Corso di IMPIANTI TECNICI per l EDILIZIAl. Vaso di espansione. Prof. Paolo ZAZZINI Dipartimento INGEO Università G. D AnnunzioD

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1 Corso di IMPIANTI TECNICI per l EDILIZIAl aso di espansione Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D AnnunioD Annunio Pescara Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

2 ASO DI ESPANSIONE Organo meccanico necessario all inerno di un circuio di disribuione dell acqua calda per assorbire le dilaaioni ermiche del fluido. L acqua subisce variaioni di volume ra la fase di impiano speno e acceso a causa del suo aumeno di emperaura Il vaso di espansione evia le sovrapressioni dannose per l impiano e consene il correo funionameno dello sesso in ogni fase del suo funionameno Si disinguono le ipologie segueni: aso di espansione apero aso di espansione chiuso Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

3 Il vaso di espansione apero va posiionao nel puno più alo dell impiano, collegao alla caldaia con un ubo di sicurea. La capacià del vaso deve essere almeno il doppio del volume di espansione dell acqua. Ipoiando una emperaura dell acqua all ao del riempimeno pari a C e una emperaura massima di mandaa di 8 C, posiamo dedurre che l acqua sia sooposa ad un di 7 C, in corrispondena del quale il volume aumena di circa il %, per cui il vaso di espansione dovrà avere una capacià pari almeno al 6 % del volume oale di acqua presene nell impiano. Inolre saranno previsi una proeione conro il gelo ed un ubo di roppo pieno. Il vaso di espansione apero è obsoleo, ma il suo impiego è ancora obbligaorio negli impiani che bruciano combusibili solidi. Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

4 Dilaaione ermica lineare dei corpi Corpo con una dimensione prevalene (monodimensionale): l(): lunghea del corpo a C l : lunghea del corpo a C : coefficiene di dilaaione lineare l ( ( ) ) l Dilaaione ermica volumica dei corpi Corpo sena una dimensione prevalene (ridimensionale): ():volume del corpo a C :volume del corpo a C ( α: coefficiene di dilaaione volumica ( ) ) α Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

5 Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) o o Trascurando i ermini di ordine superiore al primo, si oiene: ( ) o In un meo ridimensionale la dilaaione avviene nelle re direioni fondamenali, e. Si ha perano: Dilaaione volumica

6 Ipoiando che il meo sia isoropo, si ha: Per cui : Di conseguena si oiene: ( ) o α In un meo isoropo possiamo ammeere che il coefficiene di dilaaione cubica sia re vole quello di dilaaione lineare α - I fluidi (liquidi e gas) hanno un comporameno analogo a quello dei solidi. I coefficieni di dilaaione ermica dei liquidi sono molo più elevai di quelli dei solidi ( C) - Alcool, Aceone,4 Glicerina,5 Eere,62 Acqua,8 Mercurio,8 Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

7 Calcoliamo la dilaaione del mercurio ipoiando che la sua emperaura vari da a 4 C, sapendo che il coefficiene di dilaaione cubica, per ui i valori di emperaura compresi ra e C, vale: α 4,8 C Inolre la densià del mercurio a C è pari a: ( ) cm ) ( α ) ( ρ ρ C,59 Considerando la massa uniaria ( g di mercurio), il volume coincide con il volume specifico g v ρ,59 cm g 4 ( ) (,8 ) (,8 ),8 cm v() v α,77,77,59,59,59 g 4,72 cm v(4) v ( α 4) (,8 4) ( 7,2 ),74,74,59,59,59 g m kg m kg v(4) v() (,74,77),4 m kg pari a circa il 5,4 del volume iniiale Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

8 L acqua ha un comporameno anomalo ra e 4 C Andameno della densià dell acqua in funione della emperaura La densià dell acqua ende a diminuire, quindi il volume specifico aumena, all aumenare della emperaura, ma ra e 4 C si ha un andameno opposo L acqua aumena di volume specifico (diminuisce di densià) durane la solidificaione a C. Inolre la variaione di volume con la emperaura non ha sempre andameno lineare Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

9 Per valuare la dilaaione volumica dell acqua è necessario ricorrere ad una formula specifica: : volume iniiale ( e ) e e: coefficiene di espansione dell acqua alla emperaura finale e : coefficiene di espansione dell acqua alla emperaura iniiale Coefficieni di espansione dell acqua ra e C, rispeo a 4 C ( C) e ( C) e, 55,45 5, 6,7, 65,98 5,9 7,227 2,8 75,258 25, 8,29,4 85,24 5,58 9,59 4,78 95,96 45,98,44 5,2 Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

10 Con la formula scria si può calcolare la variaione percenuale del volume dell acqua al variare della emperaura rispeo al volume minimo a 4 C Esempio ( C) (%) ( C) (%), 55,45 5, 6,7, 65,98 5,9 7 2,27 2,8 75 2,58 25, 8 2,9,4 85,24 5,58 9,59 4,78 95,96 45,98 4,4 5,2 Calcolare il volume di espansione di un mero cubo di acqua ra la emperaura iniiale di C e quella finale pari a 8 C ( e e ) (,29,), m 287 m l 28, 7 l Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

11 Il vaso di espansione chiuso va poso nel locale caldaia. E diviso in due pari da una membrana che separa l acqua dell impiano da un gas di riempimeno (es.aoo) Il gas si rova ad una pressione superiore a quella amosferica L espansione dell acqua avviene all inerno del vaso conro la membrana, che la ammoria E facilmene accessibile e conveniene economicamene, ma presena lo svanaggio di avere un elemeno in pressione. Acqua dell impiano T > T 2 > T Membrana Aoo T T 2 T Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

12 Il vaso di espansione fissa la pressione di riferimeno dell impiano. M 2 M h Nel puno in cui è inserio il vaso (), la pressione è uguale a quella del gas (pressione di carica) aumenaa o diminuia della pressione idrosaica dovua alla colonna di liquido sovrasane o soosane aso di espansione chiuso M p p ρ g s h Pompa Caldaia Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

13 La pressione saica presene nel vaso di espansione chiuso condiiona i valori di pressione nei vari puni del circuio Pressione lea dal manomero M a pompa non funionane p ps ρ g h M 2 M h Pressione lea dal manomero M a pompa funionane ' p ps g h p P ρ aso di espansione chiuso Caldaia M Pompa p s : pressione di carica del vaso di espansione ρgh : pressione idrosaica nel puno in cui è inserio il manomero p p : prevalena della pompa Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

14 Pressione lea dal manomero M 2 a pompa non funionane: p ps ρ g 2 h 2 h 2 Pressione lea dal manomero M 2 a pompa funionane p ' p 2 s ρ g h2 pp R2 R 2 : perdie di carico ra le seioni e 2 M 2 M Ovviamene risula p 2 < p Pressione lea dal manomero M a pompa non funionane p ps ρ g h 2 aso di espansione chiuso M Pompa Pressione lea dal manomero M a pompa funionane p ' p s ρ g h2 pp R2 R2 R 2 : perdie di carico ra le seioni 2 e Caldaia Ovviamene risula p < p 2 Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -

15 Formule per il dimensionameno di un vaso di espansione olume di un vaso di espansione apero: v 2 2 w v v2 v olume di un vaso di espansione chiuso: w p p : volume del vaso di espansione [m 2 ] w : volume dell acqua conenua nell impiano [m ] v : volume specifico dell acqua alla emperaura minima [m /kg] v 2 : volume specifico dell acqua alla emperaura massima [m /kg] : coefficiene di dilaaione lineare dei mealli [k - ] 5 Acciaio,2 [ K ] 5 Rame,65 [ K ] : differena ra la emperaura massima e minima dell acqua [ C] p : pressione assolua alla emperaura minima [Pa] p 2 : pressione assolua alla emperaura massima [Pa] Prof. Paolo ZAZZINI Diparimeno INGEO Universià G. D Annunio Pescara -