Trocador de calor DIY para um fogão de sauna

Dispositivos de aquecimento que geram calor devido à combustão de combustível não podem funcionar normalmente sem um sistema de chaminé ou simplesmente uma chaminé. Pela chaminé, são lançados para a atmosfera produtos tóxicos da combustão, perigosos para a saúde e a vida humana. No entanto, na chaminé, juntamente com os gases de escape, é transportada uma quantidade bastante grande de calor útil, que ainda pode servir para aquecer as instalações. Para evitar que o calor precioso vaze para a chaminé, você pode instalar um trocador de calor especial, o que aumenta significativamente a eficiência do dispositivo de geração de calor.

Princípio de funcionamento e design

Atualmente, existem diferentes opções de trocadores de calor de chaminé, cujo projeto e princípio de funcionamento são geralmente semelhantes. O trocador de calor consiste em um corpo oco com tubos de entrada e saída. Um mecanismo de "freio" é montado na caixa para os gases de escape. Normalmente, este é um sistema de válvulas entalhadas montadas no eixo. Os amortecedores podem ser girados, criando uma chaminé em zigue-zague de diferentes comprimentos. O ajuste das válvulas permite definir a relação mais eficaz de troca de calor e tiragem na chaminé, sem violar as normas de segurança durante o funcionamento. Existem também modelos mais simples de trocadores de calor, sem sistema de válvula variável.

Qual material deve ser usado

É melhor fazer um trocador de calor para uma chaminé de aço inoxidável de qualidade alimentar. Mesmo em altas temperaturas, os parâmetros físicos desse metal não mudam, já que as soldas são bastante resistentes, e o níquel, ao reagir com o oxigênio, cria uma película protetora resistente a ácidos e sais.

Se falamos do uso do zinco, então, quando aquecido a 200˚C, ele começa a evaporar e, a 500˚C, a concentração de vapores no ar atinge um nível crítico para o homem. Mas se você instalou galvanização no dispositivo e ao mesmo tempo ele não aquece acima de 200˚C, não precisa se preocupar. E pode-se usar material galvanizado, pois potencializa a mistura do ar ao redor do aparelho. E embora esse trocador de calor não seja fornecido para aquecimento constante do ambiente, mas para aquecer rapidamente, por exemplo, uma banheira ou um sótão, esta é uma opção adequada.

A auto-instalação do trocador de calor é bastante fácil e simples. Esse dispositivo pode ser montado em um fogão comum e depois alijado, como o próprio forno. O assentamento de tijolos também pode ser executado na borda - a estabilidade da estrutura não será prejudicada.

Como fazer um convector de chaminé caseiro para aquecer o ar? (+ vídeo detalhado)

Para criar o convector mais simples que irá melhorar o aquecimento do ar na mesma sala onde a caldeira está localizada, você precisará de:

1. Máquina de solda.
2. Pelo menos 8-10 tubos de aço finos com um diâmetro de cerca de 32 mm e um comprimento de cerca de 50-60 cm. Idealmente, use aço inoxidável de qualidade alimentar. Pior, mas também o aço galvanizado serve. Em forma - geralmente leva tubos redondos, mas seções quadradas ou retangulares também são adequadas.

A instalação realiza-se da seguinte forma: estes tubos devem ser soldados em círculo à volta da chaminé, o mais próximo possível da fornalha.

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Objetivo e recursos

O trocador de calor é projetado para receber calor do ar aquecido que circula na chaminé. O design do dispositivo depende do diâmetro e da forma da chaminé, do material usado para criar o trocador de calor, da potência do dispositivo de geração de calor e do transportador de calor.

Os trocadores de calor são classificados, dependendo do transportador de calor, em líquido e ar. Dispositivos do tipo ar são os mais fáceis de fabricar, no entanto, eles não são os mais eficazes. Esses dispositivos requerem melhor material e desempenho, mas são mais eficientes do que dispositivos com refrigerante de ar.

O dispositivo de trocadores de calor para um fogão a lenha de sauna

Alta transferência de calor de fogões de sauna, aumento da intensidade de combustão de combustível neles são ativamente usados ​​para colocação neles Dispositivos de aquecimento de água para lavagem.

Os trocadores de calor para banhos são um recipiente oco selado para água, em forma de bobina (registro)colocado na fornalha, bem como tanque seladocolocado em sua parede ou chaminé.

Dispositivo de aquecimento de água tipo de circulação conectado por um sistema de tubulação com um tanque de armazenamento de água quente.

O princípio de operação de dispositivos para aquecimento indireto de água com base na circulação de fluido como resultado de sua convecção natural.

Referência. A convecção natural do líquido ocorre quando as camadas inferiores do líquido aquecem e se tornam mais leves, subindo, e as camadas pesadas e frias descem, tomando o lugar dos aquecidos.

Para a operação de um sistema de recirculação de líquido aberto (sem o uso de uma bomba de circulação), o diâmetro dos tubos que fornecem água para o tanque de armazenamento, não deve exceder uma polegadapara garantir a taxa de circulação necessária.

Comprimento dos tubos do trocador de calor ao tanque de armazenamento não deve exceder 3 metros. Este comprimento é frequentemente suficiente para mover o tanque de armazenamento da sala de vapor para a sala adjacente para lavagem.

A capacidade de água quente, de acordo com as leis de convecção natural, é definida acima do nível do trocador de calor.

Bicos roscados são soldados ao equipamento de aquecimento de água dos lados de entrada e saída para conectar os tubos de circulação que conectam o dispositivo ao tanque.

O tanque de armazenamento de aço mais comumente usado volume de 60-120 litros, dependendo da potência do forno.

Uma válvula de drenagem para a lavagem é instalada no tanque de armazenamento e uma válvula de drenagem para drenar o líquido do sistema é instalada no tubo de circulação de água fria (parte inferior).

Importante! Especialistas não recomendo instalar uma bomba de circulação em sistemas de aquecimento de água para fogões de sauna.

Visualizações

Os seguintes tipos de dispositivos são comumente usados:

• Interior. A opção mais simples, feita em forma de bobina embutida no forno da fornalha, é direcionada ao aproveitamento ativo do calor gerado pelo combustível.
• Externo. É um reservatório de água montado na parede lateral externa do forno. A alta temperatura da parede aquece o tanque, transferindo radiação térmica para ele. Esta opção é mais fácil de fabricar do que um trocador de calor interno.
• Exterior. Um reservatório de água instalado no tubo da chaminé é uma forma eficaz de instalar um permutador de calor, que não exige muito esforço na sua instalação e não ocupa muito espaço na sala de vapor.
• Fluxo externo (economizador). É um pequeno aquecedor de fluxo de média capacidade de 5 a 10 linstalado na chaminé e conectado ao tanque de armazenamento por um sistema de tubulação. Este é talvez o melhor trocador de calor para sua instalação e uso.

Foto 1. Trocador de calor externo para salamandra. O dispositivo é feito de aço inoxidável e se encaixa na chaminé.

• Modelos combinados. Ao mesmo tempo, uma bobina embutida na fornalha e um tanque de água externo instalado no tubo da chaminé estão incluídos no projeto. Ambas as unidades são conectadas por um sistema de tubulação e possuem um tanque plug-in separado para a coleta de líquido quente.

Do que eles são feitos

Trocadores de calor internos (registros) na forma de uma treliça em forma de L são feitos de tubos de aço dobrado, ferro fundido ou cobre com paredes lisas com um diâmetro de 40-50 mm.

Os tanques de água são feitos de chapa de aço cortada e soldada com espessura superior a 2,5 mm.

O material mais popular para a fabricação de dispositivos de aquecimento de água - aço inoxidável, uma vez que é um metal barato com resistência a altas temperaturas.

Atenção! Na fabricação de dispositivos de aquecimento térmico deste tipo indesejável usar aço galvanizado, porque a uma temperatura acima de 200 graus Celsius o zinco começa a evaporar.

Desvantagens das unidades de ferro fundido - sua fragilidade e peso, e cobre - aumento do preço e resistência ao calor insuficiente.

Trocador de calor líquido

O trocador de calor padrão usado com o fluido de transferência de calor é uma bobina de metal com um alto coeficiente de condutividade térmica em contraste direto com a superfície interna da chaminé. Para melhor transferência de calor e segurança, a bobina é colocada em uma caixa de metal e bem isolada por dentro com um isolamento não combustível, geralmente lã de basalto.

Toda a estrutura é montada na seção da chaminé. As pontas da bobina são conduzidas para fora através do corpo do trocador de calor e conectadas ao sistema de aquecimento, no topo do qual é colocado um tanque de expansão. O tubo de cobre recozido é o melhor para fazer a bobina. Além disso, esse trocador de calor, devido ao seu alto coeficiente de condutividade térmica, terá dimensões 7 vezes menores que um dispositivo de aço.

O líquido se aquece e, se expandindo, sobe ao longo da bobina, após o que flui através do tubo por gravidade até o radiador de aquecimento. Ao entrar no radiador, o líquido aquecido desloca o refrigerante frio, que volta a aquecer na bobina. Assim, é realizada a circulação natural da água pelo sistema. Para criar uma circulação do refrigerante através do sistema, é necessário calcular com precisão o comprimento e o diâmetro da bobina, manter os ângulos de inclinação da alimentação e do retorno e muito mais. A importância desses cálculos não deve ser subestimada, uma vez que um dispositivo inoperante simplesmente não é tão ruim quanto as consequências de um golpe de aríete que pode ocorrer quando o refrigerante ferve.

No entanto, este tipo de trocador de calor também tem suas desvantagens, a saber:

• a complexidade dos cálculos e da fabricação;
• monitoramento constante da temperatura e pressão no sistema;
• alta vazão do refrigerante causada pela evaporação do líquido do tanque de expansão. E se água for usada, então se o sistema não for usado no inverno, o líquido deve ser drenado;
• uma diminuição significativa na temperatura dos gases de escape, o que pode causar uma diminuição do empuxo e combustão incompleta do tipo de combustível utilizado.

No entanto, apesar dessas deficiências, esse trocador de calor pode ser feito de forma independente por qualquer pessoa que saiba manusear uma ferramenta e tenha pelo menos conhecimento escolar de física.

Variedades de dispositivo e princípio de operação

Existe uma classificação básica de trocadores de calor - pelo tipo de transportador de calor, que os divide em água e ar.

Trocadores de calor de água

Os trocadores de calor a água são o tipo de equipamento mais simples e comum. Seu trabalho é baseado nas leis básicas da física: quando aquecido, um líquido se expande, sua densidade diminui.Sob a pressão da água fria mais densa localizada na parte inferior do circuito, o líquido aquecido entra no tanque de expansão, e daí - volta para o trocador de calor, movendo-se em círculo fechado.

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A circulação através de tubos e o aquecimento constante da água até a temperatura desejada permitem que você mantenha o funcionamento ideal do circuito conectado. Também evita o sobreesfriamento do tubo da chaminé, o que pode levar à formação de condensação.

O trocador de calor mais simples é um tanque ou bobina de metal (tubo em espiral), que contém o transportador de calor - água quente. A fonte de calor é o tubo da chaminé quente, que está em contato direto com a fonte de calor.

Um dispositivo baseado em um refrigerante de água funciona segundo o princípio de um samovar. O sistema possui tanque de expansão para água quente. Através da conexão de saída do trocador de calor, a água flui por um tubo para o tanque de expansão. No fundo do tanque existe uma conexão de saída com um tubo através do qual a água gelada sai do tanque e entra novamente no trocador de calor. O processo físico natural de troca de calor determina a circulação constante do líquido e a manutenção de uma temperatura constante.

Trocadores de calor de ar

O princípio de funcionamento dos trocadores de calor a ar é que os gases quentes aquecem os tubos localizados no interior do dispositivo, sem criar aquecimento adicional, mas apenas direcionando a energia térmica para fora. Estruturalmente, o trocador de calor de ar é um cilindro com vários tubos ocos dentro, o ar é sugado para dentro do tanque cilíndrico por baixo, aquece no tubo e sai do trocador de calor, aumentando assim o nível de aquecimento da sala em 15- 20%.

Observação! Com a ajuda de um trocador de calor de ar, quartos vizinhos podem ser aquecidos a partir de um fogão, se um tubo de ar for colocado lá. Com a ajuda de um trocador de calor de ar, você pode melhorar um fogão simples ou um fogão comum se instalá-lo em uma chaminé.

Além do tanque ou bobina de metal tradicional, existem modelos de sino que são usados ​​para aquecer o sótão.Este princípio da estrutura do forno foi proposto por I.V. Kuznetsov, e o fogão tipo sino leva seu nome. O funcionamento dos permutadores de calor em forma de sino baseia-se na manutenção do ar aquecido subindo pela chaminé através de uma cobertura especial instalada por baixo do tecto. O movimento do ar na tubulação ocorre devido a processos físicos naturais.

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Trocador de calor de ar

Uma estrutura semelhante, que é instalada na chaminé de um gerador de calor, em regra, é constituída por uma caixa metálica, na qual estão montados vários tubos de entrada e saída. O princípio de funcionamento deste tipo de trocador de calor é bastante simples.

De baixo para cima, de acordo com o princípio da convecção, o ar frio que entra nos bicos, após o aquecimento, sai da parte superior do trocador de calor diretamente para a sala aquecida. Este princípio de operação torna possível aumentar significativamente a eficiência do dispositivo de geração de calor e reduzir o consumo de combustível em 2-3 vezes.

É bastante simples fazer independentemente um trocador de calor para uma chaminé, tendo uma máquina de solda, uma trituradora, tubos de metal de vários diâmetros, desejo e capacidade de manusear a ferramenta.

Material:

• folha de metal 350x350x1 mm;
• um tubo com um diâmetro de uma polegada e um quarto e um comprimento de 2,4 m;
• um pedaço de tubo com diâmetro de 50 mm;
• recipiente de metal ou balde de 20 litros de óleo de motor.

Fabricação:

1. crie peças finais, para as quais você precisa cortar círculos de uma folha de metal. É necessário que o diâmetro dos bujões corresponda ao diâmetro do recipiente previamente preparado;
2. no meio do plugue, é feito um orifício para um tubo central de 60 mm;
3. marque e corte ao longo das bordas da circunferência dos orifícios do tubo em uma polegada e um quarto;
4. deve haver dois desses círculos;
5. corte um tubo com um diâmetro de 1¼ com um moedor em 8 tubos iguais de aproximadamente 30 cm de comprimento;
6. soldar um pedaço de tubo de 300 mm com diâmetro de 60 mm ao orifício central dos plugues;
7. soldar 8 seções de 1¼pipe em torno da circunferência;

Uma construção semelhante deve sair

Em seguida, você precisa fazer um corpo de trocador de calor a partir do recipiente preparado. Isso exigirá:

1. corte o fundo do recipiente com uma máquina de corte;
2. faça um furo no centro das laterais do corpo ao longo do diâmetro da chaminé;
3. é necessário soldar tubos de diâmetro correspondente aos orifícios laterais do corpo;
4. Insira o núcleo preparado na carcaça e solde-o ao invólucro. A estrutura acabada deve ser pintada com tinta resistente ao calor.

Agora você precisa instalar o trocador de calor no tubo da chaminé e aproveitar o calor.

Você também pode assistir ao vídeo de todo o processo de confecção de um trocador de calor com as próprias mãos.

Trocador de calor: mecânica do trabalho

A combustão do óleo de aquecimento fornece uma temperatura de mais de 500 ° C ao entrar na chaminé. Esses indicadores são supérfluos, porque a chaminé mantém a tiragem mesmo a 300-400 ° C. Sem prejudicar o fogão, parte do calor pode ser redirecionado para aquecimento de água em sistemas de aquecimento, abastecimento de água ou ar interno. A função do trocador de calor é garantir a transferência (troca) de calor dos gases da chaminé para a água ou o ar.

Modelos existentes

Os especialistas acreditam que três soluções de design para equipar um trocador de calor para uma chaminé são ideais:

1. bobina;
2. um cilindro com um refrigerante ao redor do tubo - "camisa de água";
3. alteração do canal da chaminé para um labirinto escalonado para desacelerar o movimento dos gases e aumentar a transferência de calor.

As opções nº 1 e nº 2 são utilizadas para fornecer calor para aquecimento de água e em sistemas de aquecimento, nº 3 - para aquecimento de divisões.

Propriedades de diferentes tipos de trocadores de calor

Todos os trocadores de calor possuem características, a ignorância das quais levará a defeitos no sistema de troca de calor. Se transferirmos energia térmica para a água, o efeito da transferência excessiva de calor ocorre com frequência. A entrada de água fria no trocador de calor na tubulação com chaminé aquecida leva ao entupimento do canal com fumaça e à formação de condensado dos gases de exaustão.

Outra solução que não é a melhor e que vai atrapalhar rapidamente o funcionamento do trocador de calor é a instalação de uma serpentina de abastecimento de água dentro da própria chaminé. O monóxido de carbono na chaminé é metade do problema, o principal risco é o envenenamento por monóxido de carbono.

Ao instalar você mesmo o trocador de calor, é melhor seguir as soluções comprovadas e não experimentar, tentando criar a versão do autor do dispositivo.

Para o funcionamento seguro e ininterrupto do sistema de troca térmica, recomenda-se a realização de manutenções preventivas a cada seis meses - inspeção visual, limpeza da queima e incrustação, reparos (se necessário). Uma atitude cuidadosa em relação ao trocador de calor permitirá que ele funcione por décadas.

Requisitos

• O melhor material para o tanque do trocador de calor é o aço inoxidável, que pode suportar altas temperaturas e mudanças repentinas.
• O trocador de calor é selecionado de acordo com a saída do aquecedor. A violação desta regra levará à perda de eficiência do próprio forno.
• O trocador de calor não é montado “firmemente” no tubo - a estrutura deve ser facilmente removida para reparo ou limpeza.
• Um tanque de armazenamento de calor é necessário para trocadores de calor com uma "camisa de água" (circuito de água) para que a água fria não entre no próprio trocador de calor.

Trompete em lata

Este tipo de trocador de calor é bastante prático e simples. Basicamente, a chaminé é envolvida por um tubo de metal ou cobre, que aquece constantemente e o ar que circula por ela se aquece rapidamente.Uma espiral pode ser soldada à chaminé usando soldagem semiautomática ou de argônio. Também pode fixá-lo com estanho, tendo previamente desengordurado a chaminé com ácido fosfórico.

Fabricação de trocadores de calor

Aqui estão as instruções passo a passo sobre como fazer você mesmo esse dispositivo.

1. Recorte dois círculos com um diâmetro de 30 cm. (Capas). Considere as dimensões com base em sua chaminé.
2. Marque em cada folha a localização dos tubos, o maior deve ficar no centro. O tubo do meio tem 58 mm, oito pequenos têm 32 mm.
3. Solde os tubos aos plugues, um de cada vez
4. Solde o segundo plugue aos tubos.
5. Faça um tanque.
6. Faça dois furos na lateral da caixa de metal, em lados opostos.
7. Nas paredes do trocador de calor, faça uma saída sob os tubos.
8. Insira o núcleo acabado na caixa. Fixe por soldagem.
9. Solde o trocador de calor à chaminé.
10. Trate a estrutura com tinta resistente ao calor.

Trocador de calor caseiro