Su ısıtıldığında genleşir. Bu genleşme kapalı bir sistemde meydana gelirse tehlikeli su basınçları oluşabilir. Bir kullanım sıcak suyu sistemi, sıcak su armatürleri kapalı olduğunda ve soğuk su besleme borularında geri akış önleyiciler veya kullanım sıcak suyu sistemini kullanım suyu beslemesinin geri kalanından izole edebilen başka herhangi bir cihaz bulunduğunda kapalı bir sistem olabilir.
Bu basınçlar, su ısıtıcısı üzerindeki tahliye vanasının yerinden çıkacağı bir noktaya kadar hızla yükselebilir, böylece basıncı tahliye edebilir, ancak aynı zamanda tahliye vanasının bütünlüğünü tehlikeye atabilir.
Bir su ısıtıcısına monte edilmiş bir tahliye vanası, bir kontrol vanası değil, bir emniyet vanasıdır. Sürekli kullanım için tasarlanmamıştır veya amaçlanmamıştır. Tekrarlanan aşırı basınçlar ekipman ve boru arızasına ve kişisel yaralanmaya yol açabilir.
Uygun şekilde boyutlandırıldığında, kapalı sisteme bağlı bir genleşme tankı su genleşmesi için ek sistem hacmi sağlarken, bir kullanım sıcak suyu sisteminde istenen maksimum basıncı sağlar. Bunu, basınçlı bir hava yastığı kullanarak yapar (aşağıdaki şekil). Aşağıdaki tartışma, bir evsel sıcak su sistemi için bir genleşme tankının nasıl boyutlandırılacağını ve tasarım ve hesaplamaların arkasındaki teoriyi açıklamaktadır. Sıhhi tesisat endüstrisinde en yaygın kullanılan tip olan diyafram veya mesane tipi genleşme tankı kullanımına dayanır. Bu genleşme tankı tipi su ve havanın birbiriyle temas etmesine izin vermez.
Suyun Genişlemesi
140°F'deki bir pound su, 40°F'deki aynı pound sudan daha büyük bir hacme sahiptir. Başka bir deyişle, suyun özgül hacmi sıcaklık arttıkça artar.
Belirli bir sıcaklık koşulundaki suyun hacmi biliniyorsa, suyun genleşmesi aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Nerede:
- Vew = Suyun genleşmesi, galon
- Vs1 = 1 sıcaklığında sistem su hacmi, galon
- Vs2 = 2 sıcaklığında suyun sistem hacmi, galon
| Sıcaklık, ∘ F | Özgül Hacim, ft3/1 pound = 0.45 kg |
| 40 | 0.01602 |
| 50 | 0.01602 |
| 60 | 0.01604 |
| 70 | 0.01605 |
| 80 | 0.01607 |
| 90 | 0.01610 |
| 100 | 0.01613 |
| 110 | 0.01617 |
| 120 | 0.01620 |
| 130 | 0.01625 |
| 140 | 0.01629 |
| 150 | 0.01634 |
| 160 | 0.01639 |
Vs1 başlangıç sistem hacmidir ve kullanım sıcak suyu sisteminin hacmi hesaplanarak belirlenebilir. Bu, su ısıtma ekipmanının hacminin boruların ve sıcak su sisteminin diğer herhangi bir bölümünün hacmine eklenmesini gerektirir.
Vs2 tasarım sıcak su sıcaklığında suyun genişletilmiş sistem hacmidir. Vs2 Vs cinsinden ifade edilebilir1. Bunu yapmak için, her iki koşulda da suyun ağırlığına bakın.
Ağırlık (W) 1 sıcaklığında su (T1) T'deki suyun ağırlığına eşittir2veya W1 = W2. T'de1, W1 = Vs1/vsp1ve benzer şekilde T'de2, W2 = Vs2/vsp2, burada vsp, iki sıcaklık koşulunda suyun özgül hacmine eşittir. (Belirli hacim verileri için yukarıdaki Tabloya bakın.)
W'den beri1 = W2, sonra:
Vs için çözme2:
Örnek 1:
Bir evsel sıcak su sisteminde 1.000 galon su vardır. 1.000 galon, 40°F sıcaklıktan 140°F sıcaklığa ne kadar genişleyecek?
Yukarıdaki Tablodan vsp1 = 0,01602 (40°F'de) ve vsp2 = 0,01629 (140°F'de). Denklemi Kullanmak:
Bunun su genleşmesi miktarı olduğunu ve gereken genleşme tankının boyutuyla karıştırılmaması gerektiğini unutmayın.
Malzemenin Genişletilmesi
Genleşme deposu tüm su genleşmesini alacak mı?
Cevap yok hayır, çünkü sadece su genişlemiyor. Boru tesisatı ve su ısıtma ekipmanı da sıcaklık artışıyla genişler. Bu malzemelerin herhangi bir genleşmesi, genleşme tankı tarafından alınan su genleşmesinin daha azıyla sonuçlanır. Buna bakmanın başka bir yolu da şu şekildedir:
Venet = Vew – Vemat
- Venedik = Genleşme deposu tarafından alınan suyun net genleşmesi, galon
- Vav = Suyun genleşmesi, galon
- hayvan = Malzemenin genleşmesi, galon
Her malzemenin sıcaklıktaki belirli bir değişiklik başına yaşadığı genleşme miktarını belirlemek için, doğrusal genişleme katsayısı o malzeme için.
Bakır için doğrusal genleşme katsayısı 9,5 × 10–6 inç/inç/°F ve çelik için 6,5 × 10–6 inç/inç/°F.
Doğrusal genleşme katsayısından, bir malzemenin hacimsel genleşme katsayısı belirlenebilir. Hacimsel genleşme katsayısı, lineer genleşme katsayısının üç katıdır.:
ß=3α
ß = Hacimsel genleşme katsayısı
α = Doğrusal genişleme katsayısı
Böylece, bakır için hacimsel katsayı 28,5 × 10–6 galon/galon/°F ve çelik için 19,5 × 10–6 galon/galon/°F. Malzeme, sıcaklıktaki bir artışla orantılı olarak genişleyecektir.
Vemat = Vmat × ß (T2 – T1)
Venet = Vew – [Vmat1×ß1 (T2 - T1)+Vmat2×ß2 (T2 - T1)]
Nominal Boru Hacmi
| Boru Hacmi, gal/lineer ft boru | |
| Boru Boyutu, in. | 0,02 0,02 0,02 |
| 1 / 2 1 / 2 1//2 | 0,03 0,03 0,03 |
| 3 / 4 3 / 4 3//4 | 0,04 0,04 0,04 |
| 1 | 0,07 0,07 0,07 |
| 11 / 4 11 / 4 11//4 | 0,10 0,10 0,10 |
| 11 / 2 11 / 2 11//2 | 0,17 0,17 0,17 |
| 2 | 0,25 0,25 0,25 |
| 21 / 2 21 / 2 21//2 | 0,38 0,38 0,38 |
| 3 | 0,67 0,67 0,67 |
| 4 | 1,50 1,50 1,50 |
| 6 | 2,70 2,70 2,70 |
| 8 |
Örnek 2:
Bir evsel sıcak su sisteminde 900 galon hacimli çelikten yapılmış bir su ısıtıcısı vardır. 100 fit 4 inç boruya, 100 fit 2 inç boruya, 100 fit 1½ inç boruya ve 300 fit ½ inç boruya sahiptir. Tüm borular bakırdır. Suyun başlangıç sıcaklığının 40°F ve son sıcaklığının 140°F olduğu varsayılarak, (1) her malzeme ne kadar genişleyecek, ve 2) Bir genleşme deposunun göreceği suyun net genleşmesi nedir??
Denklemi Kullanmak hayvan çelik için (malzeme no. 1), Vmat1 = 900 galon ve Vemat1 = 900 (19,5 × 10–6)(140 – 40) = 1,8 galon. Bakır için (malzeme no. 2), her bir boru boyutunun hacmini belirlemek için önce yukarıdaki Tabloya bakın:
- 4 inç = 100 x 0,67 = 67 galon
- 2 inç = 100 x 0,17 = 17 galon
- 1½ inç = 100 x 0,10 = 10 galon
- ½ inç = 300 x 0,02 = 6 galon
Denklemi Kullanarak bakır boruların toplam hacmi = 100 galon hayvan bakır için, Vmat2 = 100 galon ve Vemat2 = 100 (28,5 × 10–6)(140 – 40) = 0,3 galon.
İlk sistem su hacmi (Vs1) eşittir Vmat1 + Vmat2veya 900 galon + 100 galon. İtibaren Son örnek40°F'den 140°F'ye çıkan 1.000 galon su 16.9 galonu genişletir. Böylece, Denklem kullanılarak Venedik, Venet = 16,9 – (1,8 + 0,03) = 15 galon. Bu, genleşme deposunun göreceği net su genleşmesi miktarıdır. Bir kez daha, bunun gereken genleşme deposu boyutunun olmadığını unutmayın..
Boyle Kanunu
Genleşme deposunun ne kadar su genleşmesi göreceğini belirledikten sonra, genleşme deposundaki hava yastığının tasarımcının sistem basıncını sınırlamasına nasıl izin verdiğine bakmanın zamanı geldi.
Boyle yasası, sabit bir sıcaklıkta, belirli bir mükemmel gaz ağırlığının kapladığı hacmin (pratik amaçlar için atmosferik hava dahil) mutlak basınçla (gösterge basıncı + atmosfer basıncı) ters yönde değiştiğini belirtir. Aşağıdakilerle ifade edilir:
P1V1 = P2V2
nerede
- P1 =İlk hava basıncı, pound/inç kare mutlak (psia)
- V1 = İlk hava hacmi, galon
- P2 = Nihai hava basıncı, psia
- V2 = Nihai hava hacmi, galon
Bu yasa, evsel sıcak su sistemlerindeki genleşme tanklarının boyutlandırılmasıyla nasıl ilişkilidir?
Genleşme deposundaki hava yastığı, genleşen suyun girebileceği bir alan sağlar. Su genişledikçe ve depoya girerken depodaki havanın hacmi azalır. Hava hacmi azaldıkça, hava basıncı artar.
Boyle yasasını kullanarak, havanın ilk hacmi (yani, genleşme deposunun boyutu) aşağıdakilere dayanmalıdır:
- İlk su basıncı,
- İstenen maksimum su basıncı ve
- Havanın ilk hacmindeki değişiklik.
Yukarıdaki denklemi kullanmak için, havanın basıncının her koşulda suyun basıncına eşit olduğunu fark edin ve Figureabove'daki 1. koşulda ve 2. koşulda hava sıcaklığının sabit kaldığını varsayın.
Genleşme deposu su ısıtıcısının soğuk su tarafına takılıysa, bu varsayım oldukça doğrudur. Unutmayın, bir genleşme deposunu boyutlandırırken, tasarımcı bir su deposunu değil, bir hava deposunu boyutlandırıyor.
Yukarıdaki Şekil'e bakıldığında, koşul 1'de tankın ilk hava basıncı yükü, P1, diyaframın diğer tarafında gelen su basıncına eşittir. Tanktaki ilk hava hacmi, V1, ayrıca genleşme deposunun boyutudur. Tanktaki son hava hacmi, V2, ayrıca V olarak ifade edilebilir1 eksi suyun net genleşmesi (Venet).
2, P koşulundaki havanın basıncı2, nihai sıcaklıkta kullanım sıcak suyu sisteminin istenen maksimum basıncı ile aynı basınçtır, T2. P2 şofben üzerindeki emniyet valfi ayarından her zaman daha düşük olmalıdır.
Boyle yasasını kullanarak:
- V1 = İstenen sistem basıncını korumak için gereken genleşme tankının boyutu, P2, galon
- Venet= Suyun net genleşmesi, galon P1 = Gelen su basıncı, psia (Not: Mutlak basınç, gösterge basıncı artı atmosfer basıncı veya 50 psig = 64,7 psia'dır.)
- P2 = İstenen maksimum su basıncı, psia
Örnek 3:
bölümünde açıklanan kullanım sıcak suyu sistemine tekrar bakıldığında Örnek 2, Soğuk su besleme basıncı 50 psig ve istenen maksimum su basıncı 110 psig ise, hangi boyutta genleşme tankı gerekir?
Örnek 2 Venet'in 15 galona eşit olduğunu belirledi. Verilen basınçları mutlak değerlere çevirerek ve yukarıda açıklanan Denklemleri kullanarak, ihtiyaç duyulan genleşme tankının boyutu şu şekilde belirlenebilir:
Not: Genleşme deposunu seçerken, deponun diyaframının veya mesanesinin 15 galon su (Venet) kabul edebildiğinden emin olun.
