Tanque de expansão para abastecimento de água: escolha, estrutura, instalação e conexão

Um sistema de abastecimento de água autônomo, que fornece água diretamente aos pontos de consumo como em um apartamento urbano, deixou de ser uma novidade há muito tempo. É uma norma na vida suburbana que precisa ser projetada, montada e equipada com dispositivos capazes de ligar e parar o sistema conforme o uso das torneiras.

A operação estável de uma rede independente será garantida por um tanque de expansão para abastecimento de água. Ele protegerá contra golpes de aríete, prolongará significativamente a vida útil do equipamento de bombeamento, garantirá o enchimento regular do sistema com água e evitará a necessidade de carregá-la em baldes.

Temos o prazer de apresentar as características do dispositivo e o princípio de funcionamento do hidroacumulador. Descrevemos meticulosamente as regras para escolher o tanque de membrana, as especificidades da montagem e conexão. Complementamos as informações propostas com ilustrações úteis, diagramas e vídeos tutoriais.

Características dos tanques de expansão fechados

O tanque hidropneumático (ou hidroacumulador, tanque de expansão) é um recipiente metálico hermético que serve para manter uma pressão estável no sistema de encanamento e criar reservas de água de diferentes volumes.

À primeira vista, a escolha e instalação deste dispositivo não deve causar dificuldades — em qualquer loja online é possível ver muitos modelos que apenas diferem ligeiramente em forma e volume, mas não diferem significativamente em sua funcionalidade.

Não é bem assim. No dispositivo do tanque de expansão e no princípio de seu funcionamento há muitos detalhes.

Características do dispositivo e construção

Diferentes modelos de tanques de expansão podem ter limitações quanto ao modo de uso — alguns são projetados apenas para água técnica, outros podem ser usados para água potável.

Quanto à construção, os hidroacumuladores se distinguem em:

• reservatórios com bolsa substituível;
• reservatórios com membrana fixa;
• hidroacumuladores sem membrana.

De um lado do reservatório com membrana removível (no tanque com conexão inferior — na parte inferior) há um flange especial com rosca, ao qual a bolsa é fixada. No lado oposto há um bico para inflar ou aliviar ar ou gás. Ele é projetado para conexão a uma bomba de ar comum para automóveis.

No tanque com bolsa substituível, a água é bombeada para dentro da membrana, sem contato com a superfície metálica. A substituição da membrana é feita desapertando o flange, preso por parafusos. Em reservatórios grandes, para estabilizar o enchimento, a parede traseira da membrana é adicionalmente fixada ao bico.

A vida útil da bolsa substituível depende das configurações de pressão do ar no compartimento de gás do hidroacumulador. Às vezes, para criar uma reserva maior de água, o usuário reduz a quantidade de ar e aumenta a quantidade de água na bolsa. Isso faz com que a membrana toque a parede do tanque, causando desgaste rápido.

O espaço interno do tanque com membrana fixa é dividido por ela em dois compartimentos. Em um está o gás (ar), no outro entra a água. A superfície interna desse reservatório é revestida com tinta resistente à umidade.

Na maioria das vezes, os tanques com membrana fixa são usados para sistemas de aquecimento. Como a membrana é um elemento que falha muito mais rapidamente, a vida útil desse tanque é menor do que a de um dispositivo com bolsa substituível.

Existem também hidroacumuladores sem membrana. Neles, os compartimentos de água e ar não são separados. Seu princípio de funcionamento também é baseado na pressão mútua da água e do ar, mas com essa interação aberta ocorre a mistura das duas substâncias.

A vantagem desses dispositivos é a ausência de membrana ou bolsa, que é o ponto fraco nos hidroacumuladores comuns.

Externamente, os tanques de expansão podem ser divididos apenas em modelos horizontais e verticais, mas seus parâmetros de trabalho podem ser muito diferentes.

A difusão da água e do ar exige que a manutenção dos tanques seja feita com bastante frequência. Cerca de uma vez por estação, é necessário reabastecer o ar, que gradualmente se mistura com a água. A diminuição significativa do volume de ar, mesmo com a pressão normal no tanque, torna-se a causa do acionamento frequente da bomba.

Os acumuladores hidráulicos em sistemas de abastecimento de água reduzem a probabilidade de ocorrência de golpes de aríete, protegem as bombas contra acionamentos excessivamente frequentes, permitem formar uma reserva de água e manter a pressão no circuito.

Princípio de funcionamento do hidroacumulador

Os tanques hidráulicos fechados para abastecimento de água funcionam de acordo com o seguinte esquema: a bomba fornece água para a bolsa, enchendo-a gradualmente, a membrana se expande e ocorre a compressão do ar que está entre a bolsa e o corpo metálico.

Quanto mais água entra na bolsa, mais ela pressiona o ar, que, por sua vez, tende a empurrá-la para fora do reservatório. Como resultado, a pressão no tanque aumenta, o que leva ao desligamento da bomba.

Por algum tempo, quando ocorre o consumo de água no sistema, o ar comprimido mantém a pressão. Ele empurra a água para o encanamento. Quando a quantidade de água na membrana diminui a ponto de a pressão cair até o limite inferior, o relé é acionado, ligando a bomba novamente.

No tanque hidráulico, ocorre uma interação constante entre a água e o gás, separados um do outro por uma membrana de borracha. O volume de líquido dentro do dispositivo é regulado pela quantidade de gás (sua pressão) (+).

Classificação por área de aplicação

Não se deve confundir os tanques para abastecimento de água e para sistema de aquecimento, portanto, ao escolher, é necessário saber a sua finalidade. Para uma identificação clara, os fabricantes pintam os hidroacumuladores para aquecimento na cor vermelha e os para abastecimento de água na cor azul.

No entanto, alguns fabricantes não seguem essa marcação, portanto, as seguintes características podem servir como um traço distintivo dos dispositivos:

• para abastecimento de água, a temperatura máxima de uso do hidroacumulador será de até 70 °C, a pressão admissível pode chegar a 10 bar;
• os dispositivos destinados ao sistema de aquecimento podem suportar temperaturas de até +120 °C, a pressão de trabalho do tanque de expansão geralmente não ultrapassa 1,5 bar.

Todos os parâmetros mais importantes estão indicados na tampa decorativa (plaqueta), que cobre o bocal.

Dispositivo destinado ao sistema de aquecimento, serve como reservatório adicional, permitindo que o fluido de aquecimento se expanda livremente quando aquecido. Sem ele, o sistema está condenado à destruição.

A lista de funções que o tanque hidráulico desempenha no sistema de água fria (AF) é muito mais ampla:

• Manutenção de uma pressão constante e uniforme na tubulação. Graças à pressão do ar, a pressão é mantida por algum tempo mesmo com a bomba desligada, até que caia ao mínimo estabelecido e a bomba volte a funcionar. Dessa forma, a pressão no sistema é mantida mesmo com o uso simultâneo de vários dispositivos hidráulicos.
• Proteção contra desgaste do equipamento da bomba. A reserva de água contida no tanque permite usar a tubulação por algum tempo sem ligar a bomba. Isso reduz o número de acionamentos da bomba por unidade de tempo e prolonga sua vida útil.
• Proteção contra golpe de aríete. Um aumento abrupto de pressão na tubulação ao ligar a bomba pode atingir 10 ou mais atmosferas, afetando negativamente todos os elementos do sistema. O tanque de membrana absorve o impacto, equalizando a pressão.
• Criação de reservas de água. Quando a eletricidade é cortada, o sistema de abastecimento de água ainda fornecerá água por algum tempo, embora breve.

Para a tubulação do aquecedor de água, são utilizados tanques de expansão que podem suportar altas temperaturas.

Materiais para equipamentos hidropneumáticos

A membrana do tanque de expansão é fabricada com diferentes materiais, que suportam diferentes faixas de temperatura durante a operação.

Em hidroacumuladores, são utilizados:

• Borracha natural de caucho — NATURAL. O material pode entrar em contato com água potável, é usado para acumulação de água fria. Com o tempo, pode começar a vazar água. Suporta temperaturas de -10 a 50 °C acima de zero.
• Borracha sintética butílica — BUTYL. É a mais versátil, impermeável, usada em estações de abastecimento de água, adequada para água potável. A temperatura de operação pode variar de -10 a 100 °C.
• Borracha sintética de etileno-propileno — EPDM. Mais permeável à água que a anterior, pode entrar em contato com água potável. A faixa de temperatura permitida é de -10 a 100 °C.
• A borracha SBR é usada apenas para água técnica. A temperatura de uso é a mesma das marcas anteriores.

Para organizar o abastecimento de água fria, é necessário escolher tanques com bexiga fabricada em borracha alimentícia com propriedades elásticas aprimoradas, que permitem amortecer melhor os golpes de aríete e manter uma pressão estável da água no sistema.

O corpo do tanque é geralmente fabricado em aço liga resistente à corrosão, revestido externamente com pintura. Também é possível encontrar no mercado tanques de aço inoxidável, muito resistentes, porém caros.

Cálculo do volume do tanque antes da escolha

Tanques com capacidade de 24 a 1000 litros são colocados à venda. Qual escolher será indicado pelos cálculos, cujo resultado deve ser arredondado para cima. Ao escolher um tanque com membrana removível, lembre-se de que o volume de água ocupa 30% do volume total do recipiente, ou seja, em um reservatório de 100 litros, a reserva de água será de aproximadamente 30 litros.

A tabela demonstra a relação entre os parâmetros de pressão do ar no compartimento de gás do hidroacumulador com as configurações do relé e o tamanho do tanque (+)

A peculiaridade dos tanques pequenos é que eles muitas vezes não possuem uma válvula para purgar o ar da bexiga de borracha. Isso pode causar inconvenientes na operação. Os tanques grandes possuem essa válvula e, além de fornecer uma reserva maior de água, lidam melhor com a manutenção de uma pressão estável no sistema.

O cálculo do volume total do hidroacumulador para um sistema de abastecimento de água do tipo fechado é feito pela seguinte fórmula:

Vt=K*Amax*((1+Pmax)*(1+Pmin))/(Pmax-Pmin)*(1+P_ar).

onde:

• Vt — volume total do hidroacumulador;
• Amax – consumo máximo possível de água por minuto, litro;
• K – coeficiente (ver tabela), dependente da potência da bomba;
• P_max – configurações do relé ao desligar o equipamento, bar;
• P_min – configurações do relé ao ligar o equipamento, bar;
• P_ar – pressão no hidroacumulador (em sua câmara de gás), bar.

O coeficiente K pode ser determinado pela tabela a seguir:

Tabela do coeficiente K, dependente da potência da bomba, para cálculo do volume total do hidroacumulador de tipo fechado para abastecimento de água

Alguns fabricantes também calculam o volume do hidroacumulador de outra forma:

A empresa Dzhileks, que fabrica uma ampla linha de equipamentos para sistemas de abastecimento de água e aquecimento, oferece mais uma fórmula para a determinação rápida do volume do hidroacumulador.

Orientação horizontal e vertical

A escolha entre um tanque vertical e horizontal depende das características do ambiente. Se o cômodo for pequeno ou o volume do tanque for grande, para não ocupar muito espaço, instala-se um tanque vertical.

O tanque horizontal tem menor capacidade, pode ser pendurado na parede e também servir de suporte para a instalação de uma bomba de superfície. Para sua montagem, são fornecidos fixadores especiais. Tanques grandes são produzidos apenas na versão vertical e instalados sobre pés.

Resumindo tudo o que foi dito acima, pode-se notar que a escolha do hidroacumulador deve ser feita entre as seguintes características distintivas:

• pressão de trabalho;
• país de fabricação;
• volume maior ou menor;
• membrana de borracha substituível ou não;
• membrana para água técnica ou potável;
• material do corpo – aço inoxidável ou esmaltado.

Para que no futuro não haja dificuldades com a substituição de componentes, é melhor escolher os modelos mais comuns dos dispositivos. As bexigas de borracha para eles estão sempre disponíveis para venda; se for necessária uma substituição urgente, não será necessário esperar muito pela entrega.

Esquemas de conexão dos hidroacumuladores

Para o sistema de água quente sanitária, a instalação do tanque de expansão é realizada no trecho da linha de circulação, na linha de sucção da bomba, mais próximo do aquecedor de água.

O tanque é equipado com:

• manômetro, válvula de segurança, purgador de ar – grupo de segurança;
• válvula de bloqueio com dispositivo que evita o fechamento acidental.

Em um sistema de abastecimento de água onde há equipamento de aquecimento de água, o dispositivo assume as funções de um tanque de expansão.

Esquema de instalação no sistema de AQS: 1 – hidroacumulador; 2 – válvula de segurança; 3 – equipamento de bombeamento; 4 – elemento de filtragem; 5 – válvula de retenção; 6 – torneira de bloqueio

No sistema de água fria, a regra principal ao instalar o hidroacumulador é a montagem no início da tubulação, próximo à bomba.

No esquema de conexão, estão obrigatoriamente presentes:

• válvula de retenção e válvula de bloqueio;
• grupo de segurança.

Os esquemas de conexão podem ser muito diferentes. O hidrobô conectado normaliza o funcionamento do equipamento, reduzindo o número de acionamentos da bomba por unidade de tempo e, assim, prolongando sua vida útil.

Esquema de montagem no sistema de água fria com poço: 1 – tanque; 2 – válvula de retenção; 3 – torneira de fechamento; 4 – relé para regulação de pressão; 5 – dispositivo de controle do equipamento da bomba; 6 – grupo de segurança

No esquema com estação elevatória de bombeamento, uma das bombas funciona constantemente. Esse sistema é instalado para casas ou edifícios com alto consumo de água. O hidrobô aqui serve para neutralizar picos de pressão, e para acumular água é instalado um reservatório do maior volume possível.

Execução da instalação do tanque de expansão

Antes de iniciar os trabalhos, verifica-se se o hidroacumulador não apresenta danos. A instalação do dispositivo é realizada em uma sala com isolamento acústico, em temperatura positiva. Para ter acesso à torneira de drenagem, válvulas de fechamento, etc., a distância do tanque ao teto e às paredes deve ser de pelo menos 0,6 m.

Na sala, também é necessário prever a possibilidade de encher o tanque e drenar a água. Os fixadores e o local de montagem devem suportar 100% de enchimento do reservatório.

Para tanques de expansão com volume de até 30 litros, utiliza-se fixação na parede; reservatórios maiores são instalados sobre pés.

O hidroacumulador não deve estar sujeito a cargas mecânicas e estáticas; é indesejável permitir a ação de tubos e agregados sobre ele. O tanque é aparafusado ao chão usando almofadas de borracha. Na entrada do hidrobô, instala-se uma válvula de retenção e uma torneira de drenagem.

As etapas listadas eram necessárias para a montagem da conexão do hidroacumulador, que foi realizada na superfície. Para as próximas ações, é necessário deslocar-se para o poço de visita.

Após a montagem final do sistema, resta realizar os testes de controle e iniciar o circuito de abastecimento de água.

Características da regulagem do hidroacumulador

Os tanques de expansão para abastecimento de água são vendidos com as configurações padrão do fabricante — frequentemente a pressão no compartimento de ar já está ajustada no valor de 1,5 bar. A pressão permitida está sempre indicada na etiqueta e o fabricante não recomenda se desviar dos parâmetros definidos, especialmente no sentido de aumentá-la.

Antes de iniciar a regulagem, o sistema é desconectado da rede elétrica e as válvulas de fechamento são fechadas. O tanque de membrana é completamente esvaziado, drenando a água — a medição precisa da pressão só pode ser feita com o compartimento de água vazio.

Em seguida, são feitas as leituras de pressão com um manômetro preciso. Para isso, remove-se a tampa decorativa da válvula e aproxima-se o instrumento. Se a pressão for diferente da necessária, ajusta-se para o valor correto, bombeando ou liberando o excesso de ar.

Considerando que o fabricante é contra desvios dos valores de pressão recomendados, é necessário ainda na fase de projeto escolher o equipamento adequado, cujos parâmetros não entrem em conflito entre si.

Ao ajustar a pressão no compartimento de gás do tanque, o fabricante o preenche com gás inerte, por exemplo, nitrogênio seco. Isso evita a corrosão da superfície interna. Portanto, também é recomendado que os usuários utilizem nitrogênio técnico para aumentar a pressão.

Ajuste da pressão do tanque no sistema de abastecimento de água

A pressão no tanque de tipo fechado é sempre ajustada um pouco abaixo (10%) do nível de pressão na partida da bomba. Ao regular a pressão no dispositivo, é possível corrigir a pressão da água. Quanto menor for a pressão do gás no tanque hidráulico (mas não inferior a 1 bar), maior será a quantidade de água que ele poderá conter.

A pressão então se torna irregular — forte quando o reservatório está cheio e cada vez mais fraca quando ele esvazia. Para garantir um fluxo de água forte e uniforme, a pressão na câmara de ar ou gás é ajustada entre 1,5 bar.

A pressão da água na tubulação é ajustada por meio do relé. Ao configurar a pressão na câmara de expansão, esses valores devem ser considerados.

Regulagem do hidroacumulador na conexão do aquecedor de água

O tanque de expansão utilizado para água quente sanitária não deve conter água inicialmente. A pressão no dispositivo é ajustada para um valor 0,2 acima do limite superior de desligamento da bomba.

Por exemplo, se o relé estiver configurado para desligar o equipamento a 4 bar de pressão, a pressão no compartimento de gás do tanque de expansão deve ser ajustada em 4,2 bar.

Instalado no circuito do aquecedor de água, o tanque não serve para manter a pressão. Ele tem a função de compensar a expansão quando a água é aquecida. Se a pressão for ajustada para um valor mais baixo, o tanque ficará constantemente cheio de água.

Regras de manutenção do hidroacumulador

A inspeção programada do tanque de expansão consiste em verificar a pressão no compartimento de gás. Também é necessário inspecionar as válvulas, as válvulas de fechamento, o purgador de ar, verificar o funcionamento do manômetro e do relé de pressão de água. Para garantir a integridade do tanque, realiza-se uma inspeção visual.

Durante a manutenção preventiva, deve-se medir a pressão no tanque hidropneumático e corrigi-la, se necessário.

Apesar de sua simplicidade, os tanques de expansão para abastecimento de água não são eternos e podem quebrar. As causas típicas são ruptura da membrana ou perda de ar pelo bico. Os sinais de falha podem ser identificados pelo acionamento frequente da bomba ou pelo aparecimento de ruído no sistema de tubulação. Compreender o princípio de funcionamento do hidroacumulador é o primeiro passo para a manutenção adequada e a solução de problemas.

Montagem do hidroacumulador de tipo aberto

O dispositivo de tipo aberto é cada vez menos utilizado, pois requer intervenção constante do usuário. O tanque de expansão aberto é um recipiente não vedado que serve para gerar pressão na tubulação de água, acumular água e também funcionar como câmara de expansão.

Ao tanque são conectados: uma torneira de drenagem, conexões para o tubo de recirculação e de alimentação, e um tubo de controle e de transbordamento.

O tanque é instalado acima do ponto sanitário mais alto, por exemplo, no sótão, e a água entra no sistema por gravidade. Cada metro que o dispositivo é elevado aumenta a pressão na tubulação em 0,1 atmosfera.

Para automatizar o processo de abastecimento de água, o tanque é equipado com uma chave flutuante e um relé automático é instalado para ligar e desligar a bomba.

O reservatório é montado em um ambiente sem gelo, coberto com uma tampa para proteção contra poeira e detritos, e as paredes são envolvidas com lã mineral ou outro isolante térmico.

Esse método de organização do abastecimento de água requer monitoramento regular pelo usuário, caso contrário, a água pode congelar em temperaturas negativas (se o ambiente não for aquecido). O líquido evaporará, portanto, será necessário reabastecê-lo constantemente.

Além disso, esse reservatório é volumoso e pouco estético, sendo necessário ter um sótão em casa para ele. Mas a principal desvantagem do dispositivo é que o tanque não é adequado para trabalhar sob alta pressão de água no sistema.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Tudo sobre tanques de expansão — classificação, finalidade, ajuste e sinais de problemas:

Vídeo #2. O funcionamento inadequado da estação de bombeamento geralmente está relacionado a falhas no acumulador hidráulico:

Vídeo #3. Nuances na escolha de tanques hidráulicos para abastecimento de água:

Ainda na fase de planejamento e desenvolvimento do sistema de abastecimento de água, é necessário considerar todos os pontos importantes e calcular todos os parâmetros. Se não houver confiança na infalibilidade dos seus cálculos e na escolha correta do tanque hidráulico para abastecimento de água, é melhor consultar especialistas.

A maioria das empresas que vendem equipamentos profissionais oferece consultoria ou até mesmo realiza cálculos gratuitamente. Isso ajuda a evitar erros e gastos desnecessários.

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