Calcolazione di un vaso Flexcon

Vasi d'espansione a membrana Flexcon
Determinazione della grandezza di un vaso Flexcon
Vasi d'espansione a membrana
Generalità
Impianti di riscaldamento centralizzato chiusi 3),
protetti con termostato e dotati di dispositivi
tecnici di sicurezza. (SWKI 93-1).
I vasi d'espansione a membrana Flexcon sono dispositivi di
sicurezza in impianti di riscaldamento centralizzato chiusi.
La loro funzione è di ricevere l'acqua dell'impianto in caso di
cambiamento di volume per riscaldamento risp. di restituirla
all'impianto quando questo si raffredda. Il sottodimensionamento del vaso d'espansione provoca disturbi al
funzionamento e danni all'impianto. I danni più
considerevoli si verificano in seguito alla contrazione per
raffreddamento. Un vaso d'espansione troppo piccolo non
può, in determinata circostanze, immettere nell'impianto
tutta la richiesta d'acqua, e così l'impianto aspira aria, p.es.
dalle guarnizioni delle valvole. Durante il riscaldamento un
vaso d'espansione troppo piccolo non può ricevere
abbastanza acqua e quindi la valvola di sicurezza si apre.
Di conseguenza l'impianto di riscaldamento perde acqua, che
viene a mancare durante il raffreddamento. Con l'aria entra
nell'impianto anche ossigeno, che provoca corrosione nelle parti
in acciaio non protette.
Le guarnizioni risp. gli O-ring delle valvole non sono a tenuta
d'aria in caso di sottopressione. Un altro problema si verifica
quando l'impianto aspira del lubrificante, anche in piccola
quantità, e, in seguito alla corrosione, si forma idrogeno
nell'impianto, Tutto questo può essere evitato con un corretto
dimensionamento del vaso d'espansione.
3)
Generatore di calore in cantina, con Flexcon in vicinanza del generatore
di calore (centrale in basso).
Dati richiesti per la determinazione
della grandezza del vaso.
Temperatura media d'impianto
(tv + tr ) / 2 -> Parti dell'impianto con temperature medie
diverse vanno considerati a parte.
Per il calcolo della grandezza di un vaso
d'espansione a membrana Flexcon devono essere
conosciuti i dati d'impianto seguenti:
Contenuto totale d'acqua in impianto a freddo
(Caldaia, eventuale accumulatore, tubazioni e corpi
riscaldanti). La determinazione del contenuto d'acqua
dell'impianto in base alla potenza della caldaia può portare a
errori considerevoli. Per questa ragione questo metodo è
applicabile solo a calcoli di massima.
Altezza statica dell'impianto
È determinante la differenza di quota tra la metà del vaso ed
il punto più alto dell'impianto. La pressione di precarica del
vaso d'espansione a membrana Flexcon deve essere uguale
all'altezza statica più almeno 0,3 bar (3 m colonna d'acqua).
Pressione di evaporazione
In impianti con temperatura massima superiore al punto di
ebollizione a pressione atmosferica occorre aggiungere la
pressione di evaporazione all'altezza statica in
corrispondenza della parte d'impianto interessata.
Base di calcolo per la determinazione del contenuto dell'impianto. I valori comprendono le potenze termiche installate
Tipo d'impianto
Convettori e ventilconvettori
Impianti di ventilazione
Corpi riscaldanti piatti
Radiatori
Elementi radianti a plafone oppure
Riscaldamento a pavimento
Impianti con molte ramificazioni
nelle tubature
6
Contenuto d'acqua
Litri / 1,0 kW
Litri / 1’165 kW
(860 kcal/h)
(1.000 kcal/h)
5.2
6.9
8.6
12.0
21.5
6
8
10
14
25
25.8
30
Per calcolare approssimativamente il
contenuto complessivo di acqua (VA), si
utilizza la tabella sopra riportata.
Esempio
Potenza d'impianto
: Q = 500 kW
Radiatori
: 12.0 l/kW
VA = 500 x 12.0 = 6’000 litri.
Dilatazione dell’acqua n (%)
5
4
Pressione di precarica
La pressione di precarica in un vaso vuoto è Hp
+ 0.3 bar (SWKI 93-1)
3
2
Dilatazione percentuale dell'acqua in dipendenza della temperatura
dell'acqua e riferita ad una temperatura di riempimento di 10 °C.
1
0
40
50
60 70 80 90 100 110 120
Temperatura di riscaldamento v (°C)
V (°C)
n (%)
40
60
90
120
0.75 1.67 3.55 5.99
Dilatazione dell'acqua
Sotto pressione normalizzata, cioè 1013 hPa
(mbar), ed alla temperatura di 4 °C l'acqua ha la
massima densità, ossia
1 kg/dm3, e si dilata col riscaldamento, p.es. da
10 °C a 100 °C del 4.31%.
Temperatura di sicurezza (SWKI 93-1)
La temperatura di sicurezza massima per
generatori di calore è:
- per impianti con acqua ad alta temperatura
130 °C
- per impianti ad acqua calda 110 °C
Pressione
di precarica
Pressione di precarica 0.5 bar
Pressione di precarica 1.0 bar
Metodo di calcolo
Messa in servizio di un vaso
d'espansione a membrana Flexcon
Esempio
Nel calcolo occorre sempre partire dal volume totale d'acqua nell'impianto (A).
Il coefficiente di dilatazione (F) ad una determinata temperatura (vedi tabella) dà il volume di dilatazione. Questo viene ancora
moltiplicato col fattore addizionale (X), che dipende dalla potenza.
Per costruire un esempio in cui la grandezza del vaso sta in
proporzione alla potenza dell'impianto, si suppone un
contenuto dell'impianto pari a 12 l/kW, cioè VA = 12 · Q.
Vn si calcola con la formula Vn = VA · F · X.
Questo dà la formula:
La scelta di F si fa in base alla temperatura media:
A °C405060708090100
pe – pv
–––––– · V = 12 · Q · 0.03 · X
pe
F
Esempio:
0.010.0150.020.0250.030.0350.04
3
pe = –––– + 1 (bar aassoluti) = 3.31 ass.
1.3
X (a norma SWKI 93.1/3.1.1).
X = 3 per impianti con potenza nominale ≤ 30 kW.
X = 2 per impianti con potenza nominale > 30 e ≤ 150 kW.
X = 1.5 per impianti con potenza nominale > 150 kW.
Tutti i valori ed i calcoli sono valevoli per impianti con
temperatura massima pari a 110 °C.
Procedimento di calcolo
pe – pv
 = ––––––
pe
pans
pe = ––––
1.3
L'effetto utile di un vaso, cioè il rapporto tra la quantità
d'acqua da ricevere
Vn e la grandezza del vaso V è data da:
pans : Pressione di apertura
Valvola di sicurezza = 3 bar.
pv : Pressione di precarico del vaso 0 .5 bar
1 bar
1.5 bar.
Vnparb – pv
–– = –––––––
V
parb
Capacità di accumulo del vaso di data capacità complessiva
V è dunque  · V = Vn
Dove Parb e Pv rappresentano la pressione massima assoluta di
lavoro risp. la pressione assoluta di precarico del vaso. Al
proposito occorre tenere presente che
pans
parb = –––– (entrambe pressioni riferite all'atmosfera)
1.3
e che la pressione di precarica meno 0.3 bar serve per
equilibrare l'altezza statica.
Questa riserva di 0.3 bar è stata scelta in modo che nel punto
più alto dell'impianto si ottenga una pressione sufficiente
perché non si scenda sotto alla pressione di ebollizione in quel
punto. Questi 0.3 bar rappresentano un minimo.
Vn = VA · F · X
VA = Contenuto totale dell'impianto in litri..
F = Dilatazione: 0.03 bei 80 °C (temperatura media).
X = Fattore supplementare dipendente dalla potenza.
pv = 0.5 + 1 (bar assoluti) = 1.5 bar ass.
V = 50 litri
3.31 – 1.5
–––––––––– · 50 = 12 · 0.03 · Q · X
3.31
Q · X = 75.9
Per un impianto con
30 < Q ≤ 150 si ha X = 2 e quindi Q = 38.2 kW.
(h arrotondato a 0.55)
In questo esempio si è supposto:
tv + tr
pans = 3 bar
tmit = 80 °C
(tmit = –––––)
2
• La pressione nella conduttura d'alimentazione deve essere
almeno 0.5 bar.(5 m colonna d'acqua) superiore alla
pressione d'intervento della valvola di sicurezza. Per il
trattamento dell'acqua di riempimento riferiamo alle
direttive SWKI e SIA applicabili.
• Il riempimento dell'impianto deve avvenire lentamente e
sempre con sfogo dell'aria. All'inizio del riempimento
occorre eliminare l'aria dalla tubazione di raccordo del
vaso d'espansione a membrana Flexcon. Il riempimento
deve essere arrestato appena prima di raggiungere la
pressione d'intervento della valvola di sicurezza.
Un leggero ulteriore riempimento permette di verificare la
pressione d'intervento della valvola di sicurezza della
caldaia. La sicura chiusura della
valvola di sicurezza deve essere successivamente
controllata con la riduzione della pressione nell'impianto
di circa il 10% p.es. scaricando aria dall'impianto o
scaricando acqua.
Dopo la conclusione del lavoro di riempimento la
pressone nell'impianto freddo deve trovarsi a metà tra la
pressione di precarica del vaso d'espansione a membrana
Flexcon e la pressione d'intervento della valvola di
sicurezza.
• A causa della liberazione di gas dall'acqua dell'impianto
può essere necessario sfogare l'aria e reintegrare con acqua
più volte.
• Nelle istruzioni d'impiego dell'impianto devono essere
descritti il corretto riempimento dell'impianto e la verifica
della valvola di sicurezza (vedi SWKI 93-1).