Tanque de expansión del sistema de calefacción: diseño, cálculo y selección de la mejor opción.
Un tanque de expansión del sistema de calefacción correctamente seleccionado e instalado correctamente evitará su falla y mantendrá la presión en el nivel requerido.Se necesita como reserva para que el agua se expanda cuando se calienta. Dependiendo del tipo de sistema, el expansor incorporado puede estar abierto o cerrado.
Le diremos cómo seleccionar una capacidad de reserva según el esquema de calefacción que se esté creando. El artículo que presentamos describe las características de diseño y las características específicas de la instalación de expansores. Se dan recomendaciones que, si se siguen, garantizarán el funcionamiento ideal de cualquier tipo de circuito de calefacción.
El contenido del artículo:
Tanques de expansión de tipo abierto
Una característica de diseño de los expansores de tipo abierto es el contacto del refrigerante con la atmósfera. La circulación en sistemas con expansor de este tipo es convección. Cuando se calienta, el volumen de líquido aumenta, su exceso es absorbido por el depósito del recipiente.
Cuando la temperatura baja, el líquido regresa por gravedad, bajo la influencia de la gravedad.
Debido a la presión cero en el tanque, el dispositivo no requiere una estructura metálica resistente, por lo tanto:
- en la fabricación del estuche se utiliza cualquier metal;
- se puede utilizar un recipiente ya preparado de plástico resistente al calor;
- La forma del tanque no es importante.
En las casas de campo, dichos equipos se pueden ensamblar con los materiales disponibles. Como recipiente, puede utilizar un recipiente o barril de plástico equipado con un tubo de entrada y una salida para el desbordamiento.
Externamente, es un tanque de metal ordinario, cuyo plano superior está equipado con un orificio para dar servicio y agregar líquido. La tapa a prueba de fugas brinda protección contra obstrucciones. Las unidades de fijación se encuentran en la parte inferior o en el plano lateral.
Los sistemas de calefacción abiertos se utilizan en edificios de poca altura, donde el volumen de refrigerante y la longitud de las comunicaciones de calefacción son relativamente pequeños.
Los requisitos de instalación son simples:
- el expansor se coloca a máxima altura, sobre la línea de suministro;
- el suministro está conectado al tanque a través de una tubería;
- Para drenar el exceso de líquido, se inserta un rebosadero por encima del nivel calculado.
Para garantizar la circulación por gravedad, se recomienda utilizar tuberías de mayor sección para la instalación.
Por lo general, intentan instalar el tanque en una habitación con calefacción, equipada con un ático aislado, y si esto no es posible, será necesario aislar el tanque. La presencia de aislamiento evitará la congelación del líquido y la pérdida de funcionalidad del sistema.
Tanques de expansión cerrados
La especificidad de diseño de las modificaciones cerradas del tanque es la estanqueidad total, lo que permite mantener la presión necesaria para la circulación en cualquier punto del sistema.
El depósito interior está dividido por una membrana en partes de aire y líquido. Cada uno de los compartimentos está completamente sellado: la mezcla que contiene nitrógeno del compartimento de aire nunca se mezclará con el refrigerante que llena el compartimento de líquido.
Principio de funcionamiento tanque de expansión cerrado consiste en el hecho de que el líquido calentado del sistema es empujado hacia la parte líquida del tanque y comienza a ejercer presión desde su costado sobre la membrana sellada. El tabique se deforma y actúa sobre la parte aérea, comprimiéndola.
Como resultado, el volumen de la cámara de aire del tanque disminuye y el gas que contiene se comprime. Esta situación contribuye a un aumento de la presión en el sistema. Tan pronto como la presión se normaliza, el refrigerante sale del compartimento de líquido.
Si la presión aumenta rápidamente, cuando se alcanza el volumen crítico de líquido en el tanque, se activa la válvula de seguridad. Como resultado, se eliminará el exceso de refrigerante del tanque.
Dependiendo de la forma, todos los expansores cerrados para instalación en un sistema de calefacción se dividen en los siguientes tipos:
- En forma de bola - un tipo de estructura de membrana con una partición elástica.Cuando entra líquido, se estira y absorbe todo el exceso de volumen. El tanque en sí parece una cápsula esférica.
- Oval - otro tipo de compensadores hidráulicos de membrana. El cilindro expansor está tradicionalmente dividido por una membrana flexible en cámaras de gas y líquido, pero la configuración del cuerpo tiene una forma vertical algo alargada.
Externamente, los dilatadores ovalados son un globo cilíndrico pintado de rojo. Por un lado, se encuentra una boquilla para crear presión en la cámara de gas, por el otro, un tubo a través del cual se realiza la conexión al sistema.
Al cuerpo se sueldan unidades de fijación que permiten una instalación articulada del equipo y son capaces de soportar su peso operativo. La modificación esférica del tanque se diferencia del óvalo solo en la forma.
En sistemas cerrados, la circulación por gravedad no podrá proporcionar el nivel de presión requerido. Por lo tanto, el diseño incluye bomba de circulación.
El propio expansor se puede instalar en cualquier punto del sistema, pero a la hora de realizar los trabajos de instalación es recomendable tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
- el mejor lugar para la instalación es la línea de retorno, hasta el punto de inserción de la bomba;
- Es mejor suministrar refrigerante desde arriba, lo que reducirá la penetración de aire y mantendrá la funcionalidad si la membrana está dañada;
- la falta de volumen principal se puede compensar instalando un expansor adicional de menor capacidad.
Al instalar, no está prohibido tener en cuenta el interior de la habitación, si es necesario. Para control de nivel presión del sistema de calefacción El expansor debe estar equipado con un manómetro.
La posibilidad de colocarlo cerca de la caldera elimina la cuestión de la necesidad de aislar el tanque. El equipo está ubicado en una habitación cálida, lo que garantiza su facilidad de uso.
¿Qué diseño es mejor?
Los sistemas, según el diseño y el material del tanque de expansión, difieren en la lista de pros y contras. Pero, según expertos y usuarios experimentados, las ventajas en funcionalidad están del lado de las opciones cerradas.
Pros y contras de un tanque abierto.
Un sistema de flujo automático requiere tuberías de mayor diámetro, lo que a su vez aumenta directamente los costos. Presupuesto de desarrollo sistema de calefacción abierto con un dilatador con fugas aumenta ligeramente, aunque sigue siendo relativamente pequeño.
Las principales ventajas de esta opción son la sencillez, además del bajo coste de componentes y trabajos de instalación. Otra característica positiva es que no es necesario controlar el nivel de presión.
Sin embargo, hay muchas más desventajas:
- el uso de anticongelante es peligroso debido a los vapores tóxicos;
- las posibilidades de instalación están limitadas únicamente por el punto superior del sistema;
- el contacto constante con la atmósfera aumenta el riesgo de esclusas de aire y corrosión;
- calentamiento lento;
- los cambios de temperatura que acompañan a la circulación por convección aceleran el desgaste del equipo;
- utilizado para calentar edificios de poca altura, máximo dos pisos;
- Grandes pérdidas de calor y consumo de energía para calefacción.
Otra desventaja de un sistema abierto son las pérdidas por evaporación y desbordes. Por lo tanto, al instalar el tanque, se debe tener cuidado para garantizar que el orificio de llenado sea accesible.
Pros y contras de un tanque cerrado.
Si los expansores abiertos ganan en términos de precio y facilidad de instalación, entonces la funcionalidad es el punto fuerte de un tanque cerrado, también llamado tanque de expansión.Se utilizan en la construcción. sistemas de calefacción cerradosque no tienen contacto directo con la atmósfera.
Los expanzomats tienen las siguientes ventajas:
- la estanqueidad completa permite el uso de anticongelante;
- La ubicación del expansor no afecta el rendimiento del sistema;
- el aislamiento del espacio interno del tanque minimiza la probabilidad de esclusas de aire y corrosión;
- después del inicio, el sistema se calienta más rápido y es más sensible al control de temperatura;
- menor diferencia entre las condiciones de funcionamiento de las líneas de suministro y retorno, lo que como resultado aumenta la vida útil;
- no requiere la instalación de tuberías de gran diámetro, lo que permite ahorrar en construcción;
- no requiere atención constante al nivel y condición del líquido;
- posibilidad de uso en sistemas diseñados para varios pisos;
- pequeñas pérdidas de calor, reduciendo los costos durante la operación del equipo.
Al elegir expansores de este tipo, es posible que se encuentre con cilindros sellados con un diseño no separable. Si el diafragma no funciona correctamente, será necesario reemplazar el cilindro por uno nuevo.
Entre las desventajas, es importante destacar la complejidad del diseño, los requisitos especiales para los materiales, que aumentan el costo del equipo. A esto podemos sumar la necesidad de controlar constantemente la presión y restablecerla si es necesario.
Reglas para calcular la capacidad del tanque.
Cualquier tipo de dilatador será eficaz sólo si se elige el volumen correctamente. Para ello, tenga en cuenta la capacidad del líquido para expandirse durante el período de calentamiento.El agua en los anillos calefactores se expande al menos un 3% del volumen total del sistema de agua, el anticongelante, casi un 5%.
Los líquidos pertenecen a la categoría de medios incompresibles, por lo que el tanque debe proporcionarles una reserva suficiente para la expansión térmica con cierto margen. Siempre que el circuito esté completamente lleno de refrigerante, incluso la expansión térmica en los volúmenes calculados puede provocar la descarga de líquido a través válvula de seguridad y derramando refrigerante en el suelo.
Por lo tanto, para que exceder el volumen de refrigerante en expansión no provoque accidentes, se compran tanques cerrados para circuitos pequeños en casas particulares de modo que su volumen sea igual al 10% del volumen total de refrigerante que circula por el sistema. Esta regla es válida para sistemas con una capacidad de hasta 150 l.
Si a lo largo del anillo calefactor se mueven más de 150 litros de refrigerante, entonces la capacidad de un tanque cerrado se calcula multiplicando el volumen total de líquido por su coeficiente de expansión a temperaturas de funcionamiento específicas en el sistema.
Al valor obtenido es necesario agregar el tamaño del sello de agua, es decir el volumen de refrigerante formado en el tanque como resultado de la presión estática estándar del fluido. Para los anillos calefactores grandes, esta cifra suele ser igual al 0,5% del volumen total de refrigerante, para los pequeños, con una capacidad de hasta 150 litros, se supone que es el 20%.
La cantidad resultante se multiplica por un factor de corrección determinado a partir de los valores de presión preliminar y final en el sistema de calefacción. La estimación preliminar es que hay 1 barra por cada 10 m de altura del contorno. La presión final se forma como resultado del funcionamiento del sistema.
El cálculo del volumen de un tanque cerrado para estructuras de calefacción grandes y complejas se ve así:
La capacidad del tipo abierto no está estrictamente regulada por las regulaciones, pero hay una regla: el volumen del tanque abierto al tubo de rebose debe ser del 3,5 al 4% del volumen total de refrigerante en el circuito de calefacción.
Esta estimación es suficiente para una pequeña casa de campo, pero un edificio para residencia permanente requerirá un cálculo más preciso. En primer lugar, deberá conocer el volumen total del sistema de calefacción.
Opciones para calcular la capacidad total de calefacción.
Este indicador se puede determinar con distintos grados de precisión de tres formas principales. En primer lugar, basándose en los datos del pasaporte de la caldera. Por tanto, se necesitan unos 15 litros de líquido por unidad de potencia del equipo de caldera. Para obtener los datos necesarios será necesario multiplicar 15 por la potencia de la caldera indicada en la ficha técnica.
En segundo lugar, puede averiguar el volumen utilizando un medidor de agua al llenar el sistema. A medida que se llena, se tiene en cuenta la cantidad de líquido utilizado. Esta es una opción más precisa y problemática.
El tercer método implica calcular el volumen total de todos los elementos del sistema de calefacción. Esta es la opción más precisa. La capacidad del intercambiador de calor de la caldera, radiadores, convectores e instrumentos de medición se puede determinar a partir de las características del pasaporte.Para calcular la capacidad de la tubería, se utilizan los datos de la tabla.
La tabla muestra el volumen de tuberías por metro de longitud, fabricadas con los materiales más populares y modernos. El diámetro interno se indica en pulgadas de 0,5 a 1,5 unidades.
Otro método que pretende ser muy preciso es el cálculo mediante la fórmula:
Vtotal = π x D2 x L/4,
Dónde:
- π es igual a 3,14;
- D - indica los parámetros del diámetro interno de las tuberías;
- L: indica la longitud de la tubería del sistema.
Después de recibir los datos necesarios, se suman y se obtiene el volumen total del sistema, que se utiliza en cálculos posteriores.
Pasos y fórmulas para el ciclo completo de cálculos para diseñar y organizar la calefacción de una vivienda particular. se dan aquí. Le recomendamos que lea la información útil.
Seleccionar un tanque de expansión según la tabla.
Si tiene los datos necesarios, se puede seleccionar la opción óptima del expansor utilizando la tabla de volúmenes y presión de diseño.
El volumen total del sistema se calcula según el método especificado, los parámetros de presión son relevantes solo para modificaciones cerradas y se indican en la hoja de datos del equipo.
Esta opción no requiere cálculos especiales además de calcular el volumen total del sistema. El uso de la tabla simplifica y acelera enormemente la selección de un expansor con la capacidad del tanque requerida.
Usando fórmulas de cálculo
Si los datos de la tabla no son suficientes, es posible calcular usted mismo el indicador de capacidad requerido.
Para hacer esto, use la siguiente fórmula:
Vb = Vc x k/D,
Dónde:
- Vb - indica la capacidad deseada del expansor;
- Vc – capacidad total del sistema;
- k es el coeficiente de expansión del líquido cuando se calienta;
- D – coeficiente de eficiencia del expansor.
De los datos necesarios para el cálculo, se desconocen los coeficientes ky D. El primero es un valor tabular y el segundo se calcula mediante una fórmula separada.
También existe y se utiliza una tabla de expansión de temperatura. Le permite determinar el coeficiente para sistemas con agua o anticongelante. El valor no es lineal, cambia cuando se calienta, dependiendo de la presencia y concentración de glicol en el líquido.
Para el agua, la concentración de etilenglicol se toma como “0”, para el anticongelante la concentración se determina de acuerdo con los datos declarados por el fabricante. La temperatura de calentamiento se considera operativa para un sistema específico.
Para calcular de forma independiente el coeficiente de eficiencia del tanque de expansión, use la fórmula:
(Qm – Qb) : (Qm + 1),
Dónde:
- Qm es la presión máxima del sistema según el umbral de respuesta nominal de la válvula de seguridad;
- Qb es la presión preliminar en la cámara de aire del expansor según la hoja de datos.
Si se desconoce este último parámetro, se mide durante el inflado o purgando a través de la boquilla del cilindro.
Otros métodos de cálculo
Además de los cálculos independientes mediante fórmulas y tablas, existen métodos alternativos. Una opción de cálculo accesible es la ayuda de una calculadora en línea.
Otra opción para obtener los datos necesarios es contactar con diseñadores profesionales.Esta es la forma más fiable, pero la precisión de la información obtenida costará bastante.
Lo familiarizará con las reglas para instalar y conectar expansores de tipo abierto y cerrado. próximo artículodedicado a estos temas.
¿Cómo elegir el tanque de expansión adecuado?
Se recomienda decidir el tipo de sistema de calefacción en la etapa de planificación. La elección del tanque suele posponerse hasta que se ha montado la caja, cuando se instala el sistema y se conoce su volumen.
Al seleccionar la opción óptima del tanque de expansión, se recomienda:
- centrarse en el volumen del tanque de expansión cerrado, que excede el valor de la expansión térmica del refrigerante;
- al comprar, debe prestar atención a la conexión, la forma del contenedor y la ubicación de los conectores para los sujetadores; esto evitará sorpresas durante el proceso de instalación;
- Es importante prestar atención a las instrucciones del estuche, que contienen información útil sobre la instalación y parámetros técnicos.
Al comprar, es mejor centrarse en un fabricante confiable, incluso si sus cilindros costarán más. Ésta será la clave para la longevidad del sistema de calefacción, siempre que se utilice correctamente y se le dé un mantenimiento regular.
Antes de la conexión, la presión preliminar en el compartimento de gas del tanque de membrana se ajusta a un valor igual a la presión estática de la columna de refrigerante en el circuito de calefacción. El ajuste se realiza mediante una bomba de automóvil normal y se controla mediante un manómetro.
No confunda expansores con sistemas de calefacción y acumuladores hidraulicos para líneas de suministro de agua fría. Se diferencian en apariencia y características de diseño.Los primeros están pintados de rojo y normalmente no son desmontables, los segundos son azules y están equipados con una brida extraíble para reparar la membrana.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
El video lo ayudará a determinar los parámetros de un expansor de modificación cerrada y comprender las diferencias entre los cilindros calefactores y los sistemas de calderas:
El principio de funcionamiento y las características de la elección de un contenedor en el videoclip:
El sistema de calefacción de una casa particular se puede realizar según circuito abierto o cerrado, lo que requiere la instalación de un expansor del diseño adecuado. El factor clave en su rendimiento es el volumen, que puede calcular usted mismo o confiar este asunto a diseñadores profesionales.
El equipo seleccionado correctamente ayudará a mantener el volumen requerido de líquido en un sistema abierto, y en un sistema de calefacción sellado mantendrá el nivel de presión de funcionamiento.
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