Tanque de expansão para aquecimento de tipo aberto: estrutura, finalidade, tipos principais + dicas para o cálculo do tanque

Nas realidades de hoje, o tanque de expansão para aquecimento do tipo aberto já perdeu, de forma irreversível, a competição para o recipiente fechado mais moderno e eficiente.

No entanto, o equipamento moralmente obsoleto ainda é amplamente utilizado. E em algumas situações, até possui certas vantagens sobre os tanques de membrana tecnológicos.

Neste material, analisaremos sua finalidade e características construtivas, além de conhecer o princípio de funcionamento e as regras de cálculo desse tipo de tanque.

Finalidade do tanque em sistemas de tipo aberto

O referido dispositivo é usado em sistemas de aquecimento para evitar danos quando o volume e a pressão do refrigerante aumentam, o que ocorre durante o aquecimento.

Para ser preciso, quando a temperatura da água que circula no sistema aumenta de 5 a 100 °C, seu volume aumenta em 4%. E isso é muito, pois não há espaço para ela nos tubos e radiadores — não há espaço livre.

O excesso de refrigerante do sistema de aquecimento é empurrado para o tanque de expansão do tipo aberto, evitando danos às suas peças devido ao aumento da pressão. Isso ocorre porque a água não pode ser comprimida e ela própria aumenta significativamente de volume quando a temperatura aumenta. Após o resfriamento, o refrigerante retorna ao sistema de aquecimento.

Como resultado, algumas centenas de gramas em um pequeno sistema de aquecimento ou alguns litros em um sistema bastante grande elevam a pressão a valores críticos e causam poderosos golpes de aríete.

Isso leva ao esmagamento das juntas, quebra de conexões, radiadores e reparos caros — tudo isso no momento mais inoportuno.

E depois que a temperatura do refrigerante diminuir, seu excesso volta a ser necessário para o funcionamento eficiente do sistema, portanto deve ser devolvido, e na íntegra. Em caso de evaporação, as reservas de líquido devem ser reabastecidas.

Características distintas do tanque aberto

Esses tanques são extremamente simples — como tanque de expansão, sempre pode ser usado um balde comum, um recipiente feito especialmente de materiais improvisados, uma garrafa, algo semelhante.

Características construtivas do recipiente

Os principais requisitos para a construção são:

• presença de volume suficiente;
• falta de estanqueidade.

Ou seja, a ausência de tampa é até permitida, embora seja desejável – protege contra a entrada de partículas de sujeira no sistema de aquecimento.

O reservatório que se pretende usar como tanque de expansão deve ser equipado com um bocal ao qual é conectado o tubo do sistema de aquecimento. Este é o único acessório obrigatório.

A estrutura de qualquer tanque de expansão é extremamente simples – ele consiste em um recipiente comum, equipado com uma ou mais entradas/saídas. Isso permite que o excesso de líquido se acumule e seja drenado. Os tanques mais tecnológicos são equipados com entrada de água e torneira de drenagem, necessária para transportar a água para o esgoto quando o volume de excesso é muito grande.

Mas para conforto e para evitar pequenos inconvenientes, é desejável usar os seguintes acessórios:

• Mangueira ou tubo de transbordo — tal elemento estrutural é necessário em caso de enchimento excessivo do tanque de expansão. Ou seja, este elemento estrutural, desviando o líquido para o esgoto ou simplesmente para fora do edifício, elimina a possibilidade de inundação.
• Tubo de abastecimento de água — é necessário para reabastecer o sistema de aquecimento com água. É perfeitamente possível viver sem ele, mas deve-se entender que o procedimento mencionado terá que ser feito com um balde nas mãos. Embora, neste último caso, a estrutura seja mais barata.

Como os tanques de expansão são frequentemente instalados em sótãos, deve-se cuidar do seu isolamento térmico. Isso evitará o congelamento do líquido e a falha de todo o sistema.

Como fluido de transferência de calor, apenas água comum pode ser usada. Porque os anticongelantes modernos e eficientes evaporam rapidamente em tanques abertos. Isso leva a um aumento significativo no custo de todo o processo de aquecimento do ambiente.

Além disso, os vapores dos anticongelantes são quase sempre tóxicos, o que afeta a saúde dos moradores. Mais sobre os tipos de fluidos de transferência de calor para sistemas de aquecimento e suas características, contamos neste material.

Forma e material de fabricação

A forma do tanque não tem importância fundamental, portanto pode ser qualquer:

• redonda;
• retangular;
• trapezoidal, etc.

O material de fabricação pode ser qualquer metal ou até mesmo plástico, mas como o fluido de transferência de calor pode aquecer até temperaturas significativas, ele deve ser termorresistente.

Esta ilustração ajuda a entender o princípio de funcionamento do tanque de expansão. Na imagem à esquerda, mostra-se o fluido térmico em estado frio. Ele tem volume suficiente de sobra. Mas, quando o aquecimento começa (figura à direita), logo surge um excesso de água. Na verdade, o líquido extra é pouco, mas é o suficiente para encontrar um ponto fraco no sistema e causar um vazamento ou levar a uma avaria do equipamento.

Existem à venda várias opções de tanques de expansão abertos, entre os quais é fácil escolher o mais adequado. Ou ainda fabricar um reservatório caseiro com materiais disponíveis, que desempenhará a função de tanque de expansão.

Princípio de funcionamento do dispositivo

O tanque de expansão é parte dos sistemas de aquecimento mais simples, que funcionam de acordo com as leis da física. Quando o movimento do líquido pelos tubos e radiadores ocorre por gravidade, a energia para isso é fornecida pela diferença de pressão.

Para não interromper a troca natural de calor e a circulação da água, o reservatório de expansão deve ser instalado no ponto mais alto de todo o sistema de aquecimento, enquanto a caldeira deve ser o ponto mais baixo. Falamos mais detalhadamente sobre a instalação e conexão do tanque neste artigo.

Caso contrário, a presença do tanque não produzirá o efeito desejado. Isso não protegerá contra o aumento de pressão, golpes de aríete e as avarias subsequentes.

Uma vantagem importante dos reservatórios de expansão abertos é a sua acessibilidade. Por exemplo, é possível fabricar um tanque até mesmo com materiais disponíveis, que são abundantes em sítios e dependências de casas particulares. Qualquer recipiente metálico ou plástico do tamanho adequado pode se tornar um tanque de expansão, como mostra a foto

O próprio reservatório, com o fluido térmico frio, não participa do funcionamento do sistema de aquecimento.

Tudo muda quando o líquido é aquecido a temperaturas significativas e cria pressão excessiva nos tubos e radiadores, pois nessas situações o excesso é ativamente gerado e empurrado para o recipiente de expansão. Onde ele permanece até o fluido térmico esfriar, após o que retorna por gravidade para os tubos, radiadores e caldeira.

O procedimento descrito é realizado ciclicamente, ou seja, durante todo o período de operação do reservatório.

Devido ao fato de que o sistema de aquecimento é aberto, assim como o próprio tanque, a compensação dos efeitos da expansão não pode ser realizada sem a intervenção humana.

A razão é que o fluido térmico, estando em contato direto com o ar, evapora, e quanto mais é aquecido, mais ativo se torna esse processo.

Como resultado, o usuário precisa verificar regularmente o nível de água presente. E, conforme necessário, reabastecê-la.

A operação indicada é realizada usando um balde ou outro recipiente com água. Isso é desagradável, portanto o sistema pode ser automatizado, organizando o abastecimento de água a partir do sistema de abastecimento de água, seja ele local ou centralizado.

É importante saber que as formas geométricas e os cálculos precisos no caso de um tanque de expansão aberto não são absolutamente importantes. A principal condição para um funcionamento eficiente é a colocação no ponto mais alto do sistema e a existência de volume suficiente do tanque até o tubo de transbordamento.

Além disso, utilizando equipamento adicional, o procedimento descrito pode ser tornado totalmente autônomo.

Mas, nesse caso, perdem-se as vantagens mais importantes de todos os tanques abertos e sistemas de aquecimento:

• baixo custo;
• autonomia total, ou seja, independência da operacionalidade, funcionalidade e presença de quaisquer sistemas de engenharia no ambiente.

Todos os processos no tanque aberto ocorrem de acordo com o ciclo natural, sem a ajuda de bombas ou outros equipamentos.

Como resultado, para que o reservatório de expansão seja garantidamente útil, as dimensões do próprio sistema devem ser moderadas, ou seja, não se deve usá-lo para aquecer casas e edifícios cuja área exceda 100 m².

O local ideal para colocar os tanques de expansão são os sótãos aquecidos. Já que lá estará garantidamente o ponto mais alto do sistema, e essa solução também permite esconder a estrutura com baixas propriedades estéticas longe da vista.

Se essa regra for ignorada, isso pode levar a perdas financeiras significativas, pois será necessário realizar uma série de modificações para garantir a eficiência do tanque e de todo o sistema como um todo.

Além disso, a altura deve ser limitada. Já que é muito problemático alcançar o resultado esperado ao tentar aquecer dessa forma um edifício com mais de dois andares.

Como realizar o cálculo?

Conforme mencionado acima, qualquer tanque de expansão utilizado para aquecimento de tipo aberto se caracteriza pela simplicidade de construção e fabricação. E o cálculo das dimensões de tal produto não é mais complicado.

Para isso, pode-se utilizar fórmulas ou um método que consiste no cálculo aproximado do volume útil do reservatório.

Exemplo de uso da fórmula para calcular o volume necessário do reservatório. Com base no volume real de água que circula no circuito, calcula-se apenas o seu aumento quando aquecido a uma determinada temperatura, arredondando para cima. Em seguida, soma-se o resultado ao volume do líquido de arrefecimento no sistema de aquecimento e adiciona-se uma quantidade arbitrária de litros «como reserva».

Na realidade, para determinar a capacidade necessária do tanque, os proprietários de uma pequena casa de campo raramente usam fórmulas. Na maioria das vezes, calculam o volume aproximado do vaso de expansão, ao qual podem adicionar qualquer quantidade de litros por segurança.

Motivo: no caso de tanques abertos, os volumes extras não afetam significativamente o custo e, em alguns casos, não levam a nenhum aumento de preço.

Como resultado, todo o cálculo da capacidade se resume a determinar 10% do volume total do líquido de arrefecimento, que deve ser o valor mínimo do vaso de expansão.

A maneira mais fácil de fazer isso é no momento do projeto e criação do sistema de aquecimento, quando todos os parâmetros dos radiadores, tubos e outros elementos estruturais são conhecidos, ou podem ser facilmente descobertos através de medições. E então simplesmente somar os volumes de todos os componentes.

Embora os tanques de expansão abertos e os sistemas para os quais são destinados já tenham se tornado obsoletos, a disponibilidade e, acima de tudo, a alta autonomia os tornam procurados em condições longe das ideais. Por exemplo, se houver problema com o fornecimento estável de eletricidade ou se os proprietários não residirem permanentemente no local.

Se os dados iniciais forem desconhecidos, o método de cálculo mais prático é o empírico. Para isso, é necessário drenar toda a água do sistema e, em seguida, preenchê-lo com líquido de arrefecimento novamente.

Ao mesmo tempo, deve ser feita uma medição, que pode ser feita com um medidor ou usando um recipiente de volume conhecido. Depois disso, basta descobrir os 10% necessários do volume do líquido de arrefecimento, que servem como guia na fabricação ou compra do tanque.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo abaixo permitirá entender melhor o que são os tanques de expansão abertos, como são fabricados, instalados:

O próximo vídeo é dedicado a tanques caseiros para sistema de aquecimento:

O tanque de expansão aberto é considerado um dispositivo ultrapassado, assim como todo o tipo de sistema de aquecimento em que é utilizado. Ou seja, esse equipamento é ineficaz, pois seu funcionamento é acompanhado por perdas de calor significativas e o aquecimento é extremamente lento.

No entanto, a autonomia total, a independência, a facilidade de manutenção e o custo acessível tornam o tanque aberto procurado longe das condições estáveis das grandes cidades – em casas de campo, vilas, etc.

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