Chimenea para sala de calderas: cálculo de altura y sección según normas técnicas.
La función principal que debe realizar una chimenea de sala de calderas es evacuar los gases de combustión de las calderas a la atmósfera y dispersarlos en este espacio.También tiene una función adicional: deben crear un tiro natural resultante de la diferencia entre la temperatura dentro del hogar y la exterior.
Le presentaremos los tipos de canales de humo, cuya clasificación se basa en las características de diseño y el material de las tuberías. Aquí aprenderá cómo calcular parámetros geométricos usando un ejemplo específico. Nuestros consejos le ayudarán a decidir el tipo y tamaño de la chimenea.
El contenido del artículo:
tipos de chimeneas
En las grandes salas de calderas, el tiro natural no puede garantizar una combustión completa, aquí se crea a la fuerza con la ayuda de bombas de humo. El proceso de combustión y la descarga de sus productos a la atmósfera deben causar el menor daño posible al medio ambiente y no causar situaciones de emergencia como resultado de la aparición de presión en los hornos que exceda la norma.
estructuralmente tuberías para salas de calderas Se diferencian mucho entre sí tanto en el tipo de estructura portante como en el material de fabricación. Según la primera característica, se distinguen varios tipos de tuberías.
Tubos de caldera autoportantes
Estas estructuras verticales pueden ser de uno o varios barriles. Eliminan los productos de combustión de calderas y calderas.
Se utilizan independientemente del tipo de combustible, pero sujeto a ciertos requisitos:
- La temperatura de los gases de combustión que pasan a través de tuberías autoportantes no debe exceder los 350 grados C.
- Los productos de combustión no deben ser químicamente agresivos.
- La carga de nieve óptima para estructuras autoportantes es de 250 kg por kW. cm, viento - 30 kg por kW. cm en condiciones de viento región II.
Se instala una tubería autoportante en el techo y se fija dentro del edificio. Sus características de diseño brindan la posibilidad de transporte e instalación en sitio, porque Consta de secciones separadas, que son de 3 capas. tubos sándwich. La estructura se fija a la cimentación mediante anclajes.
Dentro de la tubería hay una capa de acero duradero que no se ve afectada por las sustancias liberadas durante la combustión. La capa exterior protege contra las influencias atmosféricas.
Los parámetros de las estructuras de humo deben cumplir con los requisitos establecidos en los documentos reglamentarios. Su cálculo se basa en factores como el número de calderas, potencia, tipo de combustible. Se deben tener en cuenta las normas sobre emisiones al aire. En algunos casos, las chimeneas están equipadas con una plataforma, una escalera, una trampilla de inspección y una valla luminosa.
Estructuras de columna de humo.
Una tubería de este tipo consta de una carcasa exterior de acero con alto contenido de carbono y barriles interiores de diferentes diámetros de acero inoxidable insertados en ella para eliminar los gases. La estructura se fija a una cesta de anclaje vertida en los cimientos. Puede haber 1 o varios. Para evitar que la condensación se deposite en el interior, se utiliza aislamiento térmico.
La ventaja de esta solución de diseño es una larga vida útil y la posibilidad de conectar varias calderas. El espesor y la calidad del acero se eligen en función de la temperatura y la agresividad de los productos de combustión.
El diámetro de cada tronco puede alcanzar el metro y medio, y si se prevé utilizar un conducto de gas común para varias calderas, entonces se requiere un diámetro de unos 3 m. Para evitar la aparición de condensación, los troncos se cubren con aislante térmico. aislamiento.
Características de las chimeneas cercanas y de fachada.
Instale chimeneas cerca de fachada para salas de calderas adosadas a la casa o empotradas. Se fijan a la pared del edificio mediante escuadras. Los componentes de una chimenea son unos troncos y un marco o anclajes.
El cañón tiene 3 capas: interior de acero inoxidable, luego aislamiento térmico y acero galvanizado. Los tubos están destinados a salas de calderas donde las calderas funcionan con gas o combustible líquido.
Los tubos próximos a la fachada y de fachada transmiten la carga de peso a través de una base inferior adicional y la carga del viento a través de elementos de fijación aislantes de vibraciones. Este tipo de chimenea, en cuanto a costes de material, es la más económica debido a la falta de estructuras de soporte y una base sólida.
El sistema modular utilizado para crear los barriles de escape de gases permite una fácil sustitución de las piezas dañadas.
Tuberías tipo truss
Esta estructura metálica consta de tubos montados sobre una fuerte columna autoportante tipo cercha. La armadura, a su vez, está asegurada en una canasta de anclaje fundida en la base.Las chimeneas tipo truss son adecuadas para su uso en regiones con condiciones sismológicas peligrosas.
Para evitar la corrosión, las salidas de gas se recubren con una imprimación y luego se pintan.
El cañón de escape de gases se compone de módulos que constan de 3 capas:
- internos, en contacto directo con los productos de combustión y fabricados con grados especiales de acero inoxidable;
- 5-6 cm de espesor, actuando como aislamiento térmico;
- externo, protegiendo la capa termoaislante de las influencias ambientales negativas.
Para el revestimiento anticorrosión se utilizan pinturas que contienen un alto porcentaje de zinc. En algunas estructuras, pueden haber escaleras y plataformas dentro de la columna para facilitar el mantenimiento. Los elementos estructurales de este tipo de tuberías son relativamente ligeros, lo que facilita tanto su transporte como su instalación.
Tubos de mástil de chimenea
El elemento central del tubo del mástil es la torre de soporte: tres o cuatro mástiles a los que se unen las chimeneas. Todos los componentes estructurales se ensamblan sobre una base en forma de plataforma de concreto, comenzando desde abajo y moviéndose gradualmente hacia arriba. Al realizar el montaje, utilice una conexión remachada o utilice tornillos autorroscantes.
Normalmente, los elementos individuales se transportan al lugar de instalación y se montan como un juego de construcción. Este proceso lleva muy poco tiempo: unas pocas horas.La altura de la chimenea puede alcanzar un máximo de 28,5 m. La estabilidad de la chimenea se consigue mediante nervaduras de refuerzo, tirantes de acero con una sección transversal de 1,6 a 2 cm, que compensan la acción de las fuerzas transversales.
Materiales para la construcción de tuberías de calderas.
Los sistemas de extracción de humos se construyen con diferentes materiales: ladrillo, acero, cerámica y polímero. Chimenea de ladrillo, construido sobre estufas y chimeneas de ladrillo, se caracteriza por una buena resistencia mecánica, una excelente capacidad calorífica y un grado bastante alto de seguridad contra incendios.
Estas estructuras también tienen muchas desventajas, por lo que en la construcción moderna las chimeneas completamente de ladrillo son cada vez menos comunes. Los documentos reglamentarios limitan la altura de las tuberías de ladrillo a 30-70 my el diámetro a 0,6-8 m.
En las paredes de una tubería de ladrillo con muchas protuberancias y depresiones en el interior, siempre se deposita una gran cantidad de condensado y hollín que contiene óxidos de azufre. Este último, al reaccionar con el agua, forma ácidos que destruyen activamente los ladrillos.
Las irregularidades de la superficie y el estrechamiento del paso como resultado del aumento gradual de la capa de hollín provocan una disminución en la velocidad del paso del humo y empuje basculante en el conducto de salida de humos.
Más resistente a la condensación y factores externos. chimeneas de ceramica, tienen una alta resistencia al fuego. Pero este sistema tiene mucho peso, porque En el interior hay varillas de metal que le dan resistencia adicional. Esto implica el requisito de la instalación obligatoria de una base y soportes separados, lo que aumenta la complejidad y el costo de la instalación.
Los tubos de chimenea de polímero son apropiados en salas de calderas con una temperatura máxima de 250 grados C durante la instalación. géiseres. Son livianos, flexibles y duraderos, pero solo son relevantes para equipos de gas.
Un dispositivo para eliminar humo del acero inoxidable es un conjunto que consta de elementos de chimenea individuales conectados entre sí mediante piezas perfiladas: tes, tubos, deflectores, tees, codos. Chimeneas de acero Equipado principalmente con calderas de gas.
La instalación de dicha chimenea se puede realizar después de la construcción del edificio en poco tiempo. Existe una amplia gama de piezas de conexión, por lo que a la tubería se le puede dar cualquier configuración.
Una chimenea modular se puede desmontar fácilmente y trasladar a otro lugar. La ventaja del diseño es su bajo peso, que permite prescindir de una base, resistencia a la humedad, ligera deposición de hollín en las paredes internas y alta velocidad de paso de los gases de combustión.
Las normas sanitarias permiten el uso de tuberías de acero para la construcción de chimeneas con una altura de más de 30 m, una excepción solo es posible si se consumen menos de 5 toneladas de combustible poliash por día. La razón es que la vida útil de tales estructuras es de 10 años y si se utiliza combustible con alto contenido de azufre, se reduce significativamente.
Las variedades cuyo cuerpo está hecho de aleación de acero incluyen chimeneas coaxiales, cuyos detalles de diseño y características operativas le recomendamos que se familiarice.
Cálculo de parámetros de tubería.
Para determinar la altura y el diámetro de la chimenea de la sala de calderas, es necesario realizar un cálculo de diseño aerodinámico. El diámetro depende de la potencia de cada caldera o de toda la sala de calderas.
La combustión del combustible y la eliminación eficaz del humo están muy influenciadas por el tiro, cuya creación requiere un suministro constante de aire a la cámara de combustión.Esto se consigue tanto de forma natural como artificial.
Si se integra una bomba de humo en el sistema, la altura de la tubería no es crítica. Este parámetro es importante principalmente para contabilizar las emisiones nocivas a la atmósfera. Para determinar la gravedad, se requiere un cálculo obligatorio tanto de la altura como de la sección transversal de la tubería.
Determinación de la altura de la tubería con tiro natural.
Para crear un tiro natural normal, es necesario cumplir con la condición de igualdad de la fuerza de tiro y la resistencia total que se produce durante el movimiento de los gases de combustión a través de los canales de gas de la caldera y el tracto de la chimenea. Es posible proporcionar dicha tracción siempre que haya poca resistencia al gas y cuando la altura de la tubería no supere los 60 m.
Los documentos reglamentarios que regulan la ubicación y el cálculo de la altura de las chimeneas son SNiP41-01-2003, SP 7.13130.2009.
También debes tener en cuenta las recomendaciones recogidas en las instrucciones de la caldera, en particular sus siguientes requisitos:
- La distancia desde la rejilla hasta la parte superior del tubo no debe ser inferior a 5 m.
- Por encima de un tejado plano sin valla alta, la tubería debe elevarse al menos 0,5 m.
- En relación con la altura de la cerca y la cumbrera del techo, la tubería debe exceder su nivel en 0,5 m si se encuentra a menos de un metro y medio de estas estructuras.
- Cuando la chimenea se retira del parapeto y la cumbrera a una distancia de 1,5 a 3 m, su punto superior debe coincidir con su nivel en altura.
Si la altura de la chimenea se calcula incorrectamente, pueden surgir muchos problemas, el principal de ellos son las turbulencias del aire o una zona de presión del viento. El fuego en el horno se puede extinguir con fuertes ráfagas de viento.
El cumplimiento de las normas de seguridad contra incendios también es un requisito previo al diseñar la tubería de una sala de calderas. Es necesario aislar las estructuras adyacentes a la tubería.
Para evitar que las chispas de los orificios de ventilación de la tubería caigan al techo cuando está hecha de material inflamable, la altura de la estructura se aumenta en 0,5 m. La tubería de la sala de calderas debe estar al menos a 2 m de edificios altos y árboles. .
Dado que el tiro óptimo se produce debido a la diferencia entre la densidad total de los gases que escapan a la chimenea y una columna de aire exterior de igual altura, el cálculo se realiza mediante la fórmula:
El cálculo es bastante complicado, es mejor si lo realizan especialistas. Parámetros que afectan la altura de la tubería:
- El coeficiente A caracteriza la situación meteorológica en la región.
- Mi es la masa de gases de combustión que pasan por la tubería por unidad de tiempo.
- F es la velocidad a la que se sedimentan las partículas formadas durante la combustión.
- Spdki y Cfi son indicadores de la concentración de diversas sustancias en los gases de combustión.
- V – volumen de gas.
- T es la diferencia entre las temperaturas del aire que entra y sale de la tubería.
Si sala de calderas Ubicado en una ampliación de la casa, esta última se convierte en un estorbo. En este caso, es necesario que la cabeza de la tubería esté ubicada por encima de la zona de soporte del viento.De lo contrario, el equipo de calefacción no podrá funcionar normalmente.
Para determinar cuánto se debe aumentar la tubería, busque el punto más alto de la casa y dibuje una línea recta a través de él, formando un ángulo de 45 grados con la superficie de la tierra. El espacio debajo de esta línea es la zona de apoyo del viento y la chimenea debe ubicarse encima de ella.
Cálculo del diámetro de la tubería.
Para calcular el diámetro de la tubería existe una fórmula:
S = metro/(ρr x w),
Aquí m es el consumo de combustible durante 1 hora, w es la velocidad de los gases de combustión, ρr es la densidad del aire en condiciones de funcionamiento, está determinada por la fórmula: pв = pBну x 273⁄273 x tос. Donde to es la temperatura del aire exterior, pBnu es la densidad del aire en condiciones normales = 1,2932 kg/m3.
Deje que se quemen 50 kg de combustible sólido en la caldera por hora, luego por segundo será 50: 3600 = 0,013888 kg. La velocidad de movimiento de los gases de combustión es de 2 m por segundo. A una temperatura del aire de -4 grados C, la densidad del aire es de 0,6881 kg por 1 metro cúbico. m Entonces S = 0,013888: (0,6881 x 2) = 0,010092 cuadrados. m = 92 metros cuadrados cm Para una sección circular d = √4 x 92: 3,14 = 10,83 cm.
El diámetro de una chimenea cilíndrica se puede calcular mediante otra fórmula: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), donde r es un coeficiente que depende del tipo de combustible utilizado. Para el carbón es 0,03, para la leña 0,045, para el gas 0,016 y para el combustible líquido - 0,024.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Un vídeo con una demostración visual del proceso de cálculo de la altura del canal de humo para la disposición de una sala de calderas:
Aquí el autor del video compartió su propia experiencia en el cálculo e instalación de una chimenea para una caldera de combustible sólido:
Otro vídeo para ayudar al diseñador aficionado:
No es tan importante qué combustible utilizan las calderas de la sala de calderas. En cualquier caso, no puede prescindir de un sistema de extracción de gases de combustión. Los principales requisitos que deben cumplir los tubos de chimenea son un buen tiro y rendimiento y el cumplimiento de las normas medioambientales.
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Instalamos una chimenea en una casa de baños. El techo es plano, no hay vallas cercanas. Se consideró que la altura de la tubería sobre el techo era de al menos 0,5 m, lo que corresponde a SNiP, pero en realidad resultó que esta altura no era suficiente y el tiro era pobre. Ampliamos la chimenea otros 1,5 m y obtuvimos un tiro maravilloso. Por lo tanto, los SNiP dan las dimensiones mínimas permitidas, que deben observarse, y las características técnicas deben mejorarse localmente.
Por supuesto, son extrañas las reglas que usaste. ¿Por qué confiar en ellos si es posible que no generen dinero y si la próxima vez será más de lo necesario? Por lo tanto, le aconsejo que lo averigüe usted mismo; en mi opinión, aquí todo está muy claro. O luego contacta al maestro. Preferiblemente bueno. Porque esas reglas son como jugar a la ruleta.
En este caso, el tubo de la chimenea se instaló “mediante un pinchazo científico”, como suele decirse. Leímos que según SNiP la altura mínima debe ser de 0,5 m, lo tomamos literalmente e hicimos la altura de la tubería a medio metro.Y como este es el indicador mínimo, que no es obligatorio, la chimenea simplemente no puede estar más baja.
Es bueno que fuera posible aumentar la tubería a la altura requerida, pero en el futuro es mejor hacer un proyecto preliminar que tenga en cuenta todos los parámetros técnicos. De esta forma calculará la longitud requerida de la chimenea y no necesitará rehacer nada.
Es bueno que la sala de calderas esté hecha para una casa privada, en cuyo caso no será difícil corregir los defectos. Pero si hicieras cálculos basados en la gravedad, sabrías qué altura debe tener la chimenea y su diseño.