Tanque de expansão do sistema de aquecimento: projeto, cálculo e seleção da melhor opção

Um tanque de expansão do sistema de aquecimento corretamente selecionado e instalado evitará sua falha e manterá a pressão no nível exigido.É necessário como reserva para a expansão da água quando aquecida. Dependendo do tipo de sistema, o expansor integrado pode ser aberto ou fechado.

Diremos como selecionar uma capacidade de reserva dependendo do esquema de aquecimento que está sendo criado. O artigo que apresentamos descreve os recursos de design e as especificidades da instalação de expansores. São dadas recomendações que, se seguidas, garantirão o funcionamento ideal de qualquer tipo de circuito de aquecimento.

Tanques de expansão tipo aberto

Uma característica do projeto dos expansores do tipo aberto é o contato do refrigerante com a atmosfera. A circulação em sistemas com expansor deste tipo é por convecção. Quando aquecido, o volume do líquido aumenta, seu excesso é absorvido pelo reservatório do recipiente.

Quando a temperatura cai, o líquido retorna por gravidade, sob a influência da gravidade.

Devido à pressão zero no tanque, o dispositivo não necessita de uma estrutura metálica resistente, portanto:

• qualquer metal é utilizado na fabricação da caixa;
• pode ser usado um recipiente pronto feito de plástico resistente ao calor;
• A forma do tanque não é importante.

Nas casas de campo, esses equipamentos podem ser montados com os materiais disponíveis. Como recipiente, você pode usar um recipiente ou barril de plástico equipado com um tubo de entrada e uma saída para transbordamento.

Os expansores do tipo aberto podem ser feitos na forma de um tanque retangular com uma tampa à prova de vazamentos no plano superior

Externamente, é um tanque metálico comum, cujo plano superior é dotado de um orifício para manutenção e adição de líquido. A tampa à prova de vazamentos oferece proteção contra entupimentos. As unidades de fixação são fornecidas na parte inferior ou lateral.

Os sistemas de aquecimento abertos são usados ​​​​em edifícios baixos, onde o volume do refrigerante e a extensão das comunicações de aquecimento são relativamente pequenos.

Os requisitos de instalação são simples:

• o expansor é colocado na altura máxima, na linha de alimentação;
• o abastecimento é conectado ao tanque por meio de uma tubulação;
• Para drenar o excesso de líquido, é inserido um transbordamento acima do nível calculado.

Para garantir a circulação por gravidade, recomenda-se a utilização de tubos de seção transversal aumentada para instalação.

A estrutura aberta é colocada no ponto superior, de onde o líquido escoa por gravidade

Normalmente tentam instalar o tanque em uma sala aquecida, equipada com sótão isolado, e se isso não for possível o tanque precisará ser isolado. A presença de isolamento evitará o congelamento do líquido e a perda de funcionalidade do sistema.

Tanques de expansão fechados

A especificidade do projeto das modificações fechadas do tanque é a estanqueidade total, o que permite manter a pressão necessária para a circulação em qualquer ponto do sistema.

O reservatório interno é dividido por uma membrana em partes de ar e líquido. Cada um dos compartimentos é completamente vedado - a mistura contendo nitrogênio do compartimento de ar nunca se misturará com o líquido refrigerante que enche o compartimento de líquido.

Princípio da Operação tanque de expansão fechado consiste no fato de que o líquido aquecido do sistema é empurrado para a parte líquida do tanque e começa a exercer pressão lateral sobre a membrana selada. A divisória se deforma e atua sobre a parte aérea, comprimindo-a.

Como resultado, o volume da câmara de ar do tanque diminui e o gás contido nela é comprimido. Esta situação contribui para um aumento da pressão no sistema. Assim que a pressão se normaliza, o refrigerante é empurrado para fora do compartimento de líquido.

Se a pressão aumentar rapidamente, quando o volume crítico de líquido no tanque for atingido, a válvula de segurança será ativada. Como resultado, o excesso de líquido refrigerante será removido do tanque.

A estrutura fechada é totalmente vedada, na parte inferior há um flange com tubo de entrada, na parte superior há um bico para enchimento de gás

Dependendo da forma, todos os expansores fechados para instalação no sistema de aquecimento são divididos nos seguintes tipos:

1. Em forma de bola - um tipo de estrutura de membrana com divisória elástica.Quando o fluido entra, ele se estica e absorve todo o excesso de volume. O tanque em si parece uma cápsula esférica.
2. oval - outro tipo de compensadores hidráulicos de membrana. O cilindro expansor é tradicionalmente dividido por uma membrana flexível em câmaras de gás e líquido, mas a configuração do corpo tem uma forma vertical um tanto alongada.

Externamente, os dilatadores ovais são um balão cilíndrico pintado de vermelho. Por um lado, existe um bocal para criar pressão na câmara de gás, por outro, existe um tubo através do qual é feita a ligação ao sistema.

As unidades de fixação são soldadas ao corpo, o que proporciona a instalação articulada do equipamento e é capaz de suportar seu peso operacional. A modificação esférica do tanque difere da oval apenas no formato.

De acordo com seus tipos, os expansores de membrana fechada são divididos em modificações de diafragma e balão

Em sistemas fechados, a circulação por gravidade não será capaz de fornecer o nível de pressão necessário. Portanto, o projeto inclui Bomba de circulação.

O próprio expansor pode ser instalado em qualquer ponto do sistema, mas ao realizar os trabalhos de instalação é aconselhável levar em consideração as seguintes recomendações:

• o melhor local para instalação é na linha de retorno, até o ponto de inserção da bomba;
• É melhor fornecer refrigerante por cima, o que reduzirá a penetração de ar e manterá a funcionalidade se a membrana estiver danificada;
• a falta de volume principal pode ser compensada com a instalação de um expansor adicional de menor capacidade.

Na instalação não é proibido levar em consideração o interior da sala, se necessário. Para controle de nível pressão do sistema de aquecimento O expansor deve estar equipado com manômetro.

Um expansor fechado geralmente é colocado na frente da caldeira, antes da instalação da bomba de circulação

A possibilidade de colocação próxima à caldeira elimina a questão da necessidade de isolamento do tanque. O equipamento está localizado em uma sala aquecida, o que garante facilidade de uso.

Qual design é melhor?

Os sistemas, dependendo do projeto e do material do tanque de expansão, diferem na lista de prós e contras. Mas, segundo especialistas e usuários experientes, as vantagens em funcionalidade estão do lado das opções fechadas.

Prós e contras de um tanque aberto

Um sistema autofluxo requer tubos de maior diâmetro, o que por sua vez aumenta diretamente os custos. Orçamento de desenvolvimento sistema de aquecimento aberto com um dilatador com vazamento aumenta ligeiramente, embora permaneça relativamente pequeno.

As principais vantagens desta opção são a simplicidade, além do baixo custo de componentes e trabalhos de instalação. Outra característica positiva é que não há necessidade de controlar o nível de pressão.

Um expansor de tipo aberto para pequenos sistemas pode ser montado a partir dos materiais disponíveis e sua instalação não será difícil

No entanto, existem muito mais desvantagens:

• o uso de anticongelante é perigoso devido aos vapores tóxicos;
• as possibilidades de instalação são limitadas apenas pelo ponto superior do sistema;
• o contato constante com a atmosfera aumenta o risco de bloqueios de ar e corrosão;
• aquecimento lento;
• as mudanças de temperatura que acompanham a circulação por convecção aceleram o desgaste do equipamento;
• utilizado no aquecimento de edifícios baixos, no máximo dois andares;
• grandes perdas de calor e consumo de energia para aquecimento.

Outra desvantagem de um sistema aberto são as perdas por evaporação e transbordamentos. Portanto, ao instalar o tanque, deve-se ter cuidado para garantir que o orifício de enchimento esteja acessível.

Prós e contras de um tanque fechado

Se os expansores abertos ganham em termos de preço e facilidade de instalação, então a funcionalidade é o ponto forte de um tanque fechado, também chamado de tanque de expansão.Eles são usados ​​na construção sistemas de aquecimento fechadosque não têm contato direto com a atmosfera.

Os expansomatas têm as seguintes vantagens:

• a estanqueidade total permite o uso de anticongelante;
• A localização do expansor não afeta o desempenho do sistema;
• o isolamento do espaço interno do tanque minimiza a probabilidade de bloqueios de ar e corrosão;
• após a inicialização, o sistema aquece mais rápido e fica mais sensível ao controle de temperatura;
• menor diferença entre as condições de operação das linhas de alimentação e retorno, o que consequentemente aumenta a vida útil;
• dispensa a instalação de tubos de grande diâmetro, o que permite economia na construção;
• não requer atenção constante ao nível e condição do líquido;
• possibilidade de utilização em sistemas concebidos para vários pisos;
• pequenas perdas de calor, reduzindo custos durante a operação do equipamento.

Ao escolher expansores deste tipo, você pode encontrar cilindros selados com design indissociável. Se o diafragma apresentar mau funcionamento, o cilindro deverá ser substituído por um novo.

Para monitorar o nível de pressão de trabalho, um manômetro é montado no cilindro e um respiradouro automático ou mecânico é instalado para remover o excesso de ar.

Entre as desvantagens, é importante destacar a complexidade do projeto, requisitos especiais de materiais, que aumentam o custo do equipamento. A isto podemos acrescentar a necessidade de monitorar constantemente a pressão e restaurá-la se necessário.

Regras para calcular a capacidade do tanque

Qualquer tipo de dilatador só será eficaz se o volume for escolhido corretamente. Para fazer isso, leve em consideração a capacidade do líquido de se expandir durante o período de aquecimento.A água nos anéis de aquecimento se expande em pelo menos 3% do volume total do sistema de água, o anticongelante - em quase 5%.

Os líquidos pertencem à categoria dos meios incompressíveis, portanto o tanque deve fornecer-lhes reserva suficiente para expansão térmica com alguma margem. Desde que o circuito esteja totalmente preenchido com refrigerante, mesmo a expansão térmica nos volumes calculados pode levar à descarga de líquido através válvula de segurança e derramamento de líquido refrigerante no chão.

Portanto, para que ultrapassar o volume do refrigerante em expansão não acarrete acidentes, são adquiridos tanques fechados para pequenos circuitos em residências particulares, de forma que seu volume seja igual a 10% do volume total do refrigerante circulando no sistema. Esta regra é válida para sistemas com capacidade de até 150 l.

Se mais de 150 litros de refrigerante se moverem ao longo do anel de aquecimento, a capacidade de um tanque fechado é calculada multiplicando o volume total de líquido pelo seu coeficiente de expansão em temperaturas operacionais específicas no sistema.

Ao valor obtido é necessário somar o tamanho do selo d'água, ou seja, o volume de refrigerante formado no tanque como resultado da pressão estática padrão do fluido. Para anéis de aquecimento grandes, esse valor costuma ser igual a 0,5% do volume total do refrigerante, para os pequenos, com capacidade de até 150 litros, é de 20%.

O valor resultante é multiplicado por um fator de correção determinado a partir dos valores de pressão preliminar e final do sistema de aquecimento. A estimativa preliminar é que exista 1 barra por 10 m de altura de contorno. A pressão final é formada como resultado da operação do sistema.

O cálculo do volume de um tanque fechado para grandes estruturas de aquecimento complexas é assim:

Os cálculos utilizaram: Vn – volume nominal de tanque fechado; Ve é o volume do refrigerante durante a expansão térmica (calculado pela fórmula Vsistema×n%, onde n é o coeficiente de expansão térmica do refrigerante); Vv – selo d’água; po – pressão preliminar; pe – indicador de pressão final, igual ao valor máximo de pressão da válvula de segurança menos 0,5 bar

A capacidade do tipo aberto não é estritamente regulamentada por regulamentos, mas existe uma regra: o volume do tanque aberto para o tubo de transbordamento deve ser de 3,5 - 4% do volume total do refrigerante no circuito de aquecimento.

Esta estimativa é suficiente para uma pequena casa de campo, mas um edifício para residência permanente exigirá um cálculo mais preciso. Em primeiro lugar, terá de saber o volume total do sistema de aquecimento.

Opções para calcular a capacidade total de aquecimento

Este indicador pode ser determinado com vários graus de precisão de três maneiras principais. Em primeiro lugar, com base nos dados do passaporte da caldeira. Assim, são necessários cerca de 15 litros de líquido por unidade de potência do equipamento da caldeira. Para obter os dados necessários, será necessário multiplicar 15 pela potência da caldeira indicada na ficha técnica.

Em segundo lugar, você pode descobrir o volume usando um hidrômetro ao encher o sistema. Ao preencher, a quantidade de líquido utilizado é levada em consideração. Esta é uma opção mais precisa e problemática.

O terceiro método envolve o cálculo do volume total de todos os elementos do sistema de aquecimento. Esta é a opção mais precisa. A capacidade do trocador de calor da caldeira, radiadores, convetores e instrumentos de medição pode ser determinada a partir das características do passaporte.Para calcular a capacidade do tubo, são utilizados os dados da tabela.

A tabela mostra os tamanhos dos tubos em polegadas e seu volume em litros por 1 metro, que é usada para resumir o volume total

A tabela mostra o volume de tubos por metro de comprimento, feitos com os materiais mais populares e modernos. O diâmetro interno é indicado em polegadas de 0,5 a 1,5 unidades.

Outro método que afirma ser altamente preciso é o cálculo usando a fórmula:

Vtotal = π x D2 x L/4,

Onde:

• π é igual a 3,14;
• D - indica os parâmetros do diâmetro interno dos tubos;
• L - indica o comprimento do pipeline do sistema.

Após o recebimento dos dados necessários, eles são somados e obtido o volume total do sistema, que é utilizado em cálculos posteriores.

Etapas e fórmulas para o ciclo completo de cálculos para projetar e organizar o aquecimento de uma residência particular são dados aqui. Recomendamos que você leia as informações úteis.

Selecionando um tanque de expansão de acordo com a tabela

Se você tiver os dados necessários, a opção ideal de expansor pode ser selecionada usando a tabela de volumes e pressão de projeto.

O volume total do sistema é calculado de acordo com o método especificado, os parâmetros de pressão são relevantes apenas para modificações fechadas e estão indicados na ficha técnica do equipamento.

Os dados da tabela permitem selecionar o volume do expansor de 4 a 300 litros

Esta opção não requer cálculos especiais além do cálculo do volume total do sistema. O uso da tabela simplifica e acelera muito a seleção de um expansor com a capacidade necessária do tanque.

Usando fórmulas de cálculo

Se os dados da tabela não forem suficientes, é possível calcular você mesmo o indicador de capacidade necessária.

Para fazer isso, use a seguinte fórmula:

Vb = Vc x k/D,

Onde:

• Vb - indica a capacidade desejada do expansor;
• Vc – capacidade total do sistema;
• k é o coeficiente de expansão do líquido quando aquecido;
• D – coeficiente de eficiência do expansor.

Dos dados necessários para o cálculo, permanecem desconhecidos os coeficientes k e D. O primeiro é um valor tabular e o segundo é calculado por meio de uma fórmula separada.

Uma tabela de expansão de temperatura também existe e é usada. Permite determinar o coeficiente para sistemas com água ou anticongelante. O valor não é linear, muda quando aquecido, dependendo da presença e concentração de glicol no líquido.

A partir desses dados, é possível determinar os parâmetros do coeficiente de expansão do líquido quando aquecido (k), necessários para o cálculo do volume do cilindro de expansão

Para a água a concentração de etilenoglicol é considerada “0”, para o anticongelante a concentração é determinada de acordo com os dados declarados pelo fabricante. A temperatura de aquecimento é considerada operacional para um sistema específico.

Para calcular de forma independente o coeficiente de eficiência do tanque de expansão, use a fórmula:

(Qm – Qb): (Qm + 1),

Onde:

• Qm é a pressão máxima do sistema de acordo com o limite nominal de resposta da válvula de segurança;
• Qb é a pressão preliminar na câmara de ar do expansor conforme ficha técnica.

Se este último parâmetro for desconhecido, ele é medido durante a inflação ou pela sangria através do bocal do cilindro.

Outros métodos de cálculo

Além dos cálculos independentes por meio de fórmulas e tabelas, existem métodos alternativos. Uma opção de cálculo acessível é a ajuda de uma calculadora online.

Não faltam recursos de rede que oferecem cálculo online do valor requerido. Eles são fáceis de encontrar por palavra-chave

Outra opção para obter os dados necessários é entrar em contato com designers profissionais.Esta é a forma mais confiável, mas a precisão das informações obtidas custará bastante caro.

Irá familiarizá-lo com as regras para instalação e conexão de expansores de tipo fechado e aberto próximo artigodedicado a essas questões.

Como escolher o tanque de expansão certo?

Recomenda-se decidir sobre o tipo de sistema de aquecimento na fase de planejamento. A escolha do tanque costuma ser adiada para depois da montagem da caixa, quando o sistema está instalado e seu volume é conhecido.

Ao selecionar a opção ideal de tanque de expansão, é recomendado:

• focar no volume do tanque de expansão fechado, que ultrapassa o valor da expansão térmica do refrigerante;
• na hora de comprar deve-se atentar para a conexão, o formato do container e a localização dos conectores para fixadores - isso evitará surpresas durante o processo de instalação;
• É importante prestar atenção às instruções da caixa, que contêm informações úteis de instalação e parâmetros técnicos.

Na hora de comprar é melhor focar em um fabricante confiável, mesmo que seus cilindros custem mais. Esta será a chave para a longevidade do sistema de aquecimento, desde que seja utilizado de forma correta e com manutenção regular.

Antes da ligação, a pressão preliminar no compartimento de gás do tanque de membrana é ajustada para um valor igual à pressão estática da coluna de refrigerante no circuito de aquecimento. O ajuste é feito por meio de uma bomba automotiva comum e controlado por um manômetro.

O principal é não comprar um tanque de caldeira para o sistema de aquecimento - são completamente diferentes nas suas características técnicas

Não confunda expansores para sistemas de aquecimento e acumuladores hidráulicos para linhas de abastecimento de água fria. Eles diferem em aparência e recursos de design.Os primeiros são pintados de vermelho e geralmente não são desmontáveis, os últimos são azuis e equipados com flange removível para reparo da membrana.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo o ajudará a determinar os parâmetros de um expansor de modificação fechada e a compreender as diferenças entre cilindros de aquecimento e sistemas de caldeira:

O princípio de funcionamento e características de escolha de um contêiner em um videoclipe:

O sistema de aquecimento de uma casa privada pode ser feito em circuito aberto ou fechado, o que requer a instalação de um expansor de desenho adequado. O fator chave no seu desempenho é o volume, que você mesmo pode calcular ou confiar esse assunto a designers profissionais.

O equipamento adequadamente selecionado ajudará a manter o volume necessário de líquido em um sistema aberto e, em aquecimento selado, manterá o nível de pressão operacional.

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