Les réservoirs d'expansion sont une partie nécessaire de tous les systèmes hydroniques fermés pour contrôler la pression minimale et maximale dans tout le système. Les réservoirs d'expansion sont fournis dans des systèmes hydroniques fermés pour (1) accepter les modifications du volume de l'eau du système à mesure que la densité de l'eau change avec la température pour maintenir les pressions du système en dessous des limites d'équipement des composants du système de tuyauterie. En outre, (2) maintenir une pression de jauge positive dans toutes les parties du système pour empêcher l'air de fuir le système. (3) Maintenir des pressions suffisantes dans toutes les parties du système pour éviter l'ébullition, y compris la cavitation aux vannes de contrôle et des constrictions similaires. (4) Maintenir la tête d'aspiration positive nette requise (NPSHR) à l'aspiration des pompes.
Les deux derniers points s'appliquent généralement uniquement à des systèmes d'eau chaude à haute température (supérieur à environ 210 ° F [99 ° C]). Pour la plupart des applications CVC, seuls les deux premiers points doivent être pris en compte.
Styles de réservoir
Il existe quatre styles de base de réservoirs d'extension:
Réservoirs en acier ventilé ou ouvert
Puisqu'ils sont ventilés, les réservoirs ouverts doivent être situés au point le plus élevé du système. La température de l'eau ne peut pas être supérieure à 212 ° F (100 ° C), et le contact en plein air / eau entraîne une migration constante de l'air dans le système, provoquant la corrosion. En conséquence, cette conception n'est presque plus utilisée.
Réservoirs en acier fermé
Également appelé réservoirs en acier ordinaire ou réservoirs de compression par certains fabricants.
Il s'agit du même style de réservoir que le réservoir ventilé, mais avec l'évent coiffé. Cela permet au réservoir d'être situé n'importe où dans le système et de travailler avec des températures plus élevées. Mais ils ont toujours le contact air / eau qui permet de corrosion, et parfois une perte progressive d'air du réservoir car elle est absorbée dans l'eau.
Sauf préchater à la pression de fonctionnement minimale avant la connexion au système, ce style de réservoir doit également être plus grand que les réservoirs préchangés. En conséquence, cette conception n'est également plus jamais utilisée.
Réservoirs de diaphragme
Il s'agissait de la première conception d'un réservoir de compression qui comprenait une barrière air / eau (une membrane flexible, pour éliminer la migration de l'air) et qui a été conçue pour être préchangée (pour réduire la taille du réservoir). Le diaphragme flexible est généralement fixé sur le côté du réservoir près du milieu et n'est pas remplaçable sur le terrain; Si le diaphragme se rompt, le réservoir doit être remplacé.
Réservoirs de vessie
Les réservoirs de vessie utilisent une vessie en forme de ballon pour accepter l'eau élargie. Les vessies sont souvent dimensionnées pour l'ensemble du volume du réservoir, appelé la vessie «pleine acceptation», pour éviter d'endommager la vessie au cas où ils deviendront gorgés d'eau. Les vessies sont générales remplaçables sur le terrain. Il s'agit désormais du type le plus courant de grand réservoir d'expansion commerciale.
Dimensionnement des formules
La formule générale pour le dimensionnement des réservoirs, équation 1 (avec des noms variables ajustés pour correspondre à ceux utilisés dans cet article), à partir de principes de base en supposant des lois sur le gaz parfaites:
$$V_t = frac{V_s(E_w – E_p)}{(P_s T_c / P_i T_s) – (P_s T_h / P_{max} T_s) – E_{wt}[1 – (P_s T_c / P_{max} T_s)] + E_t} – 0.02 V_s$$Où
Vt = volume total du réservoir
Vs = volume du système
Ps = pression de démarrage lorsque l'eau commence à entrer dans le réservoir, absolu
Pje = pression initiale (précharge), absolue
Pmaximum = pression maximale, absolue
Ew = rapport d'expansion unitaire de l'eau dans le système en raison de l'élévation de la température = (νh/νc-1)
vh = le volume spécifique d'eau à la température maximale, th.
vc = le volume spécifique d'eau à la température minimale, tc.
Ep = rapport d'expansion unitaire de la tuyauterie et d'autres composants du système dans le système en raison de l'élévation de la température = 3α (th-Tc )
α = coefficient d'expansion de la tuyauterie et d'autres composants du système, par degré
Jh = température maximale de l'eau moyenne dans le système, degrés absolus
Jc = température moyenne de l'eau minimale dans le système, degrés absolus
Js = Démarrage de la température de l'air dans le réservoir avant le remplissage, degrés absolus
Epoids = rapport d'expansion unitaire de l'eau dans le réservoir en raison de l'élévation de la température
Et = rapport d'expansion unitaire du réservoir d'expansion en raison de l'élévation de la température
Le dernier terme (0,02 vs) explique l'air supplémentaire de la désorption de l'air dissous dans l'eau. Cette équation peut être simplifiée à Équation ci-dessous En ignorant les petits termes et en supposant que la température du réservoir reste proche de la température de remplissage initiale (généralement une bonne hypothèse, en supposant aucune isolation sur le réservoir ou la tuyauterie, ce qui est une pratique commune et recommandée):
$$V_t = frac{V_sleft(frac{v_h}{v_c} – 1 – 3alpha(T_h – T_c)right)}{frac{P_s}{P_i} – frac{P_s}{P_{max}}}$$Cette équation comprend le crédit pour l'expansion du système de tuyauterie. Ce terme est également relativement faible et les coefficients d'extension sont difficiles à déterminer compte tenu des différents matériaux du système, mais il est inclus dans l'équation ci-dessus car elle est incluse dans les équations de dimensionnement du manuel de l'ASHRAE. Ce terme est également inclus dans certains, mais pas la plupart, le logiciel de sélection des fabricants de réservoirs d'extension. La plupart des fabricants ignorent de manière conservatrice ce terme car il est petit et pas plus grand que les termes déjà ignorés dans l'équation ci-dessus. Ignorer ce terme entraîne l'équation ci-dessous:
$$V_t = frac{(((v_h/v_c) – 1) V_s)}{(P_s/P_i) – (P_s/P_{max})}$$Le numérateur est le volume de l'eau élargie, Ve , car il se réchauffe des températures minimales à maximales, donc l'équation peut être écrite:
$$V_t = frac{V_e}{frac{P_s}{P_i} – frac{P_s}{P_{max}}}$$Où:
$$V_e = (v_h/v_c – 1) V_s$$L'équation peut être encore simplifiée en fonction du style de réservoir utilisé.
Réservoir
Pour les réservoirs ventilés, les pressions sont toutes les mêmes et le dominateur se limite à 1, donc la taille du réservoir est simplement le volume de l'eau élargie:
$$V_t = V_e$$Réservoir fermé (pas de précharge)
Pour les réservoirs en acier nature non ventilés, la pression de départ est généralement une pression atmosphérique avec le réservoir vide (pas de précharge). Le réservoir est ensuite connecté à l'eau de maquillage, qui fait pression sur le réservoir à la pression de remplissage en déplaçant l'air dans le système, gaspillant essentiellement une partie du volume du réservoir. L'équation de dimensionnement est donc:
$$V_l = frac{V_e}{frac{P_a}{P_i} – frac{P_a}{P_{max}}}$$Où, Pun = pression atmosphérique
Réservoir préchaté
Pour tout réservoir précharge à la pression initiale requise, y compris le diaphragme et les réservoirs de vessie correctement chargés, mais aussi les réservoirs en acier ordinaire fermé s'ils sont préchangés, Ps est égal à pje L'équation de dimensionnement réduit donc:
$$V_t = frac{V_e}{1 – frac{P_i}{P_{max}}}$$Notez que cette équation ne s'applique que lorsque le réservoir est précharge au Pje . Les réservoirs sont facturés en usine à un précharge standard de 12 psig (83 kpag).
Réservoir fermé
Pour les pressions de précharge souhaitées plus élevées, une commande spéciale peut être faite à partir de l'usine ou l'entrepreneur doit augmenter la pression avec de l'air comprimé ou une pompe à main. Mais il n'est pas rare que cela soit négligé. Cette surveillance peut être compensée en dimensionnement le réservoir en utilisant l'équation ci-dessous (en supposant la pression atmosphérique au niveau de la mer):
$$V_t = frac{V_e}{frac{26.7}{P_i} – frac{26.7}{P_{max}}}$$(12 psig / 26,7 psia [83 kpag / 184 kpaa] Precharge). Cela augmentera la taille du réservoir par rapport à un réservoir correctement préchargé.
ASME COULEUR ET PRESSION PRESSIORD CODE-2015, Section VI
ASME COULER ET CODE DES VAISSEURS DE PRESSION-2015, section VI, comprend des équations de dimensionnement (tout comme l'UMC et IMC, qui extraient les équations textuellement), comme le montre l'équation ci-dessous, avec des variables révisées pour correspondre à celles utilisées dans cet article:
$$V_t = frac{V_s(0.00041T_h – 0.0466)}{frac{P_a}{P_i} – frac{P_a}{P_{max}}}$$En comparant le dénominateur de cette équation à l'équation pour le réservoir fermé (pas de précharge), cette formule est clairement pour dimensionner un réservoir non reproducteur; Il surestimera la taille d'un réservoir précharge. Le numérateur est un ajustement courbe de Ve ; Il assume une température minimale de 65 ° F (18 ° C) et n'est précis que dans la plage d'environ 170 ° F à 230 ° F (77 ° C à 110 ° C) la température de fonctionnement moyenne. Par conséquent, cette équation ne peut pas être utilisée pour l'eau chaude à très haute température (par exemple 350 ° F [177 ° C]), l'eau du condenseur fermé ou les systèmes d'eau réfrigérés.
Auteur: Steven T. Taylor, PE
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