Como não é possível mostrar todos os detalhes necessários para uma instalação adequada de determinados equipamentos HVAC nas plantas baixas ou plantas de grande escala, é necessário que o projetista do sistema HVAC mostre essas informações nos detalhes de conexão do equipamento. Esses detalhes mostrarão todos os dutos e conexões de tubulação necessários, bem como requisitos de suporte e acessórios diversos, como termômetros, manômetros e conectores de tubos flexíveis.
Além disso, é comum desenvolver detalhes que descrevam itens diversos associados aos sistemas HVAC, como suportes de tubos, meios-fios de telhado e penetrações através da envolvente do edifício. Portanto, fornecemos alguns dos detalhes mais importantes que todo engenheiro e técnico de HVAC precisa saber.
Trocadores de calor de tubo e casco em U
Os trocadores de calor de tubo em U consistem em um feixe de tubos em U de cobre montado dentro de um invólucro cilíndrico de aço. A corrente de fluido frio normalmente circula através dos tubos do feixe de tubos, e a corrente de fluido quente normalmente circula através do invólucro (em torno do feixe de tubos). O calor é transferido do fluido quente para o fluido frio através das paredes dos tubos. Trocadores de calor de casco e tubo são comumente usados para transferir calor do vapor para água ou salmoura. No entanto, eles também podem ser usados para transferir calor de água para água, de água para salmoura ou de salmoura para água. Defletores são instalados no casco para direcionar o fluxo de água através dos tubos se o trocador de calor for usado para transferir calor de água para água, de água para salmoura ou de salmoura para água.
São necessárias no mínimo duas passagens do fluido através do feixe de tubos para trocadores de calor de tubos e carcaças de tubo em U. Para a maioria das aplicações HVAC, os trocadores de calor de casco e tubo têm entre 3 e 6 pés de comprimento e 6 e 12 pol. de diâmetro, embora trocadores de calor maiores estejam disponíveis. A figura abaixo ilustra as conexões da tubulação para um invólucro de vapor para água quente e um trocador de calor tubular.
Trocadores de calor de placas e estruturas
As conexões para trocadores de calor de placas e estruturas são limitadas às conexões de entrada e saída de fluido quente e frio, que normalmente são parte integrante da cabeça fixa (dianteira) do trocador de calor {embora as conexões também possam ser fornecidas na parte móvel (traseira) cabeça do trocador de calor]. Dependendo da configuração do canal das placas do trocador de calor, as conexões de entrada e saída dos fluidos quentes e frios podem estar localizadas no mesmo lado da cabeça fixa do trocador de calor ou em um arranjo diagonal.
It is common for the hot and cold fluids to circulate through plate and frame heat exchangers in a counter-flow configuration; that is, the hot and cold fluids flow in opposite directions through the heat exchanger. This arrangement, in which the temperature gradient between the hot and cold fluids remains essentially constant, maximizes the heat transfer efficiency of the heat exchanger and also allows for a crossover temperature between the hot and cold fluids. Fig. below is a connection detail for a plate and frame heat exchanger.
Bombas
Existem muitos tipos de bombas, incluindo bombas de sucção final, de acoplamento fechado, em linha, de caixa dividida horizontal, de caixa dividida vertical e de deslocamento positivo. Os tipos mais comuns de bombas usadas para sistemas hidrônicos são bombas de sucção final e bombas em linha, ambas bombas centrífugas.
As bombas de sucção final são fixadas a uma estrutura de base de aço integral montada em campo em uma base de concreto. A base de concreto pode ser uma almofada de limpeza de 4 pol. de altura na qual a estrutura da base da bomba é montada com isoladores de mola. Contudo, a montagem preferida é uma base de inércia de concreto à qual a estrutura da base da bomba é aparafusada. Uma base de inércia de concreto é um bloco de concreto com estrutura de aço que tem aproximadamente 6 pol. de altura e 6 pol. maior que a base da bomba em todos os lados, apoiado no chão por isoladores de mola.
A base de inércia de concreto fornece uma base rígida para manter o alinhamento do eixo da bomba e reduzir o movimento vibratório causado pelo motor giratório da bomba. A conexão do tubo de sucção da bomba é paralela ao eixo do impulsor e a conexão do tubo de descarga é perpendicular ao eixo do impulsor. Conectores de tubos flexíveis são usados nas conexões de tubos de sucção e descarga para bombas de sucção final para isolar a vibração gerada pela bomba do sistema de tubulação. As conexões de sucção e descarga para bombas em linha estão alinhadas entre si e são perpendiculares ao eixo da bomba/impulsor. Pequenas bombas em linha são suportadas pelo sistema de tubulação. Bombas grandes em linha exigem a instalação de suportes de tubos próximos às conexões de sucção e descarga. Bombas em linha muito grandes serão apoiadas no chão do edifício, geralmente em uma plataforma de concreto de 4 pol. de altura.
As conexões de tubulação necessárias para as bombas incluem válvulas de corte na sucção e descarga da bomba, válvula de balanceamento na descarga da bomba, válvula de retenção e medidor de vazão na descarga da bomba e manômetros. Opcionalmente, uma válvula multiuso, que desempenha as funções de válvula de corte, válvula de balanceamento e válvula de retenção, pode ser instalada na descarga da bomba. É comum que um difusor de sucção, que é semelhante em tamanho ao de um cotovelo de tubo de raio longo de 90°, seja usado na conexão do tubo de sucção para bombas de sucção final. Isto permite que o tubo de sucção caia verticalmente no difusor de sucção. Caso contrário, é necessário prever cinco diâmetros de tubo reto a montante da conexão de sucção da bomba. Se um difusor de sucção ou o comprimento necessário de tubo reto a montante da conexão de sucção da bomba não for fornecido, ocorrerá turbulência indesejável no fluxo do fluido na conexão de sucção da bomba, o que comprometerá o desempenho da bomba e também poderá danificar a bomba.
As bombas de sucção final variam em tamanho de 3 a 6 pés de comprimento e de 1 a 3 pés de largura. O eixo do motor é conectado ao eixo do impulsor através de um acoplamento.
As bombas em linha são verticais ou horizontais, o que descreve a orientação do eixo do motor/impulsor. O eixo do motor está conectado diretamente ao eixo do impulsor. As bombas em linha variam em tamanho de 1 a mais de 3 pés de altura (dimensão do impulsor até a extremidade do motor) e de 1 a 3 pés entre as conexões de sucção e descarga.
bobina de aquecimento
As serpentinas de água quente requerem conexões de fornecimento de água para aquecimento e tubulação de retorno, e as serpentinas de vapor requerem conexões de fornecimento de vapor e tubulação de retorno de condensado.
unidade de sistema dividido sem duto
As conexões para unidades de sistema dividido sem dutos incluem a tubulação de sucção de refrigerante, líquido e possivelmente de gás quente entre as unidades interna e externa, conexão do tubo de drenagem de condensado ao recipiente de drenagem e conexões elétricas às unidades interna e externa. Como as unidades internas são montadas na parede abaixo do teto ou embutidas no teto, é comum que não haja espaço suficiente para a inclinação da tubulação de drenagem de condensado. Portanto, uma pequena bomba de condensado é geralmente instalada adjacente à unidade interna para receber o condensado da bandeja de drenagem da serpentina de resfriamento e bombeá-lo até o ponto de descarga para o sistema de águas pluviais do edifício. A conexão da tubulação de drenagem de condensado ao sistema de águas pluviais do edifício deve ser feita com uma válvula de remanso para evitar que a sobrecarga de águas pluviais que pode ocorrer durante chuvas fortes transborde a bomba de condensado.
Unidades de sistema dividido sem dutos normalmente utilizam energia elétrica de 208/240 V /1Φ. Se for necessária uma bomba de condensado, ela deverá ser especificada para utilizar alimentação de 120V /1Φ e ser fornecida com um cabo e plugue para servir como meio de desconexão. Nesse caso, o engenheiro eletricista projetaria um receptáculo interruptor de circuito de falha de aterramento (GFCI) próximo à bomba de condensado como fonte de energia elétrica. A figura abaixo ilustra os detalhes da conexão para uma unidade de sistema split sem dutos, respectivamente.
Unidade terminal VAV alimentada por ventilador
A figura abaixo ilustra as conexões associadas a uma unidade terminal VAV alimentada por ventilador paralelo com uma serpentina de aquecimento de água quente. As conexões de uma unidade terminal VAV alimentada por ventilador em série com uma serpentina de aquecimento de água quente seriam semelhantes, mas a serpentina de aquecimento de água quente seria montada na saída da unidade terminal.
As conexões da tubulação de água de aquecimento (dependendo do tipo de válvula de controle) são semelhantes às mostradas nas serpentinas de aquecimento com válvula de 2 (ou 3) vias. Além disso, é necessário um conector de duto flexível. na conexão de saída das unidades terminais alimentadas por ventilador para isolar as vibrações geradas pelo ventilador na unidade terminal do sistema de dutos a jusante.
Livro de referência de design de HVAC W. Larsen Angel, PE, LEED AP