Las calderas son esenciales en aplicaciones de calefacción residenciales o industriales. Sin embargo, debido al flujo bifásico o al vapor/agua, pueden producir ruidos fuertes y vibraciones en el sistema. A veces, el radiador más alejado de la caldera puede necesitar un mayor caudal de agua caliente para cumplir con los requisitos del usuario. Ahí es donde entran los separadores hidráulicos. Permiten que las calderas operen a una potencia y caudal específicos, ajustándose para mantener una diferencia de temperatura fija entre los puertos fríos y calientes. Esto conduce a una calefacción uniforme y un flujo de agua más suave.
Esta guía completa sobre separadores hidráulicos detallará cómo funcionan, sus ventajas, accesorios, tipos y tamaños. También abordará los aspectos de mantenimiento del separador hidráulico para que los usuarios puedan mantener su eficiencia durante la operación. Comencemos con una breve descripción general de los separadores hidráulicos.
1. Descripción general y principios de funcionamiento de los separadores hidráulicos
La mayoría de los sistemas domésticos funcionarán bien sin separadores hidráulicos, pero debido al aumento de los precios de la energía, es mejor tener más control sobre los requisitos energéticos de la caldera. Los separadores hidráulicos mejoran la eficiencia y la confiabilidad de un sistema de calefacción. Saber qué son y cómo funcionan es un pilar fundamental para entender cómo mejoran la eficiencia.
¿Qué es un separador hidráulico?
Por definición, los separadores hidráulicos separan los circuitos primario y secundario para que puedan tener sus respectivos caudales. Aquí, el circuito primario se refiere al circuito de la caldera que contiene una bomba que hace circular el agua a través de la caldera y de regreso a los separadores utilizando una red de tuberías. El circuito secundario puede incluir una bomba o válvula reguladora que permite que el fluido fluya a través de la calefacción por suelo, radiadores, calentadores industriales o todos ellos.
Separador hidráulico, acumulador y cabezal de baja pérdida
Los fabricantes o industriales pueden usar indistintamente los términos separador hidráulico, acumulador y cabezal de baja pérdida. Es crucial abordar estos términos para aclarar a nuestros lectores que podemos usarlos en contextos específicos dentro del blog. Cada uno de estos dispositivos tiene características distintas. Aquí están los detalles:
- Separador hidráulico: Separa dos circuitos hidráulicos para operar de manera independiente mientras permite el intercambio de masa según sea necesario. Explicaremos su mecanismo de funcionamiento en detalle en la siguiente sección.
- Acumulador: Los acumuladores pueden aumentar la eficiencia de la caldera permitiendo que la caldera permanezca apagada por un tiempo. Almacenan algo de calor y continúan suministrando al circuito secundario cuando el requerimiento es bajo.
- Cabezal de baja pérdida: En el caso de múltiples calderas o usuarios de calor de la caldera, los cabezales de baja pérdida minimizan la caída de presión y la pérdida de calor en el sistema de distribución de agua caliente.
Podemos concluir que un solo dispositivo puede actuar como los tres si estudiamos estos tres dispositivos. Nuestra guía utilizará separadores hidráulicos y se centrará en su propósito principal. Sin embargo, mencionaremos las funciones secundarias dentro de sus funcionalidades, como actuar como un acumulador o cabezal de baja pérdida.
Mecanismos de funcionamiento y funciones de los separadores hidráulicos
Entender cómo funcionan las calderas y los componentes de calefacción es crucial para entender la función y el mecanismo de un separador hidráulico. Establecerá la base de conocimiento para comprender completamente el mecanismo e importancia del separador.
Mecanismo de funcionamiento de las calderas
Las calderas son intercambiadores de calor que añaden calor al fluido que pasa por su circuito. Pueden tener una bomba que mantiene el flujo a través de las bobinas de la caldera. Para que una caldera siga siendo eficiente, debe tener una diferencia de temperatura específica entre sus puertos calientes y fríos. Esa diferencia de temperatura (ΔT) para las calderas suele estar entre 5 y 10°C.
Cuando aumenta la demanda de calefacción, el flujo hacia los componentes que rechazan el calor, como radiadores o calefactores de suelo, aumenta. Esto hace que la temperatura del agua fría de retorno de la caldera disminuya. La caldera variará su velocidad de bombeo para ajustar la demanda y el suministro. Puede añadir más calor al sistema.
Mecanismo del separador hidráulico
Supongamos que no hay un separador hidráulico dentro del sistema de la caldera. El cambio en la velocidad de la bomba cuando la demanda aumenta o disminuye puede causar tasas de flujo variables para los usuarios, lo que puede causar calefacción desigual y, en algunos casos, ninguna calefacción para los componentes más lejanos. Los separadores hidráulicos permiten múltiples calderas y bombas en circuitos de carga primarios o secundarios. Conectan los dos circuitos y forman una unión que ayuda a separar las tasas de flujo para los circuitos primario y secundario.
Como se puede ver en el diagrama a continuación, el mecanismo de trabajo del separador hidráulico tiene tres casos que podemos discutir.
- Gpr<Gsec: Si el circuito primario (Gpr) tiene un caudal menor que el circuito secundario (Gsec), el separador hidráulico permitirá el camino para que el circuito secundario mantenga su caudal y calefacción.
- Gpr=Gsec: Esto ocurre cuando la demanda de los componentes de carga equilibra la producción de la caldera. Dado que las tasas de flujo coinciden, el separador hidráulico pasa ambos fluidos y actúa como una tubería.
- Gpr>Gsec: Si el flujo primario es mayor que el flujo secundario, la caldera recirculará parte de su flujo de regreso a la bomba para operar a su caudal deseado.
Funciones de los separadores hidráulicos
Como mencionamos anteriormente, los separadores hidráulicos pueden realizar una variedad de funciones. Pueden realizar las funciones de acumulador, separador de flujo y cabezal de baja pérdida. Aquí están sus funciones principales y secundarias:
Funciones principales
- Proporcionar caminos de flujo para las bombas primarias y secundarias para mantener sus respectivos caudales.
- Estabilizar y homogeneizar la capacidad de transferencia de calor entre cargas de calor como radiadores, calefactores de suelo o componentes de calentadores de agua domésticos.
- Asegurar que las tasas de flujo y la presión del circuito permanezcan estables sin fluctuación para prolongar la vida útil del equipo.
- Mejorar la eficiencia de todo el sistema.
Funciones secundarias
- Evita los golpes de ariete separando las partículas de aire y vapor y ralentizando el flujo.
- Permite que los sedimentos se asienten, permitiendo que el circuito elimine partículas no deseadas.
- Previene la corrosión extrayendo la corrosión
- Los separadores hidráulicos separan físicamente los circuitos primario y secundario, eliminando la interferencia y asegurando un flujo y presión estables.
- Ayuda a mantener el equilibrio térmico en diferentes zonas de temperatura, evita el desperdicio de calor y mejora la eficiencia del sistema.
- Puede hacer frente a los requisitos de presión y flujo de diferentes circuitos, reducir el desgaste de la bomba y prolongar la vida útil del equipo.
2. Ventajas y limitaciones de los separadores hidráulicos
Los separadores hidráulicos permiten múltiples ventajas en diferentes circuitos. Puede ser un circuito de caldera o de enfriamiento. Sin embargo, los circuitos de caldera son más complejos ya que pueden contener vapor, causando flujo bifásico. Vamos a sopesar los pros y los contras de usar separadores hidráulicos:
Ventajas
● Mayor estabilidad
El sistema mantiene un estado estable ya que el separador hidráulico proporciona un camino para que la bomba de la caldera y las bombas de carga mantengan sus tasas de flujo. No hay vibraciones ni puntos de presión excesivos en todo el circuito, lo que conduce a una mejor estabilidad.
● Aumento de la vida útil del equipo
Su vida útil aumenta ya que las bombas operan sin fluctuaciones significativas de presión y caudal. La fatiga cíclica de los componentes del sistema también se reduce, prolongando la vida útil del equipo.
● Eficiencia energética
Los separadores hidráulicos permiten el uso de más de una bomba en un circuito de caldera, lo que resulta en eficiencia energética, conocida como la regla del cuadrado en ingeniería. Dos bombas consumen menos energía que una sola bomba.
Limitaciones
● Alto costo inicial
Utilizar separadores hidráulicos en su circuito puede llevar a costos iniciales más altos. Los separadores hidráulicos pueden volverse costosos a escala industrial y generalmente tienen altos costos de transporte.
● Ocupar espacio
Los separadores hidráulicos que vienen con la característica de tanque de acumulación pueden ser significativos. Pueden ser tan grandes que ocupen mucho espacio en algunos sistemas pequeños.
3. Componentes de los separadores hidráulicos
Ahora que sabemos qué es un separador hidráulico y cómo funciona, podemos pasar a entender los componentes de los separadores hidráulicos. El conocimiento de los componentes nos ayudará a encontrar el separador hidráulico adecuado para nuestra aplicación.
● Ventilación automática de aire de alta descarga con verificación de servicio
El componente elimina el aire y el vapor del circuito si están presentes. El agua que pasa a través de los puertos de conexión se abre en la sección con deflectores. Estos deflectores interrumpen el flujo, haciendo que el aire y el vapor fluyan hacia la parte superior. La acumulación activa el mecanismo de alivio y el vapor/aire se ventila hacia el exterior. También hay un botón de verificación para liberar el mecanismo.
● Pozo de bolsillo de temperatura
Los separadores hidráulicos también pueden contar con pozos de temperatura que miden la temperatura del agua que fluye dentro y fuera del separador. Estos pozos proporcionan información sobre la regulación de la temperatura del sistema y la eficiencia.
● Válvula de drenaje con tapa final
Como se mencionó anteriormente en el blog, los sedimentos en el agua del circuito pueden asentarse en el fondo del separador hidráulico. Una válvula de drenaje puede eliminar estos sedimentos y partículas de corrosión mediante un simple mecanismo de apertura y cierre. También puede venir con una tapa final para añadir una capa de protección contra la mala operación.
● Kit de chaqueta de aislamiento
Como todo el conjunto de separadores hidráulicos suele ser de metal, es susceptible a la transferencia de calor, lo que puede reducir la eficiencia del sistema. Algunos fabricantes, como Alsavo, proporcionan kits de chaquetas de aislamiento con un separador hidráulico para una apariencia más homogeneizada y un ajuste perfecto para un sistema de alta eficiencia.
● Puertos de conexión
dependiendo de la escala del sistema en el que conectará su separador hidráulico, puede contar con una conexión de caldera única y múltiples cargas. El conector puede ser de DN estándar (Diámetro Nominal) o NPS (Tamaño Nominal de Tubería).
4. Cómo elegir el separador hidráulico adecuado
Seleccionar un separador hidráulico adecuado para su sistema asegura una operación adecuada. Aquí hay algunos factores a considerar al comprar un separador hidráulico:
Tamaño y capacidad del sistema
El tamaño y la capacidad del sistema son lo primero a considerar al seleccionar el separador hidráulico. Considere el diámetro de su tubería, las tasas de flujo y los requisitos de conexión. Para determinar el tamaño correcto del separador hidráulico, debe hacer lo siguiente:
- Caudal máximo: Determine la tasa de flujo máximo en su circuito. La tasa de flujo máximo probablemente será la tasa de flujo de su bomba de caldera. Sin embargo, cada sistema puede ser único, así que anote la tasa de flujo más alta de su sistema. Use eso para buscar un separador hidráulico.
- Tiempo de residencia: Es el tiempo que el fluido permanecerá dentro del separador hidráulico
Tiempo de residencia = Volumen del separador / Tasa de flujo
- Volumen del separador: Podemos reorganizar la fórmula del tiempo de residencia para determinar el volumen del separador.
Tipo de sistema
Hay muchos tipos de separadores hidráulicos. Algunos pueden proporcionar un camino para tasas de flujo variables entre circuitos primario y secundario, mientras que otros pueden ofrecer separación de vapor/aire utilizando placas deflectoras. Observe su circuito y vea si su sistema requiere desgasificación o descontaminación.
Requisitos funcionales y aplicaciones
Los separadores hidráulicos proporcionan varias funciones adicionales que no son su propósito principal. Pueden proporcionar estabilización de presión, alivio, monitoreo, medidores de temperatura, drenaje y funciones de ventilación. Los separadores hidráulicos se utilizan ampliamente en sistemas de HVAC, calefacción e hidráulicos industriales para asegurar la estabilidad. Características como actuar como tanques de acumulación y cabezales de baja pérdida son adiciones de valor.
5. Mantenimiento de los separadores hidráulicos
Los separadores hidráulicos son generalmente componentes libres de mantenimiento. Sin embargo, los usuarios pueden mejorar su eficiencia realizando inspecciones semanales o diarias en base a la tasa de flujo y los requisitos esperados de sedimentación o ventilación. Aquí hay cosas que verificar durante su inspección regular.
Inspección y limpieza regular
- Remoción de aislamiento: Debido a que los separadores hidráulicos están dentro del aislamiento, pueden ocurrir fugas y dañar el material. Por lo tanto, la inspección visual regular después de la remoción del aislamiento es esencial.
- Acumulación de suciedad: Dependiendo del tamaño del sistema, la suciedad puede acumularse en el puerto de drenaje. Drenar regularmente el puerto mantiene el sistema eficiente y reduce las posibilidades de corrosión o obstrucción.
- Reemplazo del filtro: En algunos casos, el separador hidráulico tendrá una función de filtrado. El elemento del filtro debe ser reemplazado o limpiado regularmente para mantener la eficiencia.
Calibración y ajuste del sistema
- Calibración de medidores: Si el separador hidráulico cuenta con medidores de temperatura, entonces la calibración anual de estos medidores puede resultar en lecturas precisas.
- Calibración del flujo: Calibrar regularmente el flujo del sistema y el equilibrio para asegurar el rendimiento a largo plazo del separador hidráulico y la estabilidad del sistema.
Conclusión
Como parte esencial del sistema hidráulico, el separador hidráulico puede gestionar eficazmente los circuitos primario y secundario para mantener el sistema funcionando de manera estable. Al optimizar el flujo de fluidos y la transferencia de calor, mejora la eficiencia del sistema y prolonga la vida útil del equipo. Aunque el costo de instalación es alto para sistemas grandes, especialmente HVAC y aplicaciones industriales, sus beneficios superan con creces la inversión. Elegir el separador hidráulico adecuado, combinado con un mantenimiento y cuidado regulares, puede asegurar la operación eficiente a largo plazo del sistema. La plataforma Alsavo ofrece una amplia gama de separadores hidráulicos para satisfacer las necesidades de diferentes sistemas y ayudar a lograr un rendimiento óptimo en todo tipo de proyectos.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué tamaño de separador hidráulico es mejor para mi sistema?
El tamaño del separador hidráulico depende del caudal máximo en su sistema. Los fabricantes los dimensionan en base al caudal máximo. Sin embargo, si su separador hidráulico también tiene una función de separación de sedimentos, use la fórmula "Tiempo de residencia = Volumen del separador / Tasa de flujo" para encontrar el volumen del separador.
- ¿Cómo puede un separador hidráulico mejorar la eficiencia de HVAC?
En aplicaciones de calefacción, los separadores hidráulicos pueden instalar múltiples bombas para cargas y múltiples bombas para calderas. Colectivamente, requieren menos energía que una sola bomba. También permiten un mejor control sobre las cargas como radiadores o calefacción por suelo sin fluctuaciones de presión o temperatura no deseadas.
- ¿Son necesarios los separadores hidráulicos para sistemas de calefacción a pequeña escala?
Los separadores hidráulicos son igualmente beneficiosos en sistemas de calefacción a gran o pequeña escala. En sistemas de calefacción a pequeña escala, pueden proporcionar una operación eficiente y sin ruido con mayor eficiencia. Esto conduce a una calefacción o enfriamiento uniforme en todos los dispositivos y mejora la eficiencia del sistema.
- ¿Con qué frecuencia debo limpiar o reemplazar los filtros en un separador hidráulico?
Dependiendo del tipo de filtros que tenga en su separador hidráulico, las frecuencias de reemplazo y limpieza pueden variar. Típicamente, inspeccionar y limpiar los filtros mensualmente es ideal para una operación eficiente. Sin embargo, la estrategia de reemplazo puede ser cada 6 meses a 1 año para filtros de sedimentos y filtros de carbono. Para filtros mecánicos, puede ser una vez cada 1-2 años.
- ¿Cuáles son las principales diferencias entre los separadores hidráulicos de eliminación de aire y suciedad?
Cuando se instalan verticalmente en la parte superior del separador hidráulico, el separador hidráulico de aire cuenta con una válvula de ventilación que se activa cuando hay suficiente aire o vapor acumulado en la parte superior. Los separadores hidráulicos de eliminación de suciedad tienen válvulas de drenaje que eliminan la suciedad y los sedimentos que se acumulan en el fondo.