Problematica aerului în instalațiile de climatizare
Problemele datorate aerului conţinut în instalaţiile hidraulice pot fi grave şi neplăcute atât pentru utilizatori cât şi pentru profesioniştii care se ocupă de instalaţie. Dacă aceste probleme nu sunt analizate în detaliu pot duce adesea la soluţii care să nu constituie o rezolvare pe termen lung. Pentru început este important să se înţeleagă problemele pe care le poate provoca aerul prezent în instalaţie.
- Zgomot în ţevi şi în radiatoare
- Debite insuficiente sau blocaje totale de circulaţie a agentului termic
- Schimb termic insuficient între terminalele de emisie (radiatoare) şi ambient
- Corodarea instalaţiei datorată prezenţei de oxigen în contact cu materialele feroase.
- Fenomene de cavitaţie la pompe şi la vane
Aerul prezent în instalaţiile de climatizare cu apă poate avea diverse origini:
1) Aerul neexpulzat în faza de umplere a instalaţiei;
2) Aerul dizolvat în apa rece de umplere şi completare;
3) Aerul care intră în timpul funcţionării instalaţiei.
- Zgomot în ţevi şi terminale
Un aspect fundamental, care trebuie ţinut sub control într-o instalaţie de climatizare îl constituie zgomotul. Aerul conţinut în instalaţie generează acest tip de fenomen legat de două aspecte:
a) Zgomotul din ţevi, datorat prezenţei bulelor de aer, este mult mai evident în faza de pornire a instalaţiei, adică în momentul în care fluidul începe să curgă prin ţevi.
b) Zgomotul în vane, generat de microbulele dizolvate în aer care în timpul trecerii prin dispozitivele de reglaj suferă o diminuare bruscă de presiune ce provoacă un fenomen denumit cavitaţie.
2. Debite insuficiente sau blocaje totale de circulaţie a fluidului
Într-o instalaţie de climatizare agentul termic sau frigorific este transportat de obicei prin intermediul unor “pompe de circulaţie” adecvate. Aceste componente mecanice transferă energia mecanică unui fluid necomprimabil cum ar fi apa. Un amestec de apă şi aer nu mai are aceleaşi caracteristici de necomprimare ca şi apa şi în consecinţă transferul energiei nu mai este eficient. De asemenea circulaţia poate fi blocată parţial de bulele de aer prezente în anumite puncte ale instalaţiei. Acest fenomen este foarte grav în special pentru instalaţiile de încălzire în pardoseală.
3. Schimb termic insuficient între terminalele de emisie
Conductibilitatea termică a aerului este mult mai mică decât aceea a apei. Atunci când aerul este colectat în punctele cele mai înalte ale radiatoarelor sau ale bateriilor de schimb, cantitatea de căldură transferată ambientului scade simţitor. Un randament mai scăzut al corpurilor de încălzire poate cauza grave dezechilibre termice şi deci nivele de confort insuficiente implicând de altfel şi costuri mai mari de gestionare.
4. Coroziunea instalaţiei datorată prezenţei oxigenului în contact cu materialele feroase
Coroziunea poate fi de două feluri: generalizată sau punctiformă. Aerul conţine circa 23% oxigen care, în contact cu materialele feroase, provoacă fenomenul de coroziune generalizată a acestora conform următoarei reacţii chimice:
Coroziune generalizată
Coroziunea generalizată provoacă formarea de magnetită Fe3O4 care se prezintă în interiorul instalaţiei sub formă de nămol gri închis.
Coroziune punctiformă
Dacă oxigenul continuă să fie prezent în instalaţie, magnetita continuă reacţia sa chimică şi se transformă în hematită Fe2O3 care provoacă coroziunea punctiformă în interiorul instalaţiei.
5. Fenomene de cavitaţie la pompe şi la vane
Cavitaţia este un fenomen fizic care consistă în formarea de zone de vapori în interiorul unui fluid care realizează apoi implozia producând un zgomot caracteristic. Acest fenomen se produce din cauza scăderii locale a presiunii până la atingerea valorii tensiunii de vapori a lichidului. Acesta suferă astfel o schimbare de fază, de la lichid la gaz, formând bule (cavitaţie) care conţin vapori. Dinamica procesului este foarte asemănătoare cu aceea a fierberii.
Fierbere: din cauza creşterii temperaturii, tensiunea de vapori creşte până când depăşeşte presiunea lichidului, creând astfel o bulă stabilă din punct de vedere mecanic, deoarece este plină de vapori la aceeaşi presiune cu aceea a lichidului înconjurător.
Cavitaţia: presiunea lichidului scade brusc în timp ce temperatura şi tensiunea de vapori rămân constante.
Pentru soluționarea problemelor generate de prezența aerului în instalațiile de climatizare, CALEFFI propune următoarele dispozitive:
1) Dispozitive automate pentru eliminarea bulelor /pernelor de aer
2) Dispozitive manuale pentru eliminarea bulelor /pernelor de aer
3) Separatoare de aer (degazoare)
Sisteme utilizate pentru a elimina aerul
- Dispozitive pentru eliminarea bulelor /pernelor de aer de tip manual
Sunt dezaeratoarele cele mai simple pentru eliminarea aerului conţinut în partea superioară a radiatorului: atunci când vana este deschisă manual aerul iese prin orificiul mic amplasat lateral. Trebuie instalate mereu pe fiecare terminal pentru a elimina aerul care se colectează natural în partea superioară, atât în timpul operaţiei de umplere a instalaţiei cât şi în timpul funcţionării normale pentru colectarea microbulelor de aer din această zonă specifică.
- Dispozitive pentru eliminarea bulelor/pernelor de aer de tip automat.
Sunt dezaeratoare echipate cu un plutitor ce comandă un mecanism de eliminare automată a aerului. Când în interiorul camerei care conţine plutitorul se colectează o cantitate suficientă de aer, aceasta înlocuieşte apa şi scade punctul de plutire provocând deschiderea dezaeratorului automat şi eliminarea aerului. După expulzarea unei anumite cantităţi de aer, apa umple din nou camera şi împinge plutitorul în sus având drept consecinţă închiderea dezaeratorului. Poziţionarea acestor dispozitive trebuie să respecte câteva reguli foarte precise, în caz contrar dispozitivul devine ineficient. Trebuie să fie amplasate în partea superioară a coloanelor ascendente şi în toate punctele în care aerul poate să stagneze. Pot fi utilizate şi pe radiatoare pentru a simplifica la maxim operaţiunile de umplere a instalaţiei.
- Degazorul pentru eliminarea microbulelor de aer dizolvate în apă
Instalarea corectă a degazoarelor evită apariţia problemelor cauzate de microbule: prin eliminarea aerului din apă permit astfel absorbirea şi apoi eliminarea bulelor fixate în părţile critice ale instalaţiilor. Aceste dispozitive prezintă o secţiune de trecere mult mai mare faţă de un dezaerator: această conformaţie permite o reducere netă a vitezei fluidului ceea ce facilitează urcarea bulelor de aer către partea superioară.
Separarea microbulelor
Aerul sub formă de microbule este mult mai dificil de captat decât bulele propriu zise şi pernele de aer. Din acest motiv dezaeratoarele sunt echipate cu o sită cu ochiuri concentrice, care prin crearea de mişcări turbionare, favorizează eliberarea microbulelor şi contopirea acestora în bule mai mari, eliminabile prin dezaerator.
Acest proces este denumit “coalescenţă”, şi este extrem de important pentru a elimina şi menţine cantitatea minimă de aer în sistemele hidraulice. Microbulele contopindu-se formează bule din ce în ce mai mari ajungând la un volum suficient astfel încât forţele de plutire să depăşească forţele de aderare care le reţin pe suprafaţa de coalescenţă. Deci bulele urcă de-a lungul suprafeţei de coalescenţă către cameră deasupra trecerii principale a fluidului, unde sunt colectate şi expulzate prin intermediul unui dezaerator automat cu plutitor. Suprafaţa de-a lungul căreia microbulele se contopesc se numeşte “suport de coalescenţă” (coalescenţă medie). Câteva dezaeratoare utilizează un suport intern cu sită metalică în timp ce altele utilizează polimeri speciali. În ambele cazuri, suportul de coalescenţă trebuie să prevadă o suprafaţă amplă de contact, o mişcare facilitată de bule către partea superioară şi trebuie să genereze pierderi de sarcină scăzute.
Instalare
Dezaeratoarele trebuie să fie instalate în partea de instalaţie unde solubilitatea gazului în apă este cât mai mică posibil: din acest motiv în instalaţiile de încălzire acestea ar trebui montate lângă ieşirea generatorului de căldură, în timp ce la instalaţiile de răcire înainte de intrarea în chiller.