Bombas de circulación para sistemas de calefacción

El contenido del artículo

• Bombas de calefacción – historia
• Dispositivo y principio de funcionamiento.
• Tipos de bombas de circulación
• Bombas de calefacción: cómo elegirlas
• Selección del lugar e instalación de la bomba de circulación.

En este artículo: Historia de las bombas de circulación dispositivo y principio de funcionamiento; tipos de bombas para calefacción; cómo elegir una bomba de circulación; dónde y cómo instalar la bomba para calefacción.

Si el área total de las instalaciones con calefacción es de cientos de metros cuadrados y si estos mismos metros ocupan varios pisos, la calefacción clásica basada en la circulación natural del refrigerante no será suficiente. Y esto no es sorprendente: la presión en sistemas con circulación natural no supera los 0,6 MPa. Solo hay dos formas de aumentar la presión y mejorar la circulación del agua en tales sistemas de calefacción: construir un sistema cerrado con tuberías de gran diámetro o introducir una bomba de circulación en él. Las tuberías de gran diámetro no serán baratas, por lo que la mejor solución para calentar áreas de 100-150 m² – bomba de circulación.

Bombas de calefacción – historia

Hace un siglo, los ingenieros intentaron resolver el problema de la circulación del refrigerante en los sistemas de calentamiento de agua, tratando de confiar de alguna manera esta tarea a una bomba con motor eléctrico. Pero los motores eléctricos existentes a principios del siglo XX tenían contactos abiertos, la entrada de agua en ellos provocó accidentes inmediatos..

En la década de 1920, el ingeniero alemán Gottlob Bauknecht, que fundó la empresa Bauknecht, creó el primer motor eléctrico hermético. Unos años más tarde, Wilhelm Oplander, propietario y fundador de Wilo, creó una bomba de circulación que utilizaba un motor eléctrico Bauknecht. En la bomba Oplender «seca», el impulso desde el motor hasta la rueda axial instalada en el codo de la tubería se realizaba mediante un eje sellado con sellos de prensaestopas. Wilhelm Oplender llamó a su bomba de circulación «acelerador de circulación»; de 1929 a 1955, se produjeron bombas de este diseño y se utilizaron en sistemas de calefacción en Europa y Estados Unidos en todas partes..

El principal inconveniente de la bomba de circulación Opleder era el sello del prensaestopas, que se desgasta rápidamente ante las más mínimas irregularidades en la superficie del eje, y el material del prensaestopas no era particularmente duradero. Requiere reemplazo frecuente de la empaquetadura de la caja de empaquetadura, la superficie del eje necesita rectificado y pulido periódicos.

Hace 70 años, se creó la primera bomba de circulación «húmeda», inventada por Karl Rutchi, un ingeniero suizo y fundador de Rutschi pumpen AG. El motor eléctrico de la bomba Ryutchi estaba montado en una rodilla, a través de la cual se bombeaba agua, y estaba sellado de manera confiable. En este caso, al agua se le asignó el papel de lubricante..

Más tarde, la rodilla, por la que pasó el refrigerante, fue reemplazada por un «caracol», desde ese momento el «caracol» se utiliza en el diseño de todas las bombas modernas para sistemas de calefacción..

Dispositivo y principio de funcionamiento.

Las bombas de circulación tienen una especialización limitada: están diseñadas para la circulación forzada del portador de calor (agua) en sistemas de calefacción cerrados. En su estructura, son similares a las bombas de drenaje: un cuerpo de metales inoxidables o aleaciones (acero, hierro fundido, aluminio, latón o bronce); rotor de acero o cerámica; el eje del rotor está equipado con un impulsor-impulsor; motor de rotor.

Al estar instalada en el sistema de calefacción, la bomba aspira agua de un lado y la bombea hacia la tubería por el otro debido a la fuerza centrífuga que surge de la rotación del impulsor: se produce un vacío en la tubería de entrada y compresión en la tubería de salida. Con un funcionamiento uniforme de la bomba, el nivel de refrigerante en el tanque de expansión no cambia, es decir con su ayuda, no será posible aumentar la presión en el sistema de calefacción; para esta tarea, necesitará una bomba de refuerzo. La función de la bomba de circulación es ayudar al refrigerante a superar la resistencia que surge en ciertas secciones de los sistemas de calefacción..

Tipos de bombas de circulación

Básicamente, las bombas de calefacción se dividen en dos tipos: «secas» y «húmedas»..

En las estructuras del primer tipo, el rotor no entra en contacto con el agua bombeada, su parte de trabajo está separada del motor eléctrico por juntas tóricas hechas con mayor frecuencia de aglomerado de carbono, menos a menudo de acero inoxidable o cerámica, óxido de aluminio o carburo de tungsteno (el material del sello del extremo depende del tipo de refrigerante). Cuando se arranca el motor de la bomba, las juntas tóricas giran entre sí: entre los anillos pulidos y cuidadosamente ajustados hay una capa delgada de película de agua, que sella la conexión debido a la diferencia de presión en la atmósfera externa y en el sistema de calefacción (la presión es más alta en el sistema de calefacción). El resorte empuja un anillo de sellado a otro, durante el funcionamiento, los anillos se desgastan y se autoajustan entre sí, su vida útil será de al menos 3 años; son más efectivos que el empaque del prensaestopas, que necesita lubricación y enfriamiento constantes. La eficiencia de las bombas de circulación con rotor seco es de hasta el 80%. En comparación con las bombas «húmedas», las bombas de rotor seco hacen un ruido fuerte durante el funcionamiento, por lo que se instalan en una habitación separada con buen aislamiento acústico..

Cuando utilice bombas con rotor seco con sellos mecánicos deslizantes, controle cuidadosamente la presencia de materia en suspensión en el agua bombeada y el estado de polvo en el aire de la habitación donde está instalada la bomba. El funcionamiento de una bomba «seca» provoca turbulencias de aire que atraen partículas de polvo; las partículas de polvo y la materia suspendida en el refrigerante pueden dañar las superficies de los anillos de sellado, lo que perjudica su estanqueidad.

Independientemente del tipo de sello, ya sea una caja de empaquetadura o un sello mecánico deslizante, en el funcionamiento de una bomba «seca», se destruyen, por lo que necesitan la presencia de líquido para el papel de lubricante; en ausencia de él, la destrucción del sello mecánico es inevitable.

Las bombas «secas» se dividen en tres tipos: horizontales (voladizos), verticales y de bloque. Para las bombas del primer tipo, la tubería de derivación de succión está ubicada en el lado del extremo de la «voluta», y la tubería de derivación de descarga está ubicada radialmente en el cuerpo. El motor eléctrico de las bombas de consola está montado horizontalmente.

Las bombas verticales (en línea) están equipadas con boquillas del mismo orificio ubicadas a lo largo del mismo eje. La ubicación del motor eléctrico en el diseño de tales bombas es vertical..

El refrigerante ingresa a la bomba de bloque en la dirección del eje, se libera en la dirección radial.

Las bombas de calefacción «húmedas» se diferencian de las secas en que en su diseño el impulsor está sumergido en el refrigerante junto con el rotor, mientras que el refrigerante realiza las funciones de lubricación y refrigeración del motor en marcha. Una copa de metal que separa el rotor y el estator, cuyo material es el acero inoxidable, asegura la estanqueidad de esa parte del motor eléctrico que se energiza. El rotor de una bomba «húmeda» para sistemas de calefacción está hecho de cerámica, los cojinetes son de cerámica o grafito, la carcasa suele ser de hierro fundido; para los sistemas de calefacción, las bombas de circulación «húmedas» en una carcasa de latón o bronce son más adecuadas. En comparación con las bombas «secas», las bombas «húmedas» son menos ruidosas, no requieren mantenimiento durante años y son más fáciles de reparar y ajustar. Pero su principal y significativa desventaja es su baja eficiencia, que no supera el 50%. La razón del bajo rendimiento de las bombas «húmedas» está asociada con el hecho de que será prácticamente imposible sellar el manguito que separa el estator y el refrigerante con un diámetro de rotor mayor. Es precisamente debido a la baja eficiencia que las bombas de tipo «húmedo» se utilizan en su mayor parte para mejorar la circulación en sistemas de calefacción de corta longitud, es decir. en calefacción doméstica.

Las bombas de circulación «húmedas» modernas tienen un diseño modular. Hay cinco modelos de este tipo: carcasa de bomba; motor eléctrico con estator; caja con bloques de terminales; Rueda de trabajo; un cartucho que contiene un rotor y un eje con cojinetes. Una unidad de cartucho único facilita la eliminación del aire acumulado en la carcasa de la bomba durante el arranque, y el diseño modular en sí mismo facilita el trabajo de reparación: simplemente reemplace el módulo defectuoso por uno nuevo.

En consecuencia, la capacidad, las bombas «húmedas» para calefacción están equipadas con motores eléctricos monofásicos y trifásicos. Las bombas se sujetan a la tubería del sistema de calefacción con una conexión roscada o bridada; su tipo depende de la capacidad de la bomba.

Dado que el agua de las bombas con rotor húmedo desempeña el papel de lubricante, el agua debe fluir constantemente hacia los cojinetes a través del manguito que separa el refrigerante y el estator. La única forma de garantizar que los cojinetes tengan suficiente lubricación es la posición estrictamente horizontal del eje; cualquier otra posición del eje hará que la bomba funcione mal y pronto quedará inutilizable..

Bombas de calefacción: cómo elegirlas

Primero, calculemos cuánto refrigerante pasa a través de la caldera por minuto. La mayoría de los fabricantes de calderas de calefacción recomiendan utilizar un método de cálculo simple: equiparar la potencia de la caldera con el caudal de agua, es decir, a una potencia de 30 kW, 30 litros de agua pasarán por la caldera por minuto. Al calcular el caudal del refrigerante en relación con una determinada sección del anillo de circulación, utilizaremos el mismo método: conocemos la potencia de los radiadores de calefacción y, en consecuencia, se calcula el flujo de agua.

El siguiente paso es calcular el caudal del refrigerante en la tubería, de acuerdo con el diámetro de las tuberías con las que se construye:

• en tuberías con un diámetro? pulg. el caudal de agua será de 5,7 l / min;
• en tuberías con un diámetro? pulgada el caudal de agua será de 15 l / min;
• en tuberías con un diámetro de 1 pulgada, el consumo de agua será de 30 l / min;
• en tuberías con un diámetro de 1? pulg. el consumo de agua será de 53 l / min;
• con un diámetro de tubería de 1? in. el consumo de agua será de 83 l / min;
• con un diámetro de tubería de 2 pulgadas, el caudal de agua será de 170 l / min;
• con un diámetro de tubería de 2? pulgada, el consumo de agua será de 320 l / min.

La velocidad de movimiento del refrigerante se toma como 1,5 m por segundo; por regla general, esta es una velocidad suficiente para el agua en los sistemas de calefacción.

Calculemos la potencia de la bomba para calentar sobre la base de que se requiere una altura de 0,6 m para una sección de diez metros de la tubería; en consecuencia, para un sistema de calefacción de cien metros, se necesitará una bomba que cree una altura de 6 metros. Según los resultados obtenidos, se debe seleccionar la bomba.

Si su sistema de calefacción utiliza tuberías con un diámetro más pequeño que las indicadas anteriormente, entonces debe aumentar la potencia de la bomba establecida, ya que la resistencia hidráulica en ellas será mayor. Y viceversa: con un diámetro de tuberías más grande, se requiere una bomba de circulación de menos potencia.

El cálculo anterior de las características de la bomba para sistemas de calefacción es bastante arbitrario y simple: si se requiere un cálculo para un sistema de calefacción de gran longitud y construcción compleja, sería más correcto contactar a un especialista en el campo de la ingeniería térmica. ¡No podrá calcular de forma independiente para un sistema de calefacción complejo y de varios niveles! Pero, si decide intentarlo, la fórmula de cálculo se da en SNiP 2.04.05-91 *.

Bomba de circulación con características mínimas: potencia 30 W, altura máxima 2 m, caudal de agua 2 m³/ h, con una conexión en pulgadas, cuesta un promedio de 4300 rublos. Los mayores proveedores de bombas domésticas e industriales para sistemas de calefacción en el mercado ruso son los italianos DAB, Lowara, Ebara y Pedrollo, Grundfos (Dinamarca), Wilo (Alemania). Los fabricantes rusos, por regla general, producen bombas industriales, no hay bombas de circulación domésticas en su línea de productos..

Tenga en cuenta que no podrá elegir una bomba que sea 100% adecuada: cada sistema de calefacción tiene sus propias características y las bombas son una unidad producida en serie con parámetros promedio. La elección de un modelo de bomba con una potencia excesiva de la realmente necesaria provocará ruido en las tuberías durante el funcionamiento. Por lo tanto, vale la pena elegir el modelo de bomba que tiene varios modos de funcionamiento ajustables y establecer empíricamente el modo en el que la bomba funciona de manera más eficiente. Será correcto elegir una bomba cuya potencia supere la requerida para este sistema de calefacción en un 5-10%.

Selección del lugar e instalación de la bomba de circulación.

La bomba «húmeda» se puede instalar tanto en las tuberías de retorno como en las de suministro. La popularidad de la instalación en la tubería de retorno está asociada con los modelos antiguos de bombas: se instalaron solo en la línea de retorno, porque el paso de agua más fría a través de ellos prolongó la vida útil del prensaestopas, el rotor y los cojinetes.

Durante el funcionamiento de la bomba, se crean diferentes presiones en la tubería antes del tanque de expansión y en la tubería después de este: en el primer caso, compresión, en el segundo, vacío. La presión estática que crea el vaso de expansión afectará el funcionamiento del sistema de calefacción con una bomba de circulación. Debe tenerse en cuenta que la presión hidrostática en la zona de suministro de la bomba será más alta que la presión del agua normal (en reposo). Por otro lado, en esa parte del sistema de calefacción de la cual la bomba aspira el refrigerante, la presión se reducirá, su nivel no solo puede caer a la atmosférica, sino que también puede provocar un vacío. Las presiones diferenciales en el sistema de calefacción pueden hacer que el agua hierva y el aire se pueda liberar o aspirar..

La circulación del refrigerante en el sistema de calefacción no se verá alterada si se tiene en cuenta una condición en su construcción: en cualquier punto de la zona de succión, la presión hidrostática solo debe ser excesiva. El cumplimiento se puede lograr de las siguientes maneras:

1. Eleve el vaso de expansión 0,8 m por encima del punto más alto del tubo de calefacción. Este método es más simple si el sistema de calefacción se cambia de circulación natural a circulación forzada, pero su implementación solo es posible con una altura suficiente de la habitación del ático y será necesario aislar bien el tanque de expansión;
2. Coloque el vaso de expansión en la parte superior de la tubería para llevar la sección superior del sistema de calefacción al área de descarga de la bomba. Los sistemas de calefacción modernos (esta técnica es aplicable para ellos), diseñados de antemano para la circulación forzada, se construyen con una pendiente de tubería «hasta la caldera», y no «desde ella», como en los sistemas de calefacción con circulación natural. Los objetivos son los siguientes: con tal construcción de pendiente, las burbujas de aire se moverán a lo largo del flujo de agua, arrastradas por la presión de la bomba de circulación, es decir, el movimiento a contracorriente de las burbujas de aire, que es común en los sistemas de circulación natural, no será posible. Como resultado, el punto más alto del sistema de calefacción no estará en el tubo ascendente principal, sino en el más lejano. Depende de usted usar este método o no, sin embargo, alterar el sistema de calefacción existente será difícil, y construir un nuevo sistema basado en él no es del todo conveniente, porque hay formas más simples;
3. Transferencia de la tubería con tanque de expansión desde el tubo ascendente de suministro y su inserción en la línea de retorno no lejos de la bomba de circulación, frente a su tubería de succión. Con tal reconstrucción del sistema de calefacción existente, obtendremos condiciones óptimas para el funcionamiento de la circulación forzada de la bomba;
4. Este método no es adecuado para todos los modelos de bombas: conecta la bomba de circulación a la sección de suministro de la tubería, directamente detrás del punto de entrada del tanque de expansión. Exteriormente, tal modificación del sistema de calefacción existente parece simple, pero la temperatura del refrigerante en esta sección del circuito de calefacción será especialmente alta; asegúrese primero de que este modelo de bomba realmente pueda soportar condiciones de funcionamiento tan desfavorables.

Una vez decidido el lugar de instalación de la bomba, procedemos a la instalación en sí. Necesitará un filtro grueso, una válvula de retención (para sistemas cerrados bajo presión), un bypass y llaves (de 19 a 36 mm), todos los elementos para el diámetro roscado de la bomba. En la tubería principal, entre la entrada y la salida de la derivación de corte, es necesario instalar una válvula de cierre a lo largo de su diámetro. Es especialmente conveniente si el modelo de bomba seleccionado tiene roscas desmontables, de lo contrario tendrás que comprarlas por separado.

El bypass utilizado en los sistemas de calefacción es una pequeña sección de la tubería instalada en paralelo con las válvulas de cierre y control, su tarea es cambiar el sistema de calefacción a circulación natural en caso de una falla de energía y una falla de la bomba. Para el funcionamiento normal de los dispositivos de calefacción, el diámetro de la tubería de derivación debe ser igual al diámetro del tubo ascendente en el que se corta.

El procedimiento para instalar dispositivos en el bypass, en la dirección del refrigerante: filtro, válvula de retención (si es necesario) y bomba de circulación. Las entradas de bypass en el tubo ascendente deben hacerse a través de las llaves de paso: cuando el sistema se cambia a circulación natural y en caso de averías de los dispositivos en el bypass, estas válvulas se cierran, la llave de paso debajo del bypass se abre.

Para un funcionamiento eficiente de la bomba «húmeda» y para evitar la acumulación de aire, la derivación se instala estrictamente horizontalmente. Por si acaso, entre los dispositivos instalados en la derivación, se puede instalar una ventilación de aire automática, en cualquier lugar, no importante, pero en posición vertical. Las ventajas de un respiradero automático sobre el clásico grifo Mayevsky, que están equipados con algunos radiadores de calefacción: la liberación y el posterior apagado de este dispositivo son automáticos, y la válvula de diseño Mayevsky debe desenroscarse y atornillarse manualmente..