Como funciona um tanque de expansão?

Eu sei que um sistema hidrônico forma um circuito fechado. Quando a caldeira é ligada, a temperatura da água aumenta e aumenta. Como esse sistema forma um circuito fechado, não há volume para a água quente se expandir. Portanto, a pressão dentro do sistema aumentará e a explosão poderá ocorrer se a pressão aumentar significativamente. Para manter uma pressão constante, um vaso de expansão é instalado para conter o aumento no volume de água à medida que se expande conforme aquece.

O vaso de expansão é dividido em dois compartimentos separados por um diafragma. Há água de um lado e ar do outro lado. Inicialmente, a pressão do ar é igual à pressão do sistema. Quando a água esquenta, a pressão aumenta. Eventualmente, a pressão excede a do ar, fazendo com que o diafragma se curve no espaço aéreo, comprimindo o ar. Como a água pode se expandir, isso significa que a pressão do sistema é mantida constante. Por outro lado, a pressão do ar foi aumentada porque o seu volume diminui. Agora, mais aumento na temperatura da água aumentará sua pressão. A água quente não será capaz de empurrar o diafragma a menos que a pressão da água se torne maior que a pressão do ar, o que significa que a pressão do sistema não é mantida constante. Estou errado?

É melhor pensar nisso em termos de volume do que de pressão. O ponto chave é que o ar é compressível, enquanto a água não é.

Se você aquece a água é preciso expandir. Se estiver em um contêiner fechado, só poderá fazer isso esticando o contêiner, o que cria tensões muito grandes, que são a causa do aumento de pressão. Em outras palavras, a pressão gerada é uma função da rigidez do recipiente. Em comparação, a pressão gerada pela compressão do ar em uma pequena proporção de seu ponto de partida é muito pequena.

Portanto, não se trata tanto de manter constante a pressão no sistema quanto de dar à água um lugar para ir à medida que ela se expande, o que não envolve alongar as partes sólidas do sistema.

Os fundamentos são mostrados abaixo.

Suponha que o ar seja um gás ideal e o processo seja isotérmico. Com um compartimento selado, a pressão do gás aumenta à medida que o volume diminui (e vice-versa). Com um compartimento aberto, a pressão do gás permanecerá constante.

A pressão da água no tanque será uma soma da pressão do diafragma e da pressão do gás.

Para caldeiras, você não usaria um tanque de expansão. Você usaria um tambor de vapor. Um tanque de expansão é para bombas que pulsam (especialmente bombas de pistão). A diferença está no design:

Tambor de vapor

( Fonte )

A interface líquido-vapor é onde a expansão normalmente ocorre. A água recebe energia térmica suficiente para expandir os tubos de água. No entanto, o canto inferior de menor diâmetro tem diferentes propriedades de transferência de calor térmico e, como tal, a água afunda dentro deste tubo.

Qualquer expansão então é direcionada para o condensador devido a essa expansão. O diferencial de densidade entre o vapor aquecido e o líquido resfriado é suficiente para superar as perdas de pressão no sistema e impulsionar o vapor para a frente.

Tanque de Expansão - Supressor de Pulsação - Amortecedor de Pulsação

Um tanque de expansão funciona como você descreve, mas eles são principalmente para bombas, como bombas de diafragma ou pistão. ( Fonte ).

A idéia é permitir que a pressão da bomba se estabilize contra o ar comprimido, em vez de lidar com o movimento brusco do único pistão que comprime o líquido. Eles funcionam como um filtro de passagem em um circuito elétrico - um capacitor extra grande não é necessário, porque a pressão de pico extra (ou elétrons extras) é esgotada quando a cavidade da bomba está sendo reabastecida (ou quando o circuito elétrico está na parte negativa da onda).