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Apr 24, 2024

Examinando os efeitos da reversão de fluxo em circuladores

Conceitos de design exclusivos às vezes exigem que os componentes operem em condições fora do padrão. Um exemplo seria o uso de válvulas de balanceamento para regular o fluxo através de vários bancos de coletores solares em um

Conceitos de design exclusivos às vezes exigem que os componentes operem em condições fora do padrão.

Um exemplo seria o uso de válvulas de balanceamento para regular o fluxo através de vários bancos de coletores solares em um grande sistema solar térmico de drenagem. Num sistema solar térmico mais típico operando com anticongelante, o uso de válvulas de balanceamento seria rotineiro. Mas num sistema de drenagem, não há anticongelante; a água é drenada do conjunto de coletores e da tubulação externa sempre que o circulador do coletor é desligado.

Se válvulas de balanceamento forem instaladas nesta parte do sistema, elas estarão sujeitas a milhares de ciclos de congelamento/descongelamento durante a vida útil do sistema. Qualquer água residual dentro da válvula certamente congelará. Isso causaria algum dano a longo prazo a essa válvula? Os designers precisam de respostas para essas perguntas antes de especificar produtos. Os fabricantes podem ou não ter essas respostas.

Existem conceitos de projeto hidrônico nos quais o fluxo deve passar para trás através de um circulador não operacional, talvez milhares de vezes durante a vida útil do sistema. Um exemplo é a reversão periódica do fluxo através de um circuito com várias cargas secundárias conectadas em série, conforme mostrado na Figura 1.

Este sistema depende de um tipo específico de conexão onde os circuitos secundários, incluindo o circuito da caldeira, se conectam ao circuito primário. Uma dessas conexões, o “Twin-Tee”, é fabricada pela Taco Inc. A Figura 2 mostra um exemplo dessa conexão.

Outra possibilidade seria fabricar uma conexão soldando uma placa defletora em uma conexão cruzada, conforme ilustrado na Figura 3.

O fluxo primário pode entrar no trecho dessas conexões em qualquer direção. Contudo, a direção do fluxo através do circuito secundário não mudará. O defletor interno evita a mistura direta entre os lados de alimentação e retorno do circuito secundário. As portas de alimentação e retorno do circuito secundário também estão localizadas no mesmo local de pressão ao longo do circuito primário, o que proporciona excelente separação hidráulica.

A reversão periódica do fluxo através do circuito primário forneceria, com o tempo, a mesma temperatura média da água de abastecimento para cada circuito secundário. Isto corrige a desvantagem inerente de diminuir a temperatura da água de abastecimento em circuitos onde múltiplas cargas são conectadas em série. Quanto maior for a queda de temperatura projetada ao longo do circuito primário, com todos os circuitos operando, maior será o benefício da reversão periódica do fluxo.

A lógica operacional do sistema mostrado na Figura 1 é simples: um circulador de circuito primário opera por um determinado tempo; ele então desliga e o outro circulador primário opera pelo mesmo tempo decorrido. Um controlador de circulador duplex poderia ser usado para controlar as horas de funcionamento em cada circulador de circuito primário e equalizá-las ao longo do tempo. O fluxo do circuito primário sempre passaria para trás através do circulador que está desligado.

Outra aplicação onde a reversão de fluxo é útil é quando um trocador de calor de bobina dentro de um tanque de armazenamento térmico é usado tanto para entrada quanto para extração de calor. A reversão do fluxo seria necessária para preservar a estratificação da temperatura dentro do tanque e maximizar a diferença média de temperatura na qual o trocador de calor opera. A Figura 4 mostra uma possível configuração de tubulação.

O conjunto de tubulação superior na Figura 4 mostra o calor sendo adicionado ao armazenamento térmico. O circulador de carga pode estar ligado ou desligado. Se ligado, retira água quente proveniente da fonte de calor no ponto A. Qualquer fluxo não puxado para a carga passa pelo separador hidráulico e desce pelos trocadores de calor da serpentina.

Os tês onde o circuito de carga se conecta ao sistema (por exemplo, pontos A e B na Figura 4) devem ser mantidos o mais próximo possível do separador hidráulico. Para evitar mistura dentro do separador hidráulico, a vazão da fonte de calor deve ser sempre igual ou superior à vazão criada pelo circulador de carga.

O conjunto de tubulação inferior na Figura 4 mostra o calor sendo extraído do armazenamento térmico e enviado para a carga. O fluxo agora passa da parte inferior das bobinas para o topo, otimizando o diferencial de temperatura entre as bobinas. Se a fonte de calor for ligada, o fluxo será revertido.