con sus propias fortalezas y debilidades. Hablaremos sobre las reglas del dispositivo y la organización, las características del sistema con un refrigerante vaporoso. Aprenderá cómo organizar el calentamiento de vapor en una casa privada y cómo operarlo adecuadamente.
El principio del sistema de vapor.
Cuando el agua hierve a una presión constante, mantiene su temperatura constante. El vapor generado como resultado de tal ebullición tiene una cantidad significativa de energía térmica. En el momento de la condensación, es decir Cuando el vapor se convierte en líquido, esta energía se libera y se transfiere al medio ambiente.
Este principio se utiliza en la operación de sistemas de calentamiento por vapor. El agua hierve en la caldera, el vapor se mueve a través de las tuberías hacia los radiadores, se condensa y se mezcla con el calor, calentando así el aire de la habitación.
El agua obtenida en el proceso de condensación continúa moviéndose a través de las tuberías y regresa a un tanque de almacenamiento especial, y luego ingresa al calentador de forma natural o forzada, usando una bomba.
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De acuerdo con los esquemas de organización y los principios del dispositivo, el calentamiento de vapor y agua es similar. Incluyen elementos estructurales similares.
La diferencia es que el vapor ingresa a los dispositivos de calentamiento, lo que, durante la condensación, emite el calor de la evaporación y disminuye cientos de veces en volumen.
De acuerdo con el tipo de movimiento del refrigerante, los sistemas de vapor también se dividen en gravitacionales y forzados, las reglas de igualdad de agua se manifiestan en el ensamblaje y la organización.
Las características de la construcción de sistemas de vapor incluyen una mayor resistencia al calor, que los dispositivos de calentamiento deben poseer. Después de todo, la temperatura del vapor que ingresa puede alcanzar + 130º
Las tuberías varían dentro de los propios sistemas de vapor. El vapor se suministra a través de tuberías de vapor, que deben ser más anchas en sección transversal y más resistentes a los efectos térmicos que las tuberías de condensado que transfieren el condensado a la caldera.
Según la variante de retorno de condensado para calentar a la caldera, los circuitos de vapor se dividen en abiertos y cerrados. En el primero, el condensado se acumula primero en el tanque, luego es transportado por la bomba a la caldera. En condensado cerrado fluye directamente a la caldera
Para equilibrar el tiempo y la potencia de la transferencia de calor, en los sistemas de vapor a menudo, en lugar de las baterías estándar, utilice registros de aletas
Los circuitos de calefacción de vapor solo están cerrados, porque Se debe excluir la evaporación del refrigerante fuera del sistema. El volumen de condensado debe calcularse con precisión para que cuando el vapor se enfríe, no se formen bolsas de aire en los dispositivos que interfieren con el movimiento del vapor.
Analogías en calentamiento de vapor y agua.
Los detalles de la acción del vapor como refrigerante
Tipos de sistemas de calentamiento por vapor.
Características de los aparatos de calefacción.
Líneas de vapor y líneas de condensado.
Sistema de vapor abierto
Registros de calefacción con aletas
Precisión de la organización
Dependiendo de la presión dentro del sistema de calentamiento por vapor, se dividen en:
- vapor al vacío;
- baja presión;
- alta presión.
En el primero, la presión es menor a 0.1 MPa, en el segundo - incluso menor - a 0.07 MPa, y en el tercero - más de 0.07 MPa. Los sistemas abiertos de baja presión tienen acceso al aire desde la atmósfera, pero también pueden cerrarse, es decir. completamente hermético
Este diagrama ilustra el diseño del calentamiento por vapor. El dispositivo de calentamiento debe ubicarse más abajo que los radiadores, la pendiente de la línea de condensado
Tales sistemas suelen utilizar el llamado vapor saturado seco, que no contiene partículas de agua en suspensión. La cantidad de vapor en el sistema se refleja en su trabajo. Si el vapor es demasiado pequeño, esto creará problemas para que el condensado se drene libremente, y se acumulará aire frío en la parte inferior del calentador.
Un volumen suficiente de vapor mejora el proceso de salida del condensado, que se empuja hacia las paredes y fluye hacia abajo en forma de una delgada película de agua.
En sistemas cerrados, el agua después de la condensación ingresa inmediatamente al intercambiador de calor, pero a menudo se usan sistemas abiertos en los que el refrigerante se recoge primero en el tanque de almacenamiento y luego se bombea a la caldera para calentarlo.
El condensado puede llenar completamente las tuberías a través de las cuales se mueve para calentar o solo parcialmente. La última opción es preferible, ya que cuando el sistema se apaga, las tuberías permanecerán secas.
Si el portador de calor del calentamiento por vapor después de la condensación se transfiere directamente a la caldera para su posterior calentamiento, el sistema se llama cerrado. Si el condensado se recolecta por primera vez en un tanque de almacenamiento, desde el cual se bombea a la caldera por una bomba, el sistema pertenece a la categoría de abierto
Características de los sistemas de baja presión.
Se cierra una versión común de dicho sistema, que utiliza condensado de retorno por gravedad a la caldera, que no llena completamente las tuberías, y se utiliza la disposición de la tubería superior.
Primero, el sistema se llena con agua hasta el nivel requerido, después de lo cual comienza el calentamiento. El condensado fluye hacia abajo por el elevador común y cuando alcanza el nivel establecido es forzado a salir a la caldera.
En el mismo sistema con cableado más bajo, se recomienda instalar tuberías con una ligera inclinación en la dirección del movimiento del vapor para reducir los efectos de sonido. Una trampa de agua en forma de bucle está dispuesta en el sitio de drenaje de condensado, lo que evita que el vapor se mueva a la línea de condensación.
La velocidad del vapor en tales sistemas debe ser moderada, no más de 0.14 m / s. De lo contrario, el vapor también capturará partículas de humedad acumuladas en las paredes. Como resultado, el sistema funciona con mucho ruido, lo que aumenta el riesgo de golpe de ariete.
Cableado combinado, es decir Una combinación de cableado superior e inferior, que se utiliza si las tuberías se colocan debajo del piso del piso superior o medio de la casa. La separación de las tuberías a través de las cuales se devuelve el agua a la caldera, en este caso se cerrará por condensado.
Si la presión en el sistema supera los 0.02 MPa, debe abrirse. El aire se elimina a través del tanque de condensado, y para evitar que el vapor salga del sistema, se instala una trampa de vapor o una trampa de agua. El agua se bombea desde el acumulador al intercambiador de calor mediante una bomba, lo que permite que el acumulador se instale por debajo del nivel en el que se encuentra el intercambiador de calor.
El portador de calor para calentar una casa privada con una sala de calderas se calienta en un intercambiador de calor ubicado en la sala de calderas. Al alcanzar la temperatura de funcionamiento, el vapor se mueve hacia el colector, dividiendo el flujo en dos circuitos: para las salas principales y para la sala de calderas (+)
Valoración de ventajas y desventajas.
¿Qué es un buen sistema de calentamiento por vapor? Es relativamente fácil de hacer incluso sobre la base de una estufa de leña convencional. Esto es especialmente cierto en áreas donde no hay suministro centralizado de gas, y la leña u otros combustibles sólidos están fácilmente disponibles.
El vapor como portador de calor está significativamente por delante del agua. La tasa de calentamiento de las instalaciones es tres veces mayor. Además, el sistema de calentamiento por vapor apenas puede fallar durante el frío invernal debido a la falta de calefacción.
Si el horno se quema, el agua del sistema se recogerá en el tanque de almacenamiento o en el intercambiador de calor, y las tuberías y los radiadores permanecerán vacíos. Con el calentamiento del agua, la congelación del refrigerante con el que se llena todo el circuito, como se sabe, conduce a la ruptura de la tubería.
Finalmente, las dimensiones de los radiadores de calentamiento de vapor deberían ser significativamente más pequeñas que para los sistemas de agua, ya que la cantidad de energía térmica resultante de esto aumenta varias veces. Esto reducirá ligeramente el costo de instalar un sistema de calefacción en el hogar.
Las rejillas decorativas para radiadores de vapor no son solo un elemento de diseño interior, sino también un medio de protección contra las quemaduras.
Esto concluye la lista de ventajas del sistema de vapor, y podemos pasar a sus desventajas, que son bastante significativas:
- alto riesgo de quemaduras;
- aumento del nivel de ruido durante la operación;
- dificultades para ajustar el sistema;
- la necesidad de comprar caros caños, etc.
Las normas de seguridad no recomiendan el calentamiento con vapor para locales residenciales, ya que representa un alto riesgo para la salud y la vida de las personas que viven en la casa.
Por lo tanto, la temperatura de trabajo de los radiadores será muy alta; si los toca, puede sufrir quemaduras graves. Por lo tanto, todos los radiadores deberán cerrarse con rejillas decorativas confiables.
Las tuberías de PVC convencionales para dicho sistema no funcionarán, ya que deben soportar alta presión y una temperatura de más de 100 grados. Los mismos requisitos se aplican a otros elementos del sistema. Las tuberías de calentamiento de vapor deben ser de cobre o de acero galvanizado.
Las tuberías de cobre son una opción ideal, pero nada barata, para las comunicaciones de los sistemas de calentamiento por vapor. Para conectar estas tuberías, necesita una máquina de soldar
En cualquier caso, este momento no se puede llamar presupuesto. Los problemas de seguridad deben recibir la mayor atención. Todos los trabajos de instalación, por ejemplo, la soldadura de tuberías de cobre, requerirán un rendimiento de la más alta calidad. Si se rompe la conexión y sale una corriente de vapor hacia el agujero, uno de los inquilinos en el hogar corre el riesgo de sufrir quemaduras graves.
Las tuberías de acero inoxidable pueden soportar cargas típicas para los sistemas de calentamiento por vapor, como la alta temperatura y la alta presión en el sistema.
Otra desventaja del calentamiento por vapor es el aumento del nivel de ruido. Para solucionar este problema, debe instalar correctamente los radiadores. Están suspendidos en soportes especiales antirruido. Una caldera u horno se coloca mejor en una habitación separada. Además, se pueden colocar tuberías de cobre en el grosor de las paredes, lo que también reducirá el nivel de ruido.
Finalmente, es un poco difícil controlar la temperatura de calentamiento en habitaciones con calefacción de vapor. No puede instalar un termostato y simplemente reducir la cantidad de vapor. Es necesario reducir la cantidad de combustible, que no siempre es fácil, o ventilar las instalaciones. Antes de comenzar a trabajar en la instalación de un sistema de calentamiento por vapor, se deben tener en cuenta todos estos puntos.
Diseñando un sistema de calentamiento por vapor
Incluso para una habitación pequeña, es mejor diseñar un proyecto. Un sistema hecho "al azar" con un alto grado de probabilidad pronto requerirá un nuevo trabajo, y un diagrama dibujado en papel identificará inmediatamente las debilidades y las corregirá.
Por ejemplo, para crear un sistema con circulación natural del refrigerante, el intercambiador de calor y, en consecuencia, el dispositivo de calentamiento, deben ubicarse en el punto más bajo de la casa.
Las tuberías de vapor y condensado de los sistemas de calefacción con un tipo natural de movimiento de refrigerante están dispuestas con un sesgo en la dirección de su movimiento (+)
Esto significa que la estufa o la caldera deben estar debajo de todos los radiadores, así como en las tuberías que no están colocadas verticalmente, sino horizontalmente o en ángulo con respecto a la vertical.
Si el calentador no se puede colocar de esta manera (no hay sótano en la casa, el sótano se usa para otros fines, etc.), se debe preferir calentar con circulación forzada.
El diagrama muestra un sistema de calefacción con circulación forzada. Para su instalación, necesita una bomba de circulación y un tanque de almacenamiento.
Por lo tanto, es necesario incluir una bomba en el circuito de calentamiento de vapor, que bombeará agua al intercambiador de calor. Un punto importante en el diseño del sistema de calefacción es el procedimiento para conectar radiadores. La conexión en serie o el llamado sistema de una tubería implica la conexión de todos los radiadores en orden.
Como resultado, el refrigerante se moverá secuencialmente a través del sistema, enfriándose gradualmente. Esta es una opción de conexión económica, que es más fácil de instalar y más barata a un costo.
Pero la uniformidad del calentamiento con este método se verá afectada, ya que el primer radiador será el más caliente y el último portador de calor llegará en un estado ya medio enfriado.
La conexión de radiadores de una tubería, como se puede ver en este diagrama, implica la instalación en serie. En el último radiador, el refrigerante entra ya enfriado.
Una solución de una tubería puede ser aceptable solo cuando se conecta la calefacción de vapor en el país o en una casa pequeña, en un área de menos de 80 metros cuadrados. M. Y para una espaciosa cabaña o un edificio de dos pisos, un sistema de dos tubos es más adecuado, en el que los radiadores están conectados en paralelo.
Un esquema de tubería única proporciona flujo simultáneo, pero no consecutivo, de refrigerante a cada radiador, y las habitaciones se calientan de manera más uniforme. Pero con un circuito de dos tubos, habrá que conectar dos tubos a cada radiador: directo y de "retorno".
Tal sistema es más difícil de implementar y costará un poco más que cuando se instala un sistema de un solo tubo. Sin embargo, la gran mayoría de los sistemas de calentamiento de agua están hechos de acuerdo con un esquema de dos tubos, a pesar de las dificultades, y funciona con bastante éxito.
Este diagrama muestra un sistema de instalación de dos tubos para radiadores de calentamiento por vapor. Cada radiador está conectado a un elevador común y tiene una tubería de retorno, lo que garantiza una distribución uniforme del refrigerante
Si planea utilizar una estufa de leña como fuente de calor, debe calcular y diseñar de inmediato un intercambiador de calor especial. Parece una bobina soldada de tubos metálicos. Este elemento está integrado directamente en el diseño del horno y no se instala por separado.
Por lo tanto, el diseño de un nuevo horno también debe considerarse en la etapa de diseño. Puede usar un horno existente, pero tendrá que desmontarse parcialmente para montar el intercambiador de calor en el interior.
Para obtener 9 kW de calor, se requiere un intercambiador de calor con una superficie de aproximadamente un metro cuadrado. Cuanto mayor sea el área calentada, mayores serán las dimensiones del intercambiador de calor.
Si se supone que calienta la habitación con la ayuda de una caldera, entonces todo es un poco más fácil: debe comprarlo e instalarlo. Por lo general, para calentar con vapor en una casa, se recomienda tomar un modelo de tubería de agua de la caldera, como el más efectivo.
Aunque los modelos de tubo de fuego, lleno de humo o combinado de tubo de humo también pueden ser una opción perfectamente aceptable.
A veces, para la organización del calentamiento por vapor, se usa una caldera casera en la que se quema el aceite usado del motor. Pero esta opción se considera adecuada para su uso en salas de servicios públicos, por ejemplo, en un garaje. Para un edificio de apartamentos, esta opción no es demasiado buena.
Montaje sobre la base de una estufa de leña.
Si el proyecto se ha elaborado, es hora de abastecerse de los materiales y herramientas adecuados. Calcular el número requerido de elementos del sistema permitirá un proyecto compilado previamente.
Todas las vueltas, conexiones, tes, ubicaciones de instalación del radiador, etc. deben estar marcadas en él. Además, es necesario comprar abrazaderas de tubería, así como soportes en los que se instalarán los radiadores.
La caldera del sistema de calefacción a vapor, dispuesta sobre la base de una estufa de leña, se instala directamente en ella. Las líneas de vapor y condensado están conectadas a la caldera.
La longitud de las tuberías también se calcula de acuerdo con el esquema. Para reducir la presión de vapor en el sistema si es necesario, se requiere una válvula reductora de presión.Se necesita un obturador hidráulico para permitir que el sistema se drene por completo para su limpieza, mantenimiento o reparación.
Antes de cada radiador, se recomienda instalar una válvula de cierre, que la cerrará para su reparación, lavado o reemplazo. Además, se instalan grifos Majewski en los radiadores para reducir el aire que ingresa al sistema. Aunque el vapor es una sustancia gaseosa en lugar de líquida, la presencia de aire en el sistema puede afectar negativamente su efectividad.
Para que el proceso de condensación ocurra precisamente en los radiadores, y no en el variador o en el elevador, se recomienda instalar una T con un tapón en la salida, a través del cual solo pasará agua. Si planea instalar un sistema con circulación forzada, necesitará una bomba de circulación. Además, necesita un recipiente para recoger la humedad condensada.
Los sistemas de gravedad no necesitan tales dispositivos. Pero la tubería, a través de la cual se dirige el agua al intercambiador de calor, debe ser lo suficientemente ancha como para proporcionar un movimiento rápido del líquido para un mayor calentamiento.
La ausencia de una válvula reductora de presión en el sistema de calentamiento por vapor, cuyo dispositivo se muestra en el diagrama, puede provocar daños graves debido a la sobrepresión
Además de la herramienta de instalación habitual, definitivamente necesitará una máquina de soldar para conectar tuberías de cobre. Las estructuras de acero galvanizado generalmente tienen conexiones roscadas que deben sellarse cuidadosamente. Si planea instalar calefacción de vapor desde el horno, deberá comenzar con la fabricación de un intercambiador de calor.
Un intercambiador de calor de vapor incorporado en una estufa de leña consiste en un sistema de tubos metálicos huecos a través de los cuales circula el agua. El elemento puede tener una forma arbitraria correspondiente al tamaño y la forma del horno.
Se cocina con tubos metálicos de 2,5-3 mm de espesor o incluso un poco más gruesos. El intercambiador de calor se puede hacer tanto en forma de bobina como en cualquier otra forma. Lo principal es que el dispositivo cabe dentro de una estufa de leña, y también que su superficie es lo suficientemente grande como para calentar agua y generar vapor.
La calidad de soldadura del intercambiador de calor debe ser, sin exagerar, ideal. Incluso las cavernas microscópicas en las costuras son inaceptables, ya que el dispositivo estará expuesto a alta presión por el vapor caliente. Después de que el intercambiador de calor esté listo para la instalación, se debe verificar cada soldadura.
Para hacer esto, primero todas las costuras se untan con tiza blanca. Después de eso, una de las aberturas del intercambiador de calor se cierra y el queroseno se vierte en el segundo hasta que el dispositivo se llena hasta la parte superior. Ahora debe esperar un poco y luego evaluar el estado de las costuras. Si hay grietas, el queroseno se filtrará a través de ellas, y en esos lugares la tiza se oscurecerá.
Las fallas identificadas se corrigen y luego la prueba se repite para verificar la integridad del dispositivo. Ahora debe lavarse y luego comenzar a colocar la estufa de leña. El intercambiador de calor está integrado en la cámara de combustión de manera confiable, y se agregan tuberías a su entrada y salida, que luego se utilizan para conectar el intercambiador de calor al sistema de calefacción de la casa.
La colocación del horno se completa de la manera habitual para tales estructuras. Luego, las tuberías y radiadores del sistema de calefacción se instalan de acuerdo con el diseño elaborado anteriormente. Primero, los radiadores se instalan usando soportes que absorben el ruido de la operación de calentamiento por vapor.
Se instalan grifos Mayevsky en cada radiador para que se pueda liberar el aire. Se necesitará una válvula de cierre más que los radiadores, ya que debe instalar una válvula de cierre común al comienzo del sistema. Una válvula reductora de presión y una unidad de reducción y enfriamiento también se colocan frente a este grifo.
Al final, si el proyecto lo proporciona, instale un tanque de almacenamiento para el refrigerante y una bomba de circulación. Para los sistemas diseñados con circulación natural en lugar de forzada, no se necesita un tanque y una bomba. Pero la tubería que conduce al intercambiador de calor debe recibir una ligera pendiente de aproximadamente 3 mm por metro.
Las calderas modernas para el calentamiento de vapor en la casa son dispositivos confiables que funcionan con varios combustibles y están equipados con sistemas de control automatizados.
Los sistemas con una caldera de vapor se montan aproximadamente de la misma manera: de acuerdo con el diseño y ajustados para las características del equipo. Por ejemplo, una válvula reductora de presión y un enfriador probablemente no sean necesarios, ya que un sistema de control de presión y temperatura de vapor ya está integrado en la caldera.
Algunos consejos útiles
Al instalar un sistema de calentamiento por vapor, debe recordarse que todos sus elementos deben soportar altas temperaturas, más de 100 grados. Por ejemplo, un expansor de membrana convencional como capacidad de reserva en caso de un aumento en el volumen de refrigerante no funcionará, porque su máximo es de 85 grados.
La chimenea del horno, en la cual está incorporado el intercambiador de calor, se contaminará más rápidamente que con una estufa convencional. Por lo tanto, la limpieza de la chimenea debe planificarse y realizarse con más frecuencia.
Un horno con un intercambiador de calor también se puede utilizar para cocinar, si se desea, pero esto no es muy conveniente. En verano, cuando no es necesario calentar, esta estufa no se puede encender. Habrá que buscar una alternativa. Es más fácil si hay una estufa conveniente separada para la cocina de la casa.
Cómo diseñar y ensamblar un sistema de calentamiento por vapor con sus propias manos se describe en detalle en este artículo, que recomendamos leer.
La continuación de la instalación de calentamiento por vapor se puede encontrar en este archivo:
La diferencia entre la circulación forzada y natural en los sistemas de calefacción se describe en detalle aquí:
La calefacción a vapor no es la opción más fácil para implementar un sistema de calefacción autónomo. Pero con un diseño e instalación adecuados con vapor, puede proporcionar a su hogar la cantidad de calor necesaria de manera eficiente y relativamente económica.
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