Sistemas de segurança e controle de pressão.

Sistemas de segurança e controle de pressão

Nesta publicação vamos detalhar o dimensionamento e aplicação de equipamentos para segurança em sistemas de aquecimento e pressurização.

Válvulas de segurança

Existem muitos modelos e fabricantes de válvulas de segurança, sua função básica é permitir o alívio de pressão quando a pressão interna da rede hidráulica atinge a máxima da válvula. Então ela deve ser de acionamento em pressão equivalente ou abaixo à pressão máxima que suporta o sistema que a válvula protege.

Quando acionada a válvula de segurança alivia a pressão através de abertura que permite saída de água que impede que a pressão aumente ainda mais dentro do sistema e se fecha com a redução da pressão.

Sabendo que durante o acionamento da válvula de segurança ela expele água é interessante canalizá-la para esgotamento se instalada em locais secos, que não pode haver umidade.

A válvula de segurança pode ser aplicada em instalações hidráulicas prediais diversas, sempre que necessário o controle da pressão máxima na rede, como em sistemas de recalque, sistemas de aquecimento com reservatório térmico, etc.

Sistema de Pressurização

Em sistemas de pressurização a VAR deve ser aplicada para evitar que pressões excessivas causem danos nas instalações e tanques de pressão, podendo haver rompimento e/ou explosões que podem causar grandes transtornos ao local e pessoas na instalação. Veja um modelo de instalação em sistema de pressurização ou recalque:

Neste modelo apresentamos um esquema com um pressurizador RP410 e tanque de pressão em fibra de vido que pode ser aplicada em uma pressurização direta ou recalque para reservatório(s) superior(es).

Obs.: Neste esquema poderíamos considerar o uso de uma eletrobomba com pressostato para acionamento no lugar do pressurizador, mas optamos pelo pressurizador por ser um sistema completo. Apesar do RP410 já possuir um tanque de pressão podemos adicionar outros tanques caso seja necessário, pois os tanques dos pressurizadores são designados para um bom funcionamento do conjunto pressurizador. Então em projetos especiais pode haver a necessidade de adicionar tanques de pressão, sendo assim o esquema será semelhante ao do modelo.

Sistema de aquecimento

Em sistemas de aquecimento que utilizam reservatório térmico para alta pressão ou em sistemas de circulação fechados é importante considerar o uso da VAR para segurança, como é mencionado na NBR7198/1993:

“quando o respiro não for de execução prática, deve ser substituído por dispositivo de idêntico desempenho;” (NBR7198/1993)

Seguindo as normas de instalações prediais para água quente consideramos sua instalação na saída da água quente do reservatório térmico. Veja nos exemplos abaixo:

No exemplo acima temos um sistema solar com destaque para a VAR(modelo de válvula de segurança fabricado pela Rowa na saída de água quente do reservatório térmico.

No modelo acima temos um sistema conjugado com aquecimento indireto por aquecedor á gás. Neste modelo identificamos as válvulas VAR(modelo de válvula de segurança fabricado pela Rowa), uma no sistema fechado (entre o trocador e o aquecedor á gás) e a outra na entrada de água fria do reservatório térmico, diferente do modelo anterior, isso por que podemos considerar a vaso comunicação que fará a válvula ter a mesma funcionalidade em qualquer ponto do sistema, mas o ideal é considerar a indicação da NBR e utilizá-la na saída de água quente.

Atenção: É importante que a válvula seja canalizada para um ponto de escoamento para evitar que no momento de operação a água que sai da válvula não vá para locais indevidos. Lembrando que deve ficar uma lâmina de água na saída da válvula para evitar sua calcificação.

Tanques de expansão | pressão

Os tanques de expansão/pressão podem ser encontrados em aço, fibra de vidro ou aço-carbono. 

São constituídos por um reservatório, um diafragma, uma conexão para água e uma válvula de ar.

Tanques de aço-carbono

Os tanques de expansão em aço-carbono são indicados para sistema de pressurização e expansão térmica. Em geral são compostos por um revestimento de polipropileno virgem com uma membrana de butilo. Essa membrana se fixa à parede do reservatório com uma anilha de aço.

Existem também alguns tanques de aço carbono podem ser encontrados com conexão flangeada, onde se encaixa o diafragma e a conexão roscada.

A válvula de ar de latão, vedada com tampa e junta tórica roscada, evita os escapes de ar. A água penetra no reservatório através de uma ligação que deve ser de aço inoxidável.

Tanto a membrana como o revestimento devem ser reforçados nas zonas de maior desgaste aumentando, assim, a vida útil do tanque. Todas as partes internas, incluindo a válvula de ar devem ser arredondadas para evitar a perfuração da membrana em condições extremas.

A ligação da água precisa de vedação dual ar/água que proporcione ao recipiente uma total hermeticidade o que reduz a quantidade de manutenções.

Tanques de fibra de vidro

Existem tanques de expansão feitos em fibra de vidro que foram concebidos com o sistema de membrana controlada outros tanques de compósita que possuem a antiga tecnologia de bolsa dentro de uma estrutura de plástico, o de membrana controlada é mais resistente e não sofrerá rupturas ou desgaste.

As membranas de butilo devem ser resistente ao cloro, alguma possuem uma camisa de polipropileno copolímero moldado separação do ar e da água. Este sistema, que é patenteado permite que todos os tanques contenham uma câmara de água de tamanho mais adequado ao volume de descarga do reservatório. Os Tanques de expansão de fibra de vidro são fáceis de instalar, resistentes á água e são concebidos para suportar as condições ambientais mais extremas.

Atenção: Os tanques em fibra de vidro são indicados somente para sistemas de pressurização, pois a temperatura limite da água é de 49ºC, não devendo ser aplicado em sistemas de aquecimento, para expansão térmica.

Expansão Térmica

Para aplicação em sistemas de aquecimento devemos considerar o uso do tanque de expansão de aço-carbono. Sua função no sistema é absorver a expansão da água durante o aquecimento, que causa aumento da pressão interna no sistema e tubulações podendo danificar os equipamentos e instalações.

Veja abaixo esquema de instalação em sistema solar:

Para dimensionar o volume do tanque de expansão podemos considerar o uso de um tanque com capacidade igual à 4% do volume do reservatório térmico. Por exemplo:

Um sistema de aquecimento solar com 600 litros o tanque de expansão será de 24 litros.

Está é a fórmula para calcular a expansão térmica linear:

Ve = Vt x λ x Δt

Onde, 

Ve = Volume de expansão

Vt = Volume do reservatório térmico

λ   = Coeficiente água 0,0013 (variável com a temperatura da água)

Δt = Variação de temperatura da água

Obs.: Na instalação do sistema de aquecimento com rede pressurizada é importante instalar uma válvula de retenção, que garanta estanqueidade, na tubulação de água fria que alimenta o reservatório térmico, como destacado na imagem acima. Isso para a expansão térmica não afetar o pressurizador e seus componentes.

O tanque de expansão é muito eficiente para absorção de golpes e expansão volumétrica mas não deve substituir os demais dispositivos de proteção que devem ser utilizados no sistema de aquecimento, cada um mantém sua função e importância.

Calibragem do tanque

A calibragem do tanque de expansão é muito importante para o funcionamento ideal, a calibragem é realizada por uma válvula Schrader (igual à do pneu de carro) em uma extremidade do tanque.

Para definir a pressão de calibragem devemos saber qual é a pressão máxima do sistema da rede hidráulica e considerar 4 PSI a menos, por exemplo:

Supondo que a instalação conte com um pressurizador, com pressão máxima de 26 m.c.a., e que não haverá coluna positiva para ser somada à pressão máxima do pressurizador, por exemplo:

26m.c.a. = 34,4 PSI

34,4 PSI – 4 PSI = 30,4 PSI

Então, neste caso, a pressão de calibragem do tanque de expansão será de “30 PSI”.

Os tanques de expansão podem ser instalados e divididos com mais de um tanque, o que pode facilitar a instalação física e seus custos.

Tanque de Pressão

Outra aplicação para os tanques é em sistemas de pressurização, onde as condições de calibragem e trabalho do tanque são diferentes do que é realizado no sistema de aquecimento. Nestas situações o tanque apoia e estabiliza a rede pressurizada, nos momentos de vazões variadas na rede.

Em períodos de maior consumo com valores altos e em outros com vazões muito baixas, acontece do pressurizador trabalhar fora do ponto ideal, geralmente no meio da curva, então é aplicado o tanque de pressão que vai abastecer o consumo sem precisar do pressurizador por algum tempo, em casos com baixo consumo, gerando maior estabilidade com maior fluxo. Isso economiza o pressurizador e garante maior conforto.

Obs.: Os pressurizadores com pressostato são disponibilizados com um tanque de pressão que trabalha para o bom funcionamento do conjunto acionador e em casos de necessidades especiais podemos adicionar um tanque de pressão para adequação em projetos especiais, como em caso de grandes variações de vazão.

Dimensionamento

Para dimensionar o volume do tanque de pressão utilizamos uma constante nos casos dos Grupos de Pressão da marca Rowa, utiliza-se o valor de 8,25 litros por banho na rede. No caso destes equipamentos este dimensionamento é para o tanque de pressão total do pressurizador.

Em instalações onde for adaptado um tanque de pressão para atender alguma necessidade específica devemos dimensionar o tanque de acordo com a necessidade do projeto, é sempre importante considerar o trabalho que realizará o pressurizador e entender o que deseja o cliente para um melhor dimensionamento.

Assim como em sistema de aquecimento neste caso os tanques podem ser divididos em mais de um por sistema.

Calibragem

A calibragem no caso dos tanques de pressão deve ser igual ou 2 PSI menor que a pressão de acionamento do pressurizador, assim sabemos que o vaso vai expulsar toda a água antes do acionamento do pressurizador.

E como já descrito acima, é importante o uso de válvula de escape para sistemas de pressão para evitar danos ao tanque de pressão.