Hidraulica_17_pt - Separador Hidráulico

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Edição especial ExpoClima Abril 2000 O SEPARADOR HIDRÁULICO A sua importância Funções e características O SEPARADOR DE MICRO-BOLHAS DE AR Funções e características

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Edição especial ExpoClimaAbril 2000

O SEPARADOR HIDRÁULICOA sua importânciaFunções e características

O SEPARADOR DE MICRO-BOLHAS DE ARFunções e características

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3 Separadores hidráulicos

Interferência entre os circuitos nas instalações.∆P: indicador que permite avaliar a interferência entre oscircuitos.∆P: limites de aceitabilidade.Consequências negativas de valores de ∆P muitoelevados.Ausência de interferência nos circuitos com separadorhidráulico.Aspectos a considerar no projecto de instalações comseparador hidráulico.Separadores hidráulicos ao longo das linhas dedistribuição.

8 O separador hidráulico Série 548

Princípio de funcionamento

9 O separador hidráulico Série 548

Características principais

10 O separador de micro-bolhas de arSérie 551

Princípio de funcionamento.

11 O separador de micro-bolhas de arSérie 551

Características principais.

ÍndiceEdição especial ExpoClima

Abril 2000

O SEPARADOR HIDRÁULICOA sua importânciaFunções e características

O SEPARADOR DE MICRO-BOLHAS DE ARFunções e características

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Os separadores hidráulicos são produtosdestinados a assumir um papel sempre muitoimportante no modo de conceber e realizar oscircuitos hidráulicos, e os circuitos térmicos emparticular.

A sua função é essencialmente a de tornarindependentes (isto é de separar) os várioscircuitos de uma instalação. E é uma função queserve para evitar, nos próprios circuitos, oaparecimento de interferências e perturbaçõesrecíprocas.

De seguida, a fim de apresentar num modoadequado a utilidade e características destesnovos produtos deveremos:

1. analisar como interferem entre eles os circuitosnas instalações;

2. definir um indicador para medir taisinterferências;

3. examinar as anomalias de funcionamento queas interferências podem causar;

4. ver, por fim, como os separadores hidráulicosimpedem o aparecimento de qualquerinterferência entre os circuitos que estão aeles ligados.

Para evidenciar tais interferências, tomamos emanálise a instalação abaixo apresentada eprocuramos ver o que sucede quando se colocamem funcionamento as bombas.

Pelas razões que podemos já intuir, mas queveremos melhor em seguida, prestemos a nossaatenção sobretudo a como varia a pressão entreos dois colectores já deduzido o desnivel:diferença que, por brevidade, chamaremos ∆P.

A variação de tais pressões será obtida por viateórica, tentando em cada caso evitarconsiderações demasiado abstractas ecomplexas.É de qualquer modo possível verificar naprática as conclusões que se obtêm da análiseteórica. Para tal fim, basta de facto: dispor de umainstalação térmica com vários circuitos, instalar(caso não haja) dois manómetros nos colectores,activar uma bomba de cada vez e, depois de cadaactivação, ler os relativos ∆P nos manómetros.

INTERFERÊNCIA ENTRE OS CIRCUITOSNAS INSTALAÇÕES TRADICIONAIS

1 2 3

∆P0 = 0

Situação com as bombas paradas

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SEPARADORES HIDRÁULICOS

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Se não considerarmos o fenómeno da circulaçãonatural, nesta situação o fluído da instalação estáparado e o ∆P é nulo.

Coloca o fluído em movimento no seu circuito e fazcrescer o ∆P entre os colectores.Tal crescimento (como indicam as leis dahidráulica) é igual á pressão que a bomba deveexercer para fazer passar o fluído do colectorde retorno ao de ida: ou seja através do circuitoda caldeira.

O mesmo ∆P existe lógicamente também nasligações dos circuitos 2 e 3 com as respectivasbombas paradas, e pode portanto activar nelescirculações aliás de sentido contrário ao que énormalmente previsto, dado que a bomba activadafaz aspiração no colector de ida.

Para colocar em movimento, no sentido correcto,o fluido do seu circuito, esta bomba deveprimeiro vencer o ∆P contrário introduzido pelabomba 1 (∆P existente entre os dois colectores).

A sua activação provoca um posterior aumento do∆P entre os colectores, aumentando o caudal docircuito da caldeira, e portanto incrementando apressão necessária para fazer passar o fluídoatravés de tal circuito.

Para colocar em movimento, no sentido correcto,o fluído no seu circuito, a bomba deve vencer o∆P contrário induzido pelas bombas 1 e 2. Oesforço exigido poderá ser tão absorvente quetorna a bomba incapaz de servir adequadamente oseu circuito.

A activação da bomba provoca de qualquermaneira um posterior aumento do ∆P pelosmotivos acima especificados.

Activação da bomba 3

Activação da bomba 2

Activação da bomba 1

Situação com as bombas paradas

321

∆P1 > ∆P0

1 2 3

∆P2 > ∆P1

Situação com uma bomba activa

Situação com duas bombas activas

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Como já vimos, numa instalação tradicional,quando activamos as bombas progressivamenteaumenta tanto o ∆P entre os colectores como aperturbação recíproca (isto é o nível deinterferência) entre as bombas dos várioscircuitos. Podemos portanto, considerando estacorrelação, assumir o ∆P como indicador queavalia a interferência entre os circuitos.E é este um indicador de grande utilidadeprática, porque permite avaliar (numéricamente enum modo muito simples) a intensidade de umfenómeno que doutro modo é dificil e complexo derepresentar quantitativamente.

Não é possivel estabelecer com precisão osvalores abaixo dos quais se pode consideraraceitável o valor do ∆P: isto é valores, abaixo dosquais a interferência entre os circuitos não causaevidentes irregularidades de funcionamento. Taisvalores dependem de facto de demasiadasvariáveis, e são ligados também ao tipo de bombautilizada.

Pode-se todavia genéricamente reter comoaceitáveis ∆P inferiores a 0,4÷0,5 m c.a.Valores mais elevados (e não é raro encontrarcentrais com ∆P de 1,5÷2,0 m c.a.) podemprovocar graves inconvenientes.

Os inconvenientes de maior relevo podem serresumidos:

É uma grave disfunção que sucede sobretudonas instalações em que existem tanto bombasgrandes como pequenas. Nestas instalações, defacto, frequentemente as bombas pequenas nãoconseguem efectuar a sua função porque (comofoi visto anteriormente) consomem demasiadaenergia para vencer a acção contrária das grandes.O único modo de evitar que isso suceda édesactivar uma ou mais bombas dos outroscircuitos, isto é só se diminuir o ∆P contrárioinduzido pelas outras bombas. Mas certamenteesta não é uma solução pretendida.

É uma disfunção ligada ao facto de asinterferências entre os circuitos poderemcolocar as bombas a trabalhar fora do seu decampo de trabalho, ou seja em condiçõesfavoráveis às bombas se queimarem fácilmente.

Há muito anos, quando os técnicos deaquecimento davam os seus primeiros passos,esta disfunção foi apresentada pela primeira vezpor um instalador.Este instalador dizia que tinha uma instalação“maldita”, em que duas bombas, sempre nomesmo local, continuavam a queimar-se: nomáximo resistiam uma semana.

Como já vimos esta anomalia é devida àscorrentes parasitas inversas geradas nasbombas activas.

Há que se considerar que fenómenos semelhantesa estes podem suceder também por circulaçãonatural ou por circulação nos by-pass com asválvulas de regulação fechadas. Quando é devidaa um elevado ∆P entre os colectores, estaanomalia apresenta porém característicasespecíficas que se fazem reconhecer fácilmente:os radiadores têm as superfícies quentes de ummodo irregular e a ligação de retorno está maisquente que a de ida: lógica consequência dofacto de os radiadores estarem a ser aquecidoscom correntes de sentido inverso ao previsto.

Além das anomalias indicadas, existem outras,talvez menos visíveis, mas não menosimportantes. Anomalias que podemos resumir comuma simples constatação: muito difícilmente asinstalações tradicionais com um elevado ∆Pentre os colectores (o que acontece quasesempre nas instalações médias-grandes) podemtrabalhar nas condições de projecto previstas:isto é nas condições óptimas.

Outras anomalias

Radiadores quentes mesmo com a bomba parada

Bombas que se queimam facilmente

Bombas que não conseguem dar o caudal pretendido

CONSEQUÊNCIAS NEGATIVAS DE VALORES DE ∆P MUITO ELEVADOS

∆P: LIMITES DE ACEITABILIDADE

∆P: INDICADOR QUE PERMITE AVALIAR AINTERFERÊNCIA ENTRE OS CIRCUITOS

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Para justificar os fundamentos desta tese,podemos considerar a instalação abaixoapresentada e demonstrar que o seu ∆P entre oscolectores é praticamente sempre igual a zero.

Na verdade trata-se de uma demonstraçãobastante fácil.De facto, como vimos atrás, as bombas afuncionar provocam um ∆P entre os colectoresque é igual á pressão que as bombas devemexercer para fazer circular o fluído entre ocolector de retorno e o de ida: pressão que, nocaso em análise, é praticamente nula, porque ofluído, para passar de um colector ao outro, devevencer só a resistência do separador, estaresistência é quase nula, dado que o separadornão é mais do que um largo “by-pass”entre oscolectores.

Portanto, com esta espécie de ovo de Colombo,se pode evitar, num modo simples, o nascer dequalquer interferência entre os circuitos eportanto se podem evitar todos os problemas aisso ligados.

São aspectos que se referem essencialmente ao dimensionamento das bombas e aobalanceamento dos circuitos de regulação.

O caudal destas bombas deve ser determinadocom base no calor que se deve transportar e osalto térmico suposto para tal “transporte”,normalmente variável entre 10°C e 20°C.

A sua altura manométrica deve ser determinadaconsiderando que, ao contrário das instalaçõestradicionais, não devem ser consideradas asperdas de carga do circuito da caldeira.

Não é necessário balancear o “by-pass” comválvulas de balanceamento ou com Estabilizadoresautomáticos de caudal-Autoflow (ver abaixo).De facto, ao contrário do que acontece nasinstalações tradicionais, o circuito do qual deriva ocalor e o circuito de by-pass têm, em qualquerposição da válvula, perdas de carga muitosemelhantes porque quase nulas.

Além de evitar interferências entre os circuitos,os separadores hidráulicos podem servantajosamente utilizados também para servirsubestações de instalações de redes extensas.Nestes casos, servem para evitar a colocação depermutadores nas subcentrais, ou para impedirque as bombas da distribuição principal perturbemdemasiado aquelas que trabalham nassubestações.

O esquema apresentado na página seguinte,ilustra a solução adoptada para aquecer umaescola, com uma única central térmica e quatrosubestações, estas últimas colocadas em edificiosindependentes.Os estabilizadores automáticos de caudal sãoutilizados para dar a cada separador, ou seja acada subestação, a quantidade de fluído correcta.

SEPARADOR HIDRÁULICO AO LONGO DASLINHAS DE DISTRIBUIÇÃO

Balanceamento dos circuitos de regulação

Bombas dos circuitos derivados dos colectores

Bombas a montante do separador hidráulico

ASPECTOS A CONSIDERAR NO PROJECTO DE INSTALAÇÕES

COM SEPARADORES HIDRÁULICOS

AUSÊNCIA DE INTERFERÊNCIA ENTRE CIRCUITOS NAS INSTALAÇÕES

COM SEPARADORES HIDRÁULICOS

∆P = 0

Instalação com separador hidráulico

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Central Térm

ica

Subcentral Secretaria

Subcentral Salas de aula

Subcentral Cantina

Subcentral Ginásio

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Características funcionais

O dispositivo é caracterizado por diferentes componentes funcionais,cada um satisfaz uma determinada exigência tipica dos instalações declimatização.

· Separador hidráulicoPara tornar independentes os circuitos hidráulicos a ele ligados.

· Separador de impurezasPara permitir a separação e recolha de impurezas presentes noscircuitos. Dotado de uma ligação interceptável a uma tubagem dedescarga.

· Purgador automáticoPara permitir a evacuação automática do ar existente no circuito.Dotado de uma válvula de intercepção para eventuais manutenções.

Características construtivas

Separador

Corpo: aço;Pressão máxima: 10 bar;Campo de temperatura: 0°C a 100°C;Ligações: DN 50, DN 65, DN 80, DN 100;

com flanges UNI 2278.

Purgador automático série 501

Corpo: latão;Componentes internas: aço inox;Pressão máxima: 16 bar;Campo de temperatura: -20°C a 120°C;Ligações:- entrada 3/4” F;

- saída 3/8” F.

Válvula de intercepção para purgador

Corpo: latão cromado;Ligações: 3/4” F x 3/4” M.

Válvula de descarga

Corpo: latão cromado;Ligações: 1 1/4” F.

Caracteristicas hidráulicas

Os dispositivos são escolhidos com base nos valores decaudal máximo aconselhado de entrada:

DN 50 9 m3/h; DN 80 28 m3/h;DN 65 18 m3/h; DN 100 56 m3/h.

Dimensões

O SEPARADOR HIDRÁULICOSérie 548

8

AA

B

CE

D

F

Código548052548062548082548102

ADN150DN165DN180DN100

B1 1/4”1 1/4”1 1/4”1 1/4”

C353353467467

D343343370370

E379379406406

F350350466470

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Princípio de funcionamento

Quando na mesma instalação há umcircuito primário de produção com aprópria bomba e um circuito secundáriode utilização com uma ou mais bombasde distribuição, podem existir condiçõesde funcionamento da instalação para asquais as bombas interajam, criandovariações anormais dos caudais e dasalturas manométricas dos circuitos.

O separador hidráulico cria uma zona dereduzida perda de carga, que permitetornar independentes os circuitosprimário e secundário a ele ligados; ofluxo de um circuito não cria fluxo nooutro se a perda de carga no troçocomum é desprezável.

Neste caso o caudal que atravessa os respectivos circuitos depende exclusivamente das caracteristicas do caudal dasbombas evitando a recíproca influência devido á sua ligação em série. Utilizando, pois, um dispositivo com estascaracterísticas, o caudal no circuito secundário é só colocado em circulação quando a respectiva bomba é accionada,permitindo à instalação satisfazer as exigências específicas de carga em cada momento. Quando a bomba dosecundário é desligada, não há circulação no correspondente circuito; todo o caudal enviado pela bomba do primáriofaz o by-pass no separador.

Com o separador hidráulico pode-se ter um circuito de produção de caudal variável, condições de funcionamentotípicamente características das modernas instalações de climatização.

De seguida são apresentadas, como exemplo, três possiveis situações de equilibrio hidráulico.

Gprimário = Gsecondário Gprimário > Gsecondário Gprimário < Gsecondário

P S

Gp Gs

P S

Gp Gs

P S

Gp Gs

Gp Gs

primário secondário

O SEPARADOR HIDRÁULICOSérie 548

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Funcionamento

O separador de micro-bolhasDISCAL da Caleffi serve-seda acção combinada devários princípios fisicos.A parte activa é constituídapor um conjunto desuperfícies metálicas queconstituem uma ordenadaestrutura reticular deelementos organizada

rectangularmente. Estes são dispostos em forma de“leque” no interior do corpo de modo a interceptar ofluxo da água e gerar uma notável turbulência. Estemodo turbulento do fluído provoca variações develocidade e pressão, que permitem a libertação dasmicro-bolhas de ar que, por efeito da força de atracçãomolecular, tendem a acumular-se na superficie daestrutura metálica.As bolhas que se juntam aumentam de volume até queo impulso hidrostático vença a força de aderência áestrutura e assim libertas elas sobem em direcção àcâmara de ar. O volume desta câmara é regulado pelabóia que comanda a abertura da válvula de descarga eportanto a eliminação do excesso de ar. A notável alturada câmara de ar faz com que a água se encontresempre a uma distância de segurança da válvula dedescarga de modo que a sua eficiência pode sermantida inalterada no tempo.

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Utilização

A utilização do separador de micro-bolhas de arDISCAL é particularmente indicado nas:

- Instalações de aquecimento central.- Instalações de arrefecimento e ar condicionado.- Instalações de aquecimento por chão radiante.

Instalação

O separador deve ser instalado na posição vertical, e depreferência a montante da bomba.

SEPARADOR DE MICRO-BOLHAS DE AR Série 551

CHILLER

A correcta instalação com válvula de três vias.

Instalação num circuito de ar condicionado.

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Colocação em funcionamento e limpeza dosseparadores com flanges

Os separadores com flanges são dotados de umatorneira (A) com a dupla função de descarga de grandesquantidades de ar durante o enchimento da instalaçãoe de eliminar eventuais impurezas que flutuem na água.Na parte inferior vem instalada uma válvula de esferapara a limpeza de eventuais impurezas depositadas nofundo do separador.

A

SEPARADOR DE MICRO-BOLHAS DE AR Série 551

Características técnicas

Pressão máxima: 10 bar;Temperatura máxima: 120°C;Ligações flangeadas e para soldar: DN 50, DN 65,

DN 80, DN 100;PN 10.

Características construtivas

- Versão roscada: corpo construído em latão UNI EN 12165 CW617N.

- Versão flangeada: corpo construído em aço pintado com resina epóxida.

- O-Ring em borracha Etileno-Propileno.- Elemento separador em aço inoxidável.

A particular construção do separador DISCAL permiteefectuar as operações de manutenção e limpeza sem senecessitar de remover o dispositivo da instalação, emparticular:

O acesso ás partes móveis que comandam aválvula de descargaobtém-se fácilmenteremovendo o coposuperior (em todos os modelos).

Para a eventuallimpeza é suficientedesapertar acampânula superior,à qual o elementoseparador está fixo (só nos modelosroscados).

A velocidade máxima recomendada do fluido natubagem é de ~ 1,2 m/s. A tabela abaixo indica oscaudais máximos admissíveis para respeitar taiscondições.

DNl/minm3/h

3/4”22,71,36

1”35,182,11

1 1/4”57,853,47

1 1/2”90,365,42

DN 50141,208,47

DN 65238,7214,32

DN 80361,521,69

DN 100564,8 33,89

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Projectado para se obter uma total eliminação do ar

Evita danos na caldeira

Previne os fenómenos de cavitação e ruídos

Optimiza o rendimento dos radiadores

SEPARADORES DE MICRO-BOLHAS DE AR