Lorsque l'eau est chauffée, l'espace requis pour chaque molécule augmente. Toute tentative visant à empêcher cette expansion se heurtera à des forces énormes.  Si un récipient en métal solide est complètement rempli d'eau liquide et isolé de l'atmosphère, la pression augmentera rapidement à mesure que l'eau est chauffée. Lorsque cette pression augmente, ce récipient finira par éclater, en certains cas violemment.

Pour éviter un tel résultat, les systèmes hydrauliques en circuit fermé sont équipés d'un vase d'expansion. Le réservoir fournit un "coussin" d'air - un fluide hautement compressible - contre lequel l'eau en expansion peut pousser sans provoquer de fortes augmentations de pression dans le système. Voyez l'air dans le réservoir comme une source. Lorsque l'eau du système se dilate, cette " ressort" est comprimé. Lorsque l'eau se refroidit et se contracte, le "ressort" revient à son état d'origine.

Les systèmes plus anciens utilisaient souvent des vases d'expansion "standard", dans lesquels l'air et l'eau sont en contact direct. Ce type de vase d'expansion est généralement suspendu au plafond d'une salle mécanique .< span> Cela permet à l'air libéré de la quantité d'eau initiale du système de remonter dans le réservoir. Un exemple d'un tel réservoir est illustré à la figure 1.< /span>

Bien que fonctionnels, les vases d'expansion standard sont considérablement plus grands que les vases d'expansion modernes à membrane ou à vessie. En conséquence, ils sont plus chers, plus lourds et nécessitent plus d'espace de montage.  ;S'ils ne sont pas équipés de raccords appropriés, ils peuvent également se remplir d'eau au fil du temps et devenir "rétenteurs d'eau". Ils sont rarement utilisés dans les systèmes hydroniques modernes, en particulier dans applications de construction résidentielles ou commerciales légères.

SÉPARER L'AIR ET L'EAU

Aujourd'hui, le vase d'expansion le plus spécifié pour les systèmes de chauffage ou de refroidissement hydrauliques utilise une membrane en caoutchouc butyle très flexible ou en EPDM pour séparer complètement l'air et l'eau dans le réservoir. Cette membrane correspond à la surface interne en acier du réservoir lorsque le côté air est sous pression.

Lorsque l'eau du système est chauffée et se dilate dans le réservoir, la membrane se déforme et se déplace vers la chambre à air emprisonnée. La pression d'air dans le réservoir augmente et avec elle la pression de l'eau dans le système. Cependant, si le réservoir est correctement dimensionné, l'augmentation de la pression du système ne sera pas suffisante pour ouvrir la soupape de surpression, même si toute l'eau du système est à température maximale atteinte.

Les vases d'expansion à membrane peuvent être dimensionnés à l'aide de tableaux ou de logiciels. Une procédure détaillée de dimensionnement des vases d'expansion à membrane est donnée dans la référence 1, ainsi que dans plusieurs autres publications de l'industrie.< span> Les termes clés sont :

1. Pressuriser le côté air du réservoir pour correspondre à la pression statique de l'eau à l'emplacement du vase d'expansion et avant d'ajouter de l'eau au système.  Cela empêche l'eau froide d'entrer dans l'air qui se comprime partiellement dans le réservoir . La membrane ne commence à se comprimer que lorsque la température de l'eau augmente.

2. Dimensionnez le réservoir de sorte que la pression au niveau de la soupape de décharge du système soit inférieure de 5 psi à la pression d'ouverture nominale de la soupape lorsque tout le fluide dans le système est à la température maximale prévue. La marge de 5 psi empêche la soupape de décharge de « goutter » lorsque la pression s'approche de la pression d'ouverture nominale.

Même lorsqu'un vase d'expansion est correctement dimensionné, les détails d'installation peuvent faire ou défaire sa capacité à fonctionner comme prévu et à fournir de nombreuses années de service.

LES ACTIONS

 

1. Pomper : Un détail autrefois compris et respecté dans l'industrie hydraulique, mais qui s'est lentement estompé des autres "commodités" d'emballage ou d'installation, estpour connecter le vase d'expansion à un circuit de tuyauterie hydraulique près de l'entrée de la pompe de circulation. Cela minimise la perte de charge entre le point où le réservoir est connecté au circuit, c'est-à-dire le point où il il n'y a pas de changement de pression lorsque la pompe de circulation est allumée et à l'entrée de la pompe de circulation. Cela permet d'ajouter la pression différentielle créée par la pompe de circulation à la pression statique dans le système . L'augmentation de la pression du système aide à protéger la pompe de circulation de la cavitation et offre souvent un fonctionnement plus silencieux. Elle améliore également la capacité des évents à expulser l'air hors du système.  La figure 3 montre plusieurs emplacements acceptables pour les réservoirs.

2. Montez le réservoir verticalement avec le raccord en haut : Il est également préférable d'installer les vases d'expansion à membrane verticalement avec le raccord de tuyau en haut. < span> Cela réduit la contrainte sur la connexion du réservoir par rapport au montage horizontal. Il empêche également l'air dans les tuyaux de rester emprisonné du côté eau du réservoir. le vase d'expansion lors du premier remplissage du système. La Figure 4 illustre les différences.

3. Vérifiez la pression d'air : Il est important de vérifier que la pression côté air dans le réservoir est égale à la pression statique qui sera présente au connexion du réservoir lorsque le système est rempli de fluide froid. La plupart des fabricants déclarent que leurs réservoirs sont préremplis à 12 psi. Ne présumez pas que cela est toujours vrai ou correct. Twelve psi convient aux systèmes où le haut de la tuyauterie est à environ 5 mètres au-dessus de l'entrée du vase d'expansion (en supposant une pression statique de 5 psi au sommet du système est souhaitable pour permettre aux évents de fonctionner correctement). Les systèmes de tuyauterie plus élevés nécessitent une pression d'air plus élevée pour éviter une compression partielle du diaphragme avant de chauffer le fluide.  Calculez la charge statique pression à l'entrée du réservoir avec la formule 1.

Formule 1 :

Où :

Pa = pression côté air correcte (psi)
H = distance entre la connexion du vase d'expansion et le haut du circuit de tuyauterie (pied)
Dc = densité du fluide "froid" dans le système lorsqu'il est d'environ 60 F (lb/ft3)
5 = pression statique de 5 psi souhaitée en haut du système pour le fonctionnement de l'évent
144 = unités constantes de conversion

Par exemple, si le haut du circuit de ligne était à 25 pieds au-dessus de la connexion du vase d'expansion et en supposant que le système est rempli d'eau, la pression d'air correcte dans le réservoir serait :

Achetez un manomètre pour pneus basse pression avec une échelle de 0 à 30 psi et une pompe à vélo ou un petit compresseur d'air. Utilisez-les pour régler la pression côté air calculée avant de remplir le système avec liquide.

4. Planifiez à l'avance : La durée de vie d'un vase d'expansion dépend de la température de fonctionnement, de la pression, de la chimie du fluide et de la teneur en oxygène du système.  ;Certains réservoirs tombent en panne lorsqu'une fuite se développe dans la membrane. Cela entraîne généralement le remplissage du réservoir de liquide et devient « gorgé d'eau ».  Vous pouvez vérifier cela en appuyant sur la tige de la valve Schrader. Si un jet de liquide sort, le réservoir est grillé.  Les réservoirs peuvent également développer des fuites dans leur maille fineboîtier métallique. La seule option est un nouveau réservoir. C'est à ce moment que vous appréciez d'avoir un robinet à tournant sphérique qui peut isoler le réservoir du reste du système . Sans cette vanne, vous devrez peut-être vidanger plusieurs gallons de liquide du système pour dévisser le réservoir défectueux et en visser un nouveau.

5. Envisagez un surdimensionnement : Les calculs typiques pour le dimensionnement d'un vase d'expansion à membrane déterminent le volume minimal du réservoir. Utilisez un plus grand le réservoir, bien que probablement plus cher, convient. Cela réduit les changements de pression du système lorsque la température du fluide varie.

6. Considérez les températures de fluide les plus basses : Dans la plupart des systèmes de chauffage hydrauliques, la taille du vase d'expansion et l'augmentation de la pression côté air sont basées sur l'hypothèse que le fluide froid utilisé pour le système dans la plage de température de 45F à 60F. C'est bien. Cependant, lorsqu'un vase d'expansion est utilisé dans un circuit de capteur solaire ou un système de fonte des neiges, la solution antigel sera parfois beaucoup plus froid, peut-être même en dessous de 0 F.  Si le diaphragme du réservoir est complètement dilaté contre la coque en acier à une température de liquide de peut-être 45 F, tout refroidissement supplémentaire du liquide pourrait provoquer une pression négative dans le système et un éventuel afflux d'air provenant d'un évent de type flotteur. La référence 2 ci-dessous explique comment corriger cette possibilité.

7. Ajuster pour les solutions antigel : Les solutions de propylène ou d'éthylène glycol ont un coefficient de dilatation plus élevé que l'eau. Le plus la concentration d'antigel est élevée, plus le volume d'expansion requis est important. L'augmentation de volume pour l'eau chauffée de 60 F à 180 F est d'environ trois pour cent. Le volume l'augmentation pour une solution à 50 % de propylène glycol chauffée de 60 F à 180 F est d'environ 4,5 %. des solutions antigel à base sont utilisées. Encore une fois, les méthodes de la référence 1 peuvent corriger cela.

LES DON

Comme d'habitude, une liste de tous les "à ne pas faire" contiendrait intrinsèquement le contraire de tous les "à faire". Cependant, il y a encore quelques "à ne pas faire" qui se démarquent.

1. Ne pas combiner l'acier et l'oxygène : N'utilisez pas de vase d'expansion standard avec une coque en acier au carbone dans une application en boucle ouverte, telle qu'un système qui utilise de l'eau potable pour transférer la chaleur aux émetteurs de chaleur hydrauliques, ce qui est une mauvaise idée pour un certain nombre d'autres raisons. L'augmentation de la teneur en oxygène dissous de l'eau dans un système en boucle ouverte, par rapport à qui, dans un système en boucle fermée, accélérera la corrosion de la fine coque en acier au carbone du réservoir. Cette limitation s'applique également aux systèmes en boucle fermée utilisant des tubes PEX sans barrière ou d'autres matériaux qui permettent diffusion d'oxygène dans le système  Les réservoirs d'expansion avec revêtement interne en polymère doivent être utilisés dans toute application où des niveaux plus élevés d'oxygène dissous peuvent être présents.

2. Ne le remplissez pas de terre : N'installez pas de vases d'expansion directement sous les séparateurs hydrauliques. Cela lui permettra de se déposer au fond de la saleté collectée dans le séparateur qui tombe dans le vase d'expansion. Avec le temps, cela peut entraîner une défaillance du diaphragme. Si le réservoir se trouve à proximité d'un séparateur hydraulique, il est préférable de l'installer à partir d'un té dans l'un ou l'autre des tuyaux reliés aux connexions latérales inférieures du séparateur, comme illustré à la Figure 5.

3. Ne le surchauffez pas : Évitez de placer les vases d'expansion à proximité d'eau très chaude dans la mesure du possible. Lorsque la paroi du réservoir est chauffé par migration de chaleur (conduction et convection) prend la pression de l'airle réservoir. Tous les autres facteurs étant égaux, cela augmente la pression du système par rapport à une situation où l'enveloppe du réservoir est plus froide. Cela peut entraîner une fuite du soupape de surpression. Vous pouvez placer le réservoir à quelques mètres de l'endroit où le tuyau du réservoir est connecté au système. Gardez le réservoir plus bas que ce point de connexion pour réduire la migration de chaleur par convection.

4. Ne créez pas plusieurs points de connexion : Il est possible d'utiliser deux vases d'expansion ou plus avec un volume combiné d'un plus grand vase.  ;< /span>Ces réservoirs doivent cependant être connectés à un tuyau commun, qui a un seul point de connexion dans le système. Évitez de connecter plusieurs réservoirs à différentes parties du même tuyau.< span>  Cela peut entraîner des variations de pression inattendues en fonction de la position de la ou des pompes de circulation par rapport aux réservoirs.