As bobinas de pré-aquecimento são componentes essenciais dos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC). Eles ajudam a proteger outros equipamentos do sistema contra congelamento e a melhorar a eficiência de todo o sistema. Os diagramas de tubulação da serpentina de pré-aquecimento podem ajudar os profissionais de HVAC a projetar e instalar corretamente as serpentinas de pré-aquecimento e a solucionar problemas com sistemas existentes.
Pré-aqueça
As bobinas de pré-aquecimento podem ser de fluxo simultâneo ou contrafluxo. Em um sistema de fluxo simultâneo, o ar e a água ou vapor fluem na mesma direção através da serpentina. Em um sistema de contrafluxo, o ar e a água ou vapor fluem em direções opostas através da serpentina.
Os sistemas de fluxo simultâneo são mais comuns do que os sistemas de contrafluxo. Eles são mais fáceis de projetar e instalar e são mais baratos. No entanto, os sistemas de contrafluxo são mais eficientes na transferência de calor da água ou vapor para o ar.
O diagrama mostra um sistema de válvula de 3 vias com uma válvula de equilíbrio, uma válvula de corte, um filtro e um indicador de fluxo. O indicador de fluxo é usado para indicar o fluxo de fluido através do sistema. A válvula de equilíbrio é usada para ajustar o fluxo de fluido através da bobina de pré-aquecimento. A válvula de corte é usada para isolar a bobina de pré-aquecimento do resto do sistema.
O fluxo de fluido através do sistema é o seguinte:
- O fluido entra no sistema através do filtro.
- O fluido então flui através da válvula de equilíbrio.
- A válvula de equilíbrio divide o fluxo de fluido em duas correntes.
- Uma corrente de fluido flui através da bobina de pré-aquecimento.
- A outra corrente de fluido flui através da linha de desvio.
- O fluxo de fluido através da bobina de pré-aquecimento é controlado pela válvula de 3 vias.
- A válvula de 3 vias pode misturar o fluido quente da bobina de pré-aquecimento com o fluido frio da linha de desvio.
- O fluido misturado então flui para fora do sistema.
A válvula de equilíbrio é usada para ajustar o fluxo de fluido através da bobina de pré-aquecimento para que a temperatura desejada seja alcançada. A válvula de corte é usada para isolar a bobina de pré-aquecimento do resto do sistema para manutenção ou reparos.
Este tipo de sistema é frequentemente usado em sistemas HVAC para proteger a serpentina de resfriamento contra congelamento. No inverno, a válvula de 3 vias pode ser usada para misturar o fluido quente da serpentina de pré-aquecimento com o ar frio externo para evitar o congelamento da serpentina de resfriamento.
Aqui está um cenário possível de como o sistema pode ser usado:
- A temperatura externa está abaixo de zero.
- A válvula de 3 vias é girada para permitir que algum fluido quente da serpentina de pré-aquecimento se misture com o ar frio externo.
- O ar misturado é então aquecido pela serpentina de pré-aquecimento para não congelar a serpentina de resfriamento.
- À medida que a temperatura externa aumenta, a válvula de 3 vias pode ser girada para permitir que menos fluido quente se misture com o ar externo.
- Isso garante que o ar que entra no edifício não esteja muito quente ou muito frio.
Proteção contra congelamento
Existem três maneiras principais de proteger as bobinas de pré-aquecimento contra congelamento:
- Amortecedores frontais e de bypass: Os amortecedores frontais e de desvio podem ser usados para desviar o ar ao redor da serpentina de pré-aquecimento quando a temperatura do ar externo estiver abaixo de zero.
- Bobinas IFB: As bobinas IFB (bobinas de bypass de face interna) possuem um amortecedor de bypass integrado que desvia automaticamente o ar ao redor da bobina quando a temperatura do ar externo está abaixo de zero.
- Bombas de pré-aquecimento (sistema primário/secundário): Em um sistema primário/secundário, duas bombas são usadas para circular a água ou o vapor através da serpentina de pré-aquecimento. A bomba primária circula a água ou o vapor através da serpentina e a bomba secundária circula a água ou o vapor pelo resto do sistema HVAC. Este tipo de sistema é mais caro que os outros dois tipos de sistemas de proteção contra congelamento, mas também é o mais eficiente.
Resfriamento, Aquecimento, Reaquecimento
Serpentinas de resfriamento, serpentinas de aquecimento e serpentinas de reaquecimento são todas serpentinas de contrafluxo. Isso ocorre porque as bobinas de contrafluxo são mais eficientes na transferência de calor da água ou vapor para o ar.
O diagrama mostra um sistema com uma válvula de corte, uma válvula de 2 vias, uma válvula relógio, um filtro, uma bomba e uma bobina de pré-aquecimento. A válvula de corte é usada para desligar o sistema, a válvula relógio é usada para ligar o sistema em um horário predeterminado e a válvula de 2 vias é usada para desviar o fluxo de água ou vapor através da serpentina de pré-aquecimento.
O fluxo de água ou vapor através do sistema é o seguinte:
- A água ou vapor entra no sistema através do filtro.
- A água ou vapor flui então através da válvula de corte.
- Se a válvula relógio estiver aberta, a água ou o vapor fluirão através da válvula de 2 vias e entrarão na serpentina de pré-aquecimento.
- Se a válvula relógio estiver fechada, a água ou o vapor fluirão através da linha de desvio e ao redor da serpentina de pré-aquecimento.
- A água ou vapor flui para fora da serpentina de pré-aquecimento e para o resto do sistema.
Este tipo de sistema é frequentemente usado em sistemas HVAC para proteger outros equipamentos contra congelamento. No inverno, a válvula relógio pode ser configurada para ligar o sistema em um horário predeterminado, como antes do nascer do sol. Isso garantirá que a bobina de pré-aquecimento esteja quente antes que o sistema HVAC comece a operar.
Aqui está um cenário possível de como o sistema pode ser usado:
- A temperatura externa está abaixo de zero.
- A válvula do relógio está configurada para ligar o sistema às 6h.
- A água ou vapor flui através da válvula de 2 vias e para a serpentina de pré-aquecimento.
- A bobina de pré-aquecimento aquece a água ou o vapor.
- A água quente ou vapor sai da serpentina de pré-aquecimento e entra no restante do sistema HVAC.
- O sistema HVAC começa a funcionar e aquece o edifício.
Este tipo de sistema também pode ser utilizado para pré-aquecer água para sistemas de água quente sanitária. Neste caso, a serpentina de pré-aquecimento seria aquecida por caldeira ou sistema solar térmico.
Velocidade facial da bobina de resfriamento
A velocidade nominal recomendada para serpentinas de resfriamento é 500 FPM (2,54 m/s). Uma velocidade frontal de 450 FPM (2,29 m/s) é preferida, mas uma velocidade frontal de 550 FPM (2,79 m/s) é aceitável.
O diagrama mostra um sistema de tubulação de serpentina de pré-aquecimento com uma válvula de corte, uma válvula de retenção, uma válvula de equilíbrio, um filtro e uma serpentina de pré-aquecimento. A válvula de corte é usada para desligar o sistema, a válvula de retenção evita o refluxo, a válvula de equilíbrio é usada para ajustar o fluxo de água ou vapor através da serpentina de pré-aquecimento e o filtro remove detritos da água ou vapor.
O fluxo de água ou vapor através do sistema é o seguinte:
- A água ou vapor entra no sistema através da válvula de corte.
- A água ou o vapor flui então pela peneira.
- O filtro remove detritos da água ou do vapor.
- A água ou vapor flui através da válvula de retenção.
- A válvula de retenção evita o refluxo.
- A água ou vapor flui então através da válvula de equilíbrio.
- A válvula de equilíbrio ajusta o fluxo de água ou vapor através da serpentina de pré-aquecimento.
- A água ou vapor flui através da serpentina de pré-aquecimento.
- A bobina de pré-aquecimento aquece a água ou o vapor.
- A água quente ou vapor flui para fora da serpentina de pré-aquecimento e para o resto do sistema.
Este tipo de sistema é frequentemente usado em sistemas HVAC para proteger outros equipamentos contra congelamento. No inverno, a serpentina de pré-aquecimento pode ser usada para aquecer o ar externo antes que ele entre na serpentina de resfriamento. Isto evita que a serpentina de resfriamento congele.
Aqui está um cenário possível de como o sistema pode ser usado:
- A temperatura externa está abaixo de zero.
- A bobina de pré-aquecimento está ligada.
- O ar externo flui através da bobina de pré-aquecimento.
- A bobina de pré-aquecimento aquece o ar externo.
- O ar externo aquecido flui então para a serpentina de resfriamento.
- A serpentina de resfriamento resfria o ar externo aquecido.
- O ar externo resfriado flui então para o edifício.
Este tipo de sistema também pode ser utilizado para pré-aquecer água para sistemas de água quente sanitária. Neste caso, a serpentina de pré-aquecimento seria aquecida por caldeira ou sistema solar térmico.
Velocidade da face da bobina de pré-aquecimento, aquecimento e reaquecimento
A velocidade nominal recomendada para bobinas de pré-aquecimento, aquecimento e reaquecimento é de 500-900 FPM. Uma velocidade frontal de 750 FPM é preferida, mas uma velocidade frontal de 500 FPM ou 900 FPM é aceitável.
- Faixa de 500–900 FPM (2,54–4,57 m/s).
- 600–700 FPM (3,05–3,56 m/s) Recomendado.
- 600 FPM (3,05 m/s) Preferencial.
- Use a bobina de pré-aquecimento sempre que a temperatura do ar misto (ar externo e ar de retorno) estiver abaixo de 4,44°C (40°F).
O diagrama mostra um sistema de tubulação de bobina de pré-aquecimento com válvula de 3 vias com uma válvula de corte, um filtro, uma válvula de equilíbrio, um indicador de fluxo, uma bobina de pré-aquecimento, uma válvula de 3 vias e uma linha de desvio.
O fluxo de água ou vapor através do sistema é o seguinte:
- A água ou vapor entra no sistema através da válvula de corte.
- A água ou o vapor flui então pela peneira.
- O filtro remove detritos da água ou do vapor.
- A água ou vapor flui então através da válvula de equilíbrio.
- A válvula de equilíbrio ajusta o fluxo de água ou vapor através da serpentina de pré-aquecimento e da linha de desvio.
- A água ou vapor flui então através da válvula de 3 vias.
- A válvula de 3 vias mistura a água quente ou o vapor da serpentina de pré-aquecimento com a água fria ou o vapor da linha de desvio.
- A água ou vapor misturado flui então para fora do sistema.
A posição da válvula de 3 vias determina a quantidade de água quente ou vapor misturada com água fria ou vapor. Se a válvula de 3 vias for colocada na posição “Pré-aquecimento”, toda a água ou vapor fluirá através da serpentina de pré-aquecimento. Se a válvula de 3 vias for colocada na posição “Bypass”, toda a água ou vapor irá desviar da serpentina de pré-aquecimento.
Este tipo de sistema é frequentemente usado em sistemas HVAC para proteger outros equipamentos contra congelamento e para melhorar a eficiência. No inverno, a válvula de 3 vias pode ser colocada na posição “Pré-aquecimento” para aquecer o ar externo antes que ele entre na serpentina de resfriamento. Isto evita que a serpentina de resfriamento congele. No verão, a válvula de 3 vias pode ser colocada na posição “Bypass” para permitir que o ar frio externo flua diretamente para a serpentina de resfriamento. Isso melhora a eficiência do sistema de refrigeração.
Aqui está um cenário possível de como o sistema pode ser usado no inverno:
- A temperatura externa está abaixo de zero.
- A válvula de 3 vias está na posição “Pré-aquecimento”.
- O ar externo flui através da bobina de pré-aquecimento.
- A bobina de pré-aquecimento aquece o ar externo.
- O ar externo aquecido flui então para a serpentina de resfriamento.
- A serpentina de resfriamento resfria o ar externo aquecido.
- O ar externo resfriado flui então para o edifício.
Aqui está um cenário possível de como o sistema pode ser usado no verão:
- A temperatura externa está acima de zero.
- A válvula de 3 vias é colocada na posição “Bypass”.
- O ar externo desvia da serpentina de pré-aquecimento e flui diretamente para a serpentina de resfriamento.
- A serpentina de resfriamento resfria o ar externo.
- O ar externo resfriado flui então para o edifício.
Conclusão
Os diagramas de tubulação da serpentina de pré-aquecimento são uma ferramenta essencial para profissionais de HVAC. Ao compreender os diferentes tipos de serpentinas de pré-aquecimento e como elas são canalizadas, os profissionais de HVAC podem projetar e instalar serpentinas de pré-aquecimento corretamente e solucionar problemas com sistemas existentes.