Separador hidráulico para calefacción: propósito + esquema de instalación + cálculos de parámetros

Los sistemas de calefacción en su forma moderna – son estructuras complejas, equipadas con diferentes equipos. Su funcionamiento eficiente está acompañado por un equilibrio óptimo de todos los elementos que los componen. El separador hidráulico para calefacción está diseñado para garantizar el equilibrio. ¿Vale la pena comprender su principio de funcionamiento? ¿Está de acuerdo?

Hablaremos sobre cómo funciona el separador hidráulico, qué ventajas tiene el circuito de calefacción equipado con él. En el artículo que presentamos, se describen las reglas de instalación y conexión. Se proporcionan recomendaciones útiles para el funcionamiento.

Separación de flujos hidráulicos

Al separador hidráulico para calefacción se le suele llamar separador hidráulico. De esto se vuelve evidente que este sistema está destinado a ser integrado en los esquemas de calefacción.

En la calefacción se prevé el uso de varios circuitos, por ejemplo, tales como:

• líneas con grupos de radiadores;
• sistema de suelo radiante;
• suministro de agua caliente a través del calentador.

En ausencia de una flecha hidráulica para dicho sistema de calefacción, será necesario realizar un proyecto cuidadosamente calculado de cada circuito, o equipar cada circuito con una bomba de circulación individual.

Pero incluso en estos casos no hay total seguridad de alcanzar el equilibrio óptimo.

Aproximadamente así se puede considerar la construcción clásica de los separadores hidráulicos, hechos a base de tubos redondos o rectangulares. Una solución simple pero efectiva que cambia radicalmente el estado del sistema de calefacción con la participación de la caldera.

Sin embargo, la tarea se resuelve de manera simple. Solo es necesario aplicar un separador hidráulico en el esquema – el separador hidráulico. De esta manera, todos los circuitos que ingresan al sistema estarán óptimamente separados sin riesgo de pérdidas hidráulicas en cada uno de ellos.

Hidrostrélla – es un nombre «coloquial». La denominación correcta corresponde a la definición – «separador hidráulico». Desde el punto de vista constructivo, el dispositivo se ve como un trozo de tubo hueco común (de secciones redonda o rectangular).

Ambos extremos del tubo están tapados con discos metálicos, y en diferentes lados del cuerpo hay tubos de entrada/salida (un par en cada lado).

Aspecto natural de los productos: separadores hidráulicos fabricados con tubería de sección rectangular y redonda. Ambas opciones muestran una alta eficiencia. Sin embargo, los separadores hidráulicos basados en tuberías redondas se consideran una opción más preferible.

Tradicionalmente, la finalización de los trabajos de montaje de la instalación del sistema de calefacción es el inicio del siguiente proceso: las pruebas. La estructura de fontanería creada se llena de agua (T = 5 – 15°C), y luego se pone en marcha la caldera de calefacción.

Hasta que el fluido caloportador no se caliente a la temperatura requerida (ajustada por el programa de la caldera), el flujo de agua «circula» mediante la bomba de circulación del circuito primario. Las bombas de circulación de los circuitos secundarios no están conectadas. El fluido caloportador se dirige a través del separador hidráulico desde el lado caliente al frío (Q1 > Q2).

Bajo la condición de que el fluido caloportador alcance la temperatura fijada, se activan los circuitos secundarios del sistema de calefacción. Los flujos del fluido caloportador del circuito principal y de los secundarios se igualan. La flecha hidráulica en tales condiciones funciona solo como filtro y purgador de aire (Q1 = Q2).

Diagrama funcional del funcionamiento del separador hidráulico clásico para tres modos diferentes de funcionamiento de la caldera. El diagrama muestra claramente la distribución de los flujos térmicos para cada modo de funcionamiento del equipo de caldera.

Si alguna parte (por ejemplo, el circuito de suelo radiante) del sistema de calefacción alcanza el punto de calentamiento establecido, la extracción de fluido caloportador por el circuito secundario se detiene temporalmente. La bomba de circulación se desconecta mediante la automatización, y el flujo de agua se dirige a través del separador hidráulico desde el lado frío al caliente (Q1 < Q2).

Parámetros de cálculo del separador hidráulico

El principal parámetro de referencia para el cálculo es la velocidad del fluido caloportador en la sección de movimiento vertical dentro del separador hidráulico. Normalmente, el valor recomendado no supera los 0,1 m/s, en cualquiera de las dos condiciones (Q1 = Q2 o Q1 < Q2).

El bajo valor de velocidad se debe a conclusiones bastante razonables. A esta velocidad, los residuos presentes en el flujo de agua (lodos, arena, caliza, etc.) logran depositarse en el fondo de la tubería del separador hidráulico. Además, gracias a la baja velocidad, se logra formar la necesaria presión térmica.

Dos tipos estructurales de separadores hidráulicos sobre los que normalmente se realizan cálculos: 1 – por tres diámetros; 2 – por alternancia de conexiones. Independientemente de la metodología adoptada, los parámetros básicos de cálculo son siempre típicos: caudal del fluido caloportador por circuitos y parámetro de velocidad.

La baja velocidad de transferencia del fluido caloportador favorece una mejor separación del aire del agua para su posterior eliminación a través del purgador de aire del sistema hidráulico de separación. En general, el parámetro estándar se ha elegido teniendo en cuenta todos los factores significativos.

Para los cálculos se utiliza a menudo la denominada metodología de tres diámetros y tuberías alternas. Aquí el parámetro de cálculo final es el valor del diámetro del separador.

Partiendo del valor obtenido, se calculan todos los demás valores requeridos. Sin embargo, para conocer el tamaño del diámetro del hidroseparador, se necesitan los datos:

• sobre el caudal en el primer circuito (Q1);
• sobre el caudal en el circuito secundario (Q2);
• la velocidad del flujo vertical de agua a través de la aguja hidráulica (V).

En esencia, estos datos para el cálculo siempre están disponibles.

Por ejemplo, el caudal en el primer circuito es de 50 l/min (de la característica técnica de la bomba 1). El caudal en el segundo circuito es de 100 l/min (de la característica técnica de la bomba 2). El valor del diámetro de la aguja hidráulica se calcula mediante la fórmula:

Fórmula para calcular el diámetro del tubo de la aguja hidráulica en función de los parámetros de caudal del refrigerante (caudal según las características de la bomba) y la velocidad del flujo vertical

donde: Q es la diferencia de caudales Q1 y Q2; V es la velocidad del flujo vertical dentro de la aguja (0,1 m/s); π es la constante 3,14.

Por otro lado, el diámetro del separador hidráulico (nominal) se puede seleccionar utilizando la tabla de valores estándar aproximados.

El parámetro de altura para el dispositivo de separación de flujos térmicos no es crítico. De hecho, la altura del tubo se puede tomar cualquier, pero teniendo en cuenta los niveles de conexión de las tuberías de entrada/salida.

Solución esquemática para el desplazamiento de los tubos de conexión

La variante clásica del separador hidráulico supone la creación de tubos dispuestos simétricamente entre sí. Sin embargo, también se practica una variante esquemática de configuración algo diferente, donde los tubos se colocan asimétricamente. ¿Qué aporta esto?

Esquema de fabricación de un separador hidráulico en el que los tubos del circuito secundario están ligeramente desplazados con respecto a los tubos del circuito primario. Según los inventores (y demostrado por la práctica), esta variante parece más productiva en la filtración de partículas y la separación del aire.

Como muestra la aplicación práctica de esquemas asimétricos, en este caso se produce una separación del aire más eficaz, así como una mejor filtración (sedimentación) de las partículas en suspensión presentes en el refrigerante.

Número de conexiones en el separador hidráulico

La esquemática clásica determina la conexión de cuatro tuberías a la estructura del separador hidráulico. De ahí surge inevitablemente la pregunta sobre la posibilidad de aumentar el número de entradas/salidas. En principio, este enfoque constructivo no se excluye. Sin embargo, la eficiencia del esquema disminuye al aumentar el número de conexiones/derivaciones.

Consideremos una posible variante con un mayor número de tubos, a diferencia de la clásica, y realicemos un análisis del funcionamiento del sistema separador hidráulico para tales condiciones de montaje.

Esquema del separador de distribución multicanal de flujos térmicos. Esta variante permite atender sistemas de mayor volumen, pero a condición de que al aumentar el número de tuberías a más de cuatro, la eficiencia del sistema en general disminuye drásticamente.

En este caso, el flujo térmico Q1 es completamente absorbido por el flujo térmico Q2 para el estado del sistema cuando la magnitud del caudal para estos flujos es prácticamente equivalente:

Q1=Q2.

En el mismo estado del sistema, el flujo térmico Q3 en valor de temperatura es aproximadamente igual a los valores promedio de temperatura (Tmed) que fluyen por las líneas de retorno (Q6, Q7, Q8). Al mismo tiempo, se observa una diferencia insignificante de temperatura en las líneas con Q3 y Q4.

Si el flujo térmico Q1 se vuelve igual en componente térmico a Q2+Q3, se observa la distribución del gradiente térmico en la siguiente dependencia:

T1=T2, T4=T5,

mientras que

T3= T1+T5/2.

Si, por otro lado, el flujo térmico Q1 se vuelve igual a la suma de calor de todos los demás flujos Q2, Q3, Q4, en ese estado se igualan los cuatro gradientes térmicos (T1=T2=T3=T4).

Sistema separador multicanal de cuatro entradas/cuatro salidas, bastante utilizado en la práctica. Para el mantenimiento de sistemas de calefacción en viviendas particulares, esta solución es completamente satisfactoria en cuanto a parámetros tecnológicos y estabilización del funcionamiento de la caldera.

En tal situación, en sistemas multicanal (de más de cuatro) se observan los siguientes factores que afectan negativamente el funcionamiento del dispositivo en general:

• se reduce la convección natural dentro del separador hidráulico;
• disminuye el efecto de mezcla natural entre el flujo de ida y el de retorno;
• la eficiencia general del sistema tiende a cero.

Resulta que la desviación del esquema clásico con el aumento del número de tuberías de derivación prácticamente anula por completo la propiedad funcional que debe tener un separador hidráulico.

Separador hidráulico sin filtro

La construcción del separador donde se excluye la presencia de las funciones de separador de aire y filtro sedimentador también se aleja un poco del estándar aceptado. Sin embargo, con esta construcción se pueden obtener dos flujos con diferentes velocidades de movimiento (circuitos dinámicamente independientes).

Solución constructiva no estándar para la fabricación del separador hidráulico. Se diferencia del clásico en que aquí no hay funciones de filtrado y purga de aire. Además, la distribución de los flujos térmicos tiene un esquema de transporte perpendicular, logrando así un desacoplamiento de velocidad.

Por ejemplo, existe un flujo térmico del circuito de la caldera y un flujo térmico del circuito de los dispositivos de calefacción (radiadores). Con la construcción no estándar, donde las direcciones de los flujos son perpendiculares, la velocidad del flujo del circuito secundario con los dispositivos de calefacción aumenta significativamente.

A lo largo del circuito de la caldera, por el contrario, el movimiento se ralentiza. Sin embargo, esto es una visión puramente teórica. En la práctica, es necesario probarlo en condiciones específicas.

¿Para qué sirve el separador hidráulico?

La necesidad de utilizar el diseño clásico del separador hidráulico es evidente. Además, en sistemas con calderas, la incorporación de este elemento se convierte en una acción obligatoria.

La instalación de una flecha hidráulica en el sistema servido por la caldera garantiza la estabilidad de los caudales (flujo del fluido caloportador). Como resultado, se elimina por completo el riesgo de golpes de ariete y saltos de temperatura.

Ejemplos de separadores hidráulicos en una ejecución clásica simple basada en tuberías de plástico. Ahora se pueden encontrar este tipo de construcciones incluso más a menudo que las metálicas. La eficacia de funcionamiento es prácticamente la misma que la de las metálicas, pero con el ahorro en el dispositivo y en su integración al sistema.

Para cualquier sistema de calefacción por agua convencional, construido sin separador hidráulico, la desconexión de algunas líneas inevitablemente va acompañada de un aumento brusco de la temperatura del circuito de la caldera debido al bajo caudal. Al mismo tiempo, se produce el retorno de un flujo de retorno fuertemente enfriado.

Aparece el riesgo de formación de golpes de ariete. Estos fenómenos conllevan una rápida avería de la caldera y reducen significativamente la vida útil del equipo.

Para sistemas domésticos, en la mayoría de los casos, las construcciones de plástico son adecuadas. Esta opción de uso se considera más económica en cuanto a la instalación.

Además, el uso de racores permite realizar el montaje de sistemas de tuberías de polímero y la conexión de flechas hidráulicas de plástico sin soldadura. Desde el punto de vista del mantenimiento, estas soluciones también son bienvenidas, ya que el separador hidráulico instalado en los racores se puede desmontar fácilmente en cualquier momento.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Video sobre la aplicación práctica: cuándo surge la necesidad de instalar un separador hidráulico y cuándo no es necesario.

La importancia del separador hidráulico en la distribución de flujos térmicos es difícil de sobreestimar. Es un equipo realmente necesario que debe instalarse en cada sistema de calefacción individual y de ACS.

Lo principal es calcular, diseñar y fabricar correctamente el dispositivo: el separador hidráulico. Es precisamente el cálculo preciso lo que permite lograr el máximo rendimiento del dispositivo.

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