Sistema de calefacción Tichelman loop: diagrama y cálculo.

El contenido del artículo

• Descripción del sistema
• Área de aplicación
• Datos hidraulicos
• Tubería de la sala de calderas
• Sistema de tubería
• Accesorios de radiador

Uno de los temas más interesantes en la ingeniería térmica son los sistemas de calefacción con un suministro de refrigerante de dos tubos asociado, conocido entre los maestros como el esquema de Tichelman. Su dispositivo es realmente único: el sistema prácticamente no requiere balanceo, se caracteriza por un funcionamiento estable, pero al mismo tiempo también tiene una serie de desventajas.

Descripción del sistema

En los círculos profesionales, el circuito de Tichelman se denomina sistema de calefacción de dos tubos con un movimiento de paso del refrigerante. Este nombre refleja completamente la esencia y el principio de funcionamiento, las características distintivas se ven mejor en el contexto de un sistema de dos tubos con un movimiento inverso del refrigerante, que es familiar para casi todos..

Imagine una red de radiadores desplegada en línea recta. En el esquema clásico, la unidad de calefacción está ubicada al comienzo de esta fila, desde ella a lo largo de toda la red siguen dos tuberías para suministrar refrigerante frío y caliente, respectivamente. En este caso, cada radiador es una especie de derivación, por lo tanto, cuanto mayor sea la distancia del dispositivo de calefacción a la unidad de calefacción, mayor será la resistencia hidráulica en el bucle de su conexión..

1 – Esquema de conexión de dos tubos de radiadores con refrigerante a contracorriente en el suministro y retorno; 2 – diagrama de cableado del lazo Tichelman con conexión pasante

Si enrollamos una fila de radiadores en un anillo, ambos bordes se unirán a la unidad de calor. En este caso, es mucho más rentable asegurarse de que la tubería de retorno no dirija el refrigerante de regreso a la sala de calderas, sino que continúe siguiendo la cadena, es decir, a lo largo del camino. En otras palabras, la tubería de suministro sigue desde la unidad de calefacción y termina en el radiador extremo, a su vez, la tubería de retorno se origina en el primer radiador y va a la sala de calderas. El mismo principio se puede implementar incluso si los radiadores están ubicados linealmente en el espacio, simplemente desde el lugar donde se inserta el radiador extremo en el tubo de retorno, el tubo se despliega para devolver el refrigerante enfriado. Al mismo tiempo, en un área determinada, el sistema de calefacción será de tres tubos, por lo que el bucle Tichelman a veces también se llama.

Bucle de Tichelman con la colocación de radiadores en todo el perímetro del edificio. De cada radiador, la longitud total de las tuberías de suministro y retorno es aproximadamente la misma. 1 – caldera de calefacción; 2 – grupo de seguridad; 3 – radiadores de calefacción; 4 – tubería de suministro; 5 – tubo de retorno; 6 – bomba de circulación; 7 – tanque de expansión

Pero, ¿por qué son necesarias tales complicaciones? Si estudia cuidadosamente el diagrama, resulta que la suma de las longitudes de las tuberías de suministro y retorno para cada radiador es la misma. De ahí la conclusión: la resistencia hidráulica de cada lazo de conexión individual es equivalente al resto de las secciones, es decir, el sistema simplemente no necesita equilibrado.

Área de aplicación

Sin embargo, la tentación de evitar el ajuste hidráulico del sistema no debe llevar a decisiones apresuradas. El sistema asociado de dos tubos se caracteriza por un elevado consumo de material, por lo que su instalación no está justificada en todos los casos.

Consideremos un concepto como el grado de «presión» del dispositivo de calefacción al equilibrar un sistema de retorno de dos tubos. Al subestimar el paso nominal en el punto de conexión de los primeros radiadores, es posible reducir el caudal de refrigerante en ellos, reduciendo así la caída de presión, de modo que quede suficiente presión en los tramos posteriores de la red. Si la red de radiadores consta de una gran cantidad de dispositivos de calefacción ubicados a una gran distancia entre sí, el flujo en los radiadores iniciales tendrá que limitarse a tal punto que el flujo en ellos no será suficiente para la liberación normal de calor. Esto obliga al uso de bombas de mayor capacidad, por lo que se genera un ruido notable durante el flujo del refrigerante en los nodos individuales. En general, podemos decir que el dispositivo de un sistema de paso de dos tubos se justifica solo cuando el número de radiadores es más de 8-10 con una longitud total del puntal de la tubería de más de 70 m.

El consumo de material del sistema Tichelman aumenta significativamente si es imposible envolver la red de radiadores en un anillo, es decir, colocar la tubería de calefacción estrictamente a lo largo del perímetro del edificio. Esto generalmente se ve obstaculizado por las puertas y los frentes acristalados del piso. En tales casos, es necesario montar una tubería adicional a través de la cual el refrigerante regresará a la sala de calderas, y dado que la longitud total de un circuito tomado arbitrariamente aumenta en al menos la mitad, aumentar el diámetro nominal de la línea o el rendimiento de la bomba. En principio, se pueden evitar costos adicionales debido al dispositivo del sistema colector (haz), sin embargo, es mejor realizar un cálculo comparativo preliminar del consumo de material.

Datos hidraulicos

El funcionamiento del sistema basado en el principio de bucle de Tichelman es muy estable. Este hecho está claramente demostrado por los datos de cálculo hidráulico, pero esto requiere el cumplimiento de una serie de reglas de instalación..

El principal elemento funcional de dicho sistema es la bomba hidráulica. Crea presión en la salida, es decir, en el suministro, y un vacío en la entrada – retorno. Numéricamente, el valor de ambos valores disminuye con la distancia desde la bomba, y la caída de presión no ocurre linealmente, se describe por el valor cuadrático de la presión dinámica. Este patrón se puede rastrear tanto para la línea de suministro como para la línea de retorno, convencionalmente, la caída se puede describir usando el ejemplo de una tubería de 100 m de largo:

Distancia de la bomba en la dirección de movimiento del refrigerante (m)	Presión de suministro (% de nominal)	Vacío de retorno (% del nominal)	Caída de presión del radiador
diez	90%	cinco %	95%
20	75%	20%	95%
treinta	55%	35%	90%
50	45%	40%	85%
60	40%	45%	85%
70	35%	55%	90%
80	20%	75%	95%
90	cinco %	90%	95%

Estos son datos promediados, pero incluso a partir de ellos se puede ver que, con una aparente uniformidad, la pérdida de presión en el medio de la red de radiadores es ligeramente mayor que en los bordes. De hecho, debido al cambio proporcional de presión y vacío en cada radiador, se mantiene casi la misma diferencia de presión en cada dispositivo de calefacción, sin embargo, para el funcionamiento correcto y estable del circuito Tichelman, se deben observar una serie de reglas, que se discutirán más adelante..

Tubería de la sala de calderas

Un sistema de dos tubos con un movimiento de paso del refrigerante puede estar abierto o cerrado. Como ya hemos dicho, la bomba es el principal elemento de funcionamiento, por lo que no se puede evitar su instalación. No debe contar con la circulación natural, incluso con la tubería superior organizada correctamente. Como ya dijimos, un bucle típico de Tichelmann contiene 10 o más radiadores; es poco probable que un brazo de este tipo pueda ser atravesado solo por el movimiento gravitacional..

La tradicional troika de seguridad se instala en la salida de alimentación de la caldera: un purgador de aire automático, una válvula de purga y un manómetro. Para sistemas abiertos, la salida de suministro debe estar dispuesta en un canal vertical hasta la altura de formación de la pendiente, se instala un tanque de expansión abierto en el punto más alto. Además, la tubería de suministro se dirige directamente a la red de distribución..

Se instala una bomba de circulación en el retorno de la caldera, cuyo rendimiento está determinado por la resistencia hidráulica de todo el sistema. Un filtro está ubicado directamente en frente de la bomba, e inmediatamente después de la bomba hay una T para conectar un tanque de expansión y un manómetro de punto bajo. También en este lugar, se muestra la tubería de llenado..

Las válvulas de cierre de la sala de calderas están representadas por válvulas de bola de paso total, que se instalan:

• a ambos lados de la bomba
• a la salida del tanque de expansión
• en el tubo de llenado
• en los puntos de conexión de la caldera a la red

Además, se puede instalar un tubo de derivación de conexión en la sala de calderas, en cuyo espacio se instala una válvula eléctrica normalmente cerrada, que se activa cuando se detiene la circulación. La inserción de bypass debe realizarse antes que la bomba de circulación: el bypass está diseñado para proteger contra el choque de temperatura y desvía el intercambiador de calor de la caldera de la red, y no al revés.

El sistema Tichelman también es bueno porque, con una potencia relativamente alta de la red de radiadores, es posible operar desde una caldera con un complejo integrado de equipos hidráulicos. Sin embargo, si es necesario coordinar el funcionamiento de la red de radiadores y el piso cálido, cada brazo del sistema está equipado con su propia bomba de circulación. Si el rendimiento en los hombros es significativamente diferente, es necesaria la instalación de una flecha hidráulica.

Sistema de tubería

Tanto el cableado superior como el inferior del bucle Tichelman generalmente se hacen con tuberías PPR. Si se requieren tuberías ocultas, se recomienda utilizar el sistema PEX con accesorios a presión. Si las tuberías se van a colocar en sustratos sólidos, se debe utilizar una funda aislante..

El sistema de calefacción Tichelman para una casa de un piso es extremadamente simple. La tubería de suministro de refrigerante va desde la unidad de calefacción a lo largo de toda la red de radiadores. El diámetro nominal nominal de la tubería se mantiene hasta el penúltimo radiador de la fila, tras lo cual se realiza la transición al diámetro de la conexión del radiador, normalmente polipropileno de 20 mm o PEX de 16 mm. La tubería de corriente de retorno se coloca en el mismo orden, pero hacia el suministro, es decir, el primer radiador en la dirección del flujo de refrigerante caliente está conectado con un diámetro reducido.

Si el sistema Tichelman está dispuesto en varios pisos, se requiere la instalación de un elevador vertical. La tubería de suministro principal sigue hasta el punto más alto desde el cual se hace una rama para alimentar el piso superior. Después de eso, la línea gira hacia abajo, en esta sección, la alimentación se corta para todos los pisos inferiores. La tubería de flujo de retorno común se realiza por analogía con un sistema de dos tuberías con un movimiento opuesto del refrigerante, es decir, simplemente actúa como una línea de recolección.

El diámetro de las tuberías para el bucle de Tichelman se calcula de acuerdo con los métodos generales de cálculo de ingeniería térmica, según la elección del valor óptimo de Kvs de las tuberías principales. Al mismo tiempo, es deseable que no se produzca una subestimación escalonada del orificio nominal en la dirección del movimiento del refrigerante; de ​​lo contrario, el equilibrio natural del sistema no será de tan alta calidad. En sistemas con una longitud de tuberías de distribución de hasta 120 m, se considera que el diámetro nominal de las tuberías principales es de al menos 270 mm.², y para tuberías que conectan radiadores, aproximadamente 130 mm².

Accesorios de radiador

A menudo puede encontrar la opinión de que un sistema de calefacción de dos tubos con un movimiento de paso del refrigerante no necesita completar los radiadores con válvulas de control. Se cree que este hecho supuestamente nivela los costos adicionales de tuberías y accesorios adicionales para ellos. Sin embargo, el correcto funcionamiento de los radiadores en este caso es casi imposible..

Los cabezales termostáticos para radiadores en el sistema Tichelmann deben instalarse sin falta. Sin ellos, es imposible ajustar individualmente los radiadores en diferentes habitaciones, lo que no es muy cómodo en condiciones climáticas cambiantes. En cuanto a las válvulas de equilibrio (aceleradores), la controversia es particularmente candente en este aspecto. Como se mencionó anteriormente, incluso con el movimiento de paso del refrigerante, hay una caída de presión en los radiadores. Con el cálculo correcto del sistema, este fenómeno se puede compensar variando el número de secciones en los radiadores de diferentes zonas. Sin embargo, si existe un riesgo mínimo de error, es mejor instalar válvulas de control en al menos los primeros radiadores en cada extremo..

El bucle de Tichelmann también se puede equilibrar mediante métodos de ajuste estático. Estamos hablando de la llamada «lavadora». Si los coeficientes de resistencia local están predeterminados por cálculo hidráulico, las válvulas de control se pueden reemplazar con insertos que reducen el tamaño nominal en una cierta cantidad. De las opciones más simples, puede ofrecer juntas tóricas de fabricación propia con diferentes diámetros internos, que se instalan en las conexiones roscadas del radiador..