Tudo sobre o tanque de expansão para aquecimento: por que é necessário, como funciona e como escolher um?

As propriedades físicas de qualquer líquido de refrigeração praticamente não permitem a compressão desse fluido. Uma tentativa de reduzir um pouco o volume imediatamente leva a um salto acentuado na pressão. A água quando aquecida na faixa de 20 a 90 ° C se expande. Essas duas propriedades explicam a necessidade de alocar espaço no sistema para a "respiração" do líquido de refrigeração. Um tanque de expansão para aquecimento deve garantir a operação segura e confiável de todos os componentes do sistema de engenharia. A duração de sua operação depende diretamente se esse elemento foi selecionado e instalado corretamente.

Tipos de tanques de expansão e sua comparação

Diferentes tipos de tanques de expansão podem ser instalados no sistema de aquecimento.

Tanques de expansão abertos

Um tanque de expansão aberto é um tanque aberto no qual você sempre pode adicionar líquido de arrefecimento. Não requer válvulas de fechamento, uma membrana de borracha e até uma tampa. Geralmente, um balde através dele é "adicionado" ao líquido do sistema, embora uma torneira de água sempre possa ser removida do suprimento de água.

O esquema de operação do tanque de expansão aberto: 1 - corpo do tanque; 2 - nível de refrigerante; 3 - tubo frio; 4 - tubo de descarga; 5 - válvula de segurança; 6 - válvula de corte; 7 - o ponto mais alto do tubo ascendente do sistema de aquecimento

Algumas décadas atrás, foram amplamente utilizadas estruturas abertas que compensavam a mudança no volume do líquido refrigerante durante a circulação natural. No entanto, o monitoramento constante do nível do líquido e sua “reposição”, dificuldades de instalação no ponto superior, baixa pressão e corrosão do metal - tudo isso levou à tona de sistemas e tanques fechados.

Tanques de expansão fechados

Onde o líquido de refrigeração circula a bomba, eles instalam tanques fechados, popularmente chamados de "diafragmas". É sempre pintada de vermelho e é estruturalmente um contêiner selado, dentro do qual está instalada uma membrana feita de borracha técnica. Mas nos tanques azuis, projetados para organizar o suprimento de água quente, é usada borracha de alimentos menos durável.

O dispositivo do tanque de expansão é o seguinte: uma membrana na forma de um cilindro ou diafragma divide o tanque em duas partes. Gás inerte ou ar são bombeados para a parte superior e a outra é desviada para excesso de líquido de refrigeração.

Com o aumento da temperatura, o excesso de líquido de expansão entra no tanque. O volume da câmara de ar diminui e a pressão na câmara com ar aumenta, o que apenas compensa a alta pressão no sistema. Com uma diminuição na temperatura do líquido de refrigeração, o processo inverso é observado.

Na baixa temperatura do líquido de arrefecimento, o tanque está vazio e a membrana ocupa o volume máximo possível. Quando aquecido, o líquido começa a preencher a cavidade entre a membrana e o recipiente. Ao esfriar, o líquido de refrigeração é comprimido e o ar começa a empurrá-lo de volta para o sistema

O tanque de expansão fechado do sistema de aquecimento pode ser equipado com uma membrana de flange (substituível) ou não substituível. A única vantagem, porém significativa, desse último tipo é o baixo custo. A membrana é rigidamente fixada em torno do perímetro do tanque. Na posição inicial, é pressionado contra a superfície interna, o mesmo que o gás preencheu todo o volume. Quando o líquido de refrigeração entra no tanque de expansão, a pressão aumenta.

Quando o sistema inicia, existe o risco de ruptura do diafragma, pois a pressão aumenta acentuadamente. No futuro, as leituras no manômetro mudam sem problemas e não representam uma ameaça à sua integridade.

Para evitar danos à membrana, em sistemas de aquecimento de grande volume, a pressão é monitorada usando um manômetro. A válvula de segurança é ativada quando o valor máximo permitido é atingido. Geralmente varia de três a meio a quatro bares para casas particulares.

Um tanque de expansão de flange tem várias vantagens:

• a pressão máxima é muito maior do que a de um tanque com um diafragma não substituível;
• a capacidade de substituir a membrana através do flange em caso de dano ou ruptura;
• execução vertical e horizontal de produtos. Isso oferece mais opções de acomodação em uma pequena sala de aquecimento.

Qual é o melhor - aberto ou fechado?

Se compararmos as propriedades operacionais e de consumo dos tipos aberto e fechado, os seguintes fatos comprovam a vantagem deste último:

• um tanque fechado não é carregado, portanto, é possível economizar em tubos;
• tanques de membrana ter dimensões gerais menores;
• o líquido de arrefecimento do tanque fechado não evapora exatamente;
• perda de calor mínima, em contraste com o tanque aberto que requer isolamento adicional;
• proteção dos tubos e componentes do sistema contra a corrosão, garantida pela falta de ar;
• um sistema de aquecimento fechado pode operar em alta pressão, enquanto um aberto apenas em baixa;
• custos operacionais do diafragma inferiores aos de um tanque aberto.

Mas, em geral, é claro - você escolhe.

Antes de comprar um tanque de expansão para aquecimento, é necessário executar os cálculos apropriados e projetar o sistema. Leia mais sobre isso em nosso material:https://aquatech.tomathouse.com/pt/voprosy/kak-rasschitat-rasshiritelniy-bak.html.

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Coloque o tanque no sistema de aquecimento

O tanque de expansão do sistema de aquecimento serve para compensar o aumento no volume do líquido de arrefecimento como resultado de sua expansão térmica.

E se circulação forçada, a pressão no ponto de conexão da unidade é igual à pressão estática nesse ponto a uma determinada temperatura (a regra só se aplica se houver um diafragma). Se assumirmos que isso mudará, acontece que em um sistema fechado, uma certa quantidade de líquido apareceu do nada. Isso é contrário ao senso comum.

Um sistema de aquecimento aberto é um recipiente que possui uma forma complexa com fluxos de convecção específicos. Todos os nós devem fornecer um rápido aumento do líquido de refrigeração quente até o ponto superior e sua gravidade subsequente drenar através de radiadores para a caldeira. Além disso, o design do sistema não deve impedir o movimento de bolhas de ar.

Nesse caso, o tanque de expansão está sempre localizado no ponto mais alto do sistema de um tubo, geralmente na parte superior do coletor de reforço.

Cálculo do volume do aquecimento do tanque de expansão

Existem várias maneiras de determinar o volume do tanque de expansão. Em primeiro lugar, vários escritórios de design e especialistas individuais oferecem seus serviços.Eles usam software especial para cálculos, o que permite que você leve em consideração todos os fatores que afetam a operação estável do sistema de aquecimento. Isso é tudo, é claro, maravilhoso, mas caro.

Em segundo lugar, você pode calcular independentemente o tanque de expansão de acordo com as fórmulas. Aqui você precisa ser especialmente cuidadoso, pois o menor erro pode distorcer significativamente os valores finais. Tudo é levado em consideração: o volume do sistema de aquecimento, o tipo de refrigerante e suas características físicas, a pressão.

Em terceiro lugar, você pode usar calculadoras on-line para realizar cálculos. É verdade que, nesse caso, é melhor verificar novamente os resultados em vários recursos para excluir a possibilidade de operação incorreta da página.

Quarto, você pode estimar por olho - a capacidade específica do sistema de aquecimento é igual a 15 l / kW. Estes são números indicativos. Este método é adequado apenas na fase de um estudo de viabilidade. Imediatamente antes da compra, cálculos mais precisos são necessariamente realizados.

Método # 1 - cálculo por fórmulas

A fórmula básica para o cálculo é a seguinte:

onde C é o volume total de líquido de refrigeração no sistema de aquecimento, l;
Pa min - ajuste da pressão absoluta (inicial) no tanque de expansão, bar;
Pa max - pressão absoluta máxima (limite), possível no tanque de expansão, bar.

Ao calcular o volume total do sistema de aquecimento, todos os tubos e radiadores, piso radiante e caldeira, além de outros elementos, são levados em consideração. Os valores aproximados são mostrados na tabela:

Nota:
* sem levar em conta o volume de líquidos acumulados;
** valor médio.

A tabela mostra os valores do coeficiente βt - um indicador da expansão térmica do líquido de refrigeração, que corresponde à diferença máxima de temperatura no sistema de trabalho e no de trabalho.

Agora calculamos Pa min e Pa max de acordo com as fórmulas:

A primeira fórmula calcula a pressão de ajuste absoluta (h2 é substituído por um sinal de menos quando o tanque está localizado abaixo do ponto de inserção). A segunda fórmula determina a pressão máxima absoluta possível no tanque de expansão.

Método # 2 - calculadora online para calcular

Para calcular o volume do tanque de expansão, você pode usar a calculadora on-line. Existem muitos deles.

* - é melhor obter a figura mais precisa. Se não houver dados, então 1 kW de potência é 15 l;
** - deve ser igual à pressão estática do sistema de aquecimento (0,5 bar = 5 m);
*** - é a pressão na qual a válvula de segurança é ativada.

Esta técnica é bastante simplificada e é adequada apenas para o cálculo de sistemas de aquecimento individuais. Passo a passo, analisaremos o esquema usando um exemplo específico:

1. determinamos o tipo de líquido de refrigeração: neste caso, é a água. O coeficiente de sua expansão térmica é de 0,034 a uma temperatura de 85 ° C;
2. calculamos o volume de refrigerante no sistema. Por exemplo, para uma caldeira de 40 kW, o volume de água será de 600 litros (15 litros por 1 kW de potência). É possível, e este será um número mais preciso, resumir o volume de refrigerante na caldeira, tubulações e radiadores (se esses dados estiverem disponíveis);
3. a pressão máxima permitida no sistema é definida pelo valor limite em que a válvula de segurança é ativada;
4. a pressão de carga (inicial) do tanque de expansão pode ser maior ou igual a (mas em nenhum caso não menos que) a pressão hidrostática do sistema de aquecimento no ponto de inserção do diafragma;
5. o volume de expansão (V) é calculado pela fórmula V = (C * βt) / (1- (Pmin / Pmax));
6. arredondar o volume estimado (isso não afetará o sistema de forma alguma).

O tanque de expansão é selecionado para compensar esse volume calculado (consulte a tabela):

O fator de enchimento do líquido de arrefecimento do tanque de expansão é determinado de acordo com a tabela com base em uma combinação dos valores de pressão máxima e inicial. Além disso, o volume calculado é multiplicado por um coeficiente e a figura resultante é o volume recomendado da membrana

Os tanques de expansão de membrana podem ser usados ​​ao instalar um sistema de aquecimento fechado. Leia sobre isso em nosso próximo artigo:https://aquatech.tomathouse.com/pt/otoplenie/razvodka-otopitelnoj-sistemy/zakrytaya-sistema-otopleniya.html.

Últimas dicas

Um critério importante para a escolha de um tanque de expansão é o ajuste da válvula de segurança (válvula de segurança), que é um elemento obrigatório para a unidade de expansão (SP 41-101-95 "Projeto de pontos de aquecimento"). O valor limite após o qual a proteção é acionada é 10% maior que o aceitável para o "elo mais fraco" do sistema (essas configurações levam em consideração a diferença na altura da membrana e da válvula).

Para poder controlar a pressão máxima permitida no sistema, dê preferência a válvulas com capacidade de ajuste. Um requisito obrigatório para todos esses dispositivos de proteção é a presença de um dispositivo de "detonação" (abertura forçada). Ele permite que você verifique periodicamente a operacionalidade da válvula e evite que ela fique presa.

A seleção do tanque de expansão é realizada levando em consideração a qualidade, a resistência à difusão e as características operacionais da membrana (diafragma), a faixa de temperaturas operacionais e a vida útil. Certifique-se de que os valores de pressão limite na caldeira e no tanque coincidam e também verifique se o diafragma atende aos requisitos de segurança e qualidade para essas unidades.