Tính toán hệ số để lựa chọn bình giãn nở trong hệ thống nước nóng

Ngành công nghiệp phát triển cùng với đó là những công việc cần sử dụng nhiệt của nước như nồi hơi. Trong đó hệ thống khép kín này cần phải được tính toán thật kỹ càng. Vì đơn giản nó là một nồi nước nóng dạng lớn và có áp lực. Hệ thống không được tính toán kỹ rất nguy hiểm có thể phá vỡ đường ống khi không tính toán kỹ bình giãn nở.

Công dụng của bình giãn nở

Khi nước nóng, nó nở ra và khối lượng của nó tăng lên. Vì nước trong một hệ thống khép kín, sự gia tăng nhiệt này đặt ra một số lượng đáng kinh ngạc của áp lực trên đường ống và các thành phần của toàn bộ hệ thống. Nếu không được giải quyết, áp lực nước này có thể gây rò rỉ, thậm chí làm vỡ đường ống. Giải pháp của bình giãn nở là cung cấp thêm không gian cho lượng nước tăng lên và giảm bớt áp lực cho hệ thống. Hơn thế nữa, nếu không có bình giãn nở, ta phải mở van xả để giảm áp lực, dẫn đến lãng phí năng lượng, giảm tuổi thọ của hệ thống.

Khi hệ thống của bình được làm đầy hoàn toàn bằng nước lạnh, áp suất của bình lúc đó sẽ bằng với áp suất ban đầu, điều này làm cho ruột bình nở rộng hoàn toàn. Khi nhiệt độ nước trong hệ thống tăng lên, phần nước nở ra được hấp thụ bởi expansion tank. Sau khi nước đạt đến nhiệt độ tối đa và bắt đầu giảm, ruột bình sẽ trả nước đã hạ nhiệt về cho hệ thống.

Cách tính toán chọn bình giãn nở:

Có 3 loại bình giãn nở thường thấy là:

• Loại hở ( Open Tanks)
• Loại kín ( Closed Compression Tanks)
• Loại có màng giãn nở ( Diaphragm Tanks)

Độ giãn nở của nước

Vnet = (v1 / v0) – 1 (1)

Vnet – thể tích giãn nở của nước (gallon, liter)

v1 = thể tích riêng của nước tại nhiệt độ cao (hot) (ft3/lb, m3/kg)

v0 = thể tích riêng của nước tại nhiệt độ thấp (cold) (ft3/lb, m3/kg)

Cách chọn bình giãn nở Open Tanks (loại hở)

Công thức tính thể tích Open Tanks như sau:

Vet = k Vw [(v1 / v0) – 1] (2)

Vet = Thể tích tank (gallon, liter)

k = hệ số an toàn ( thông thường là 2)

Vw = Thể tích nước trong hệ thống (gallon, liter)

[(v1 / v0) – 1] = Vnet

Cách chọn bình giãn nở Closed Compression Tanks (loại kín)

Công thức tính thể tích Closed Compression Tanks như sau:

Vet = k Vw [ ( v1 / v0 ) – 1 ] / [ ( pa / p0 ) – ( pa / p1 ) ] (3)

pa = áp suất khí quyển – 14.7 (psia)

p0 = áp lực hệ thống lúc đầu – cold pressure (psia)

p1 = áp lực hệ thống lúc hoạt động – hot pressure (psia)

Nhiệt độ ban đầu từ 50oF (10oC)
Áp lực ban đầu 10 psig
Áp lực tối đa khi hoạt động 30 psig

Cách chọn bình giãn nở Diaphragm Tanks (loại có màng)

Công thức tính thể tích Diaphragm Tanks như sau:

Vet = k Vw [ ( v1 / v0 ) – 1 ] / [ 1 – ( p0 / p1 ) ] (4)

Nhiệt độ ban đầu từ 50oF (10oC)
Áp lực ban đầu 10 psig
Áp lực tối đa khi hoạt động 30 psig
Hệ số an toàn 2 ( có thể chấp nhận hệ số 0.5)

Ví dụ thực tế cách tính toán tank giản nở loại hở.

Tính thể tích tối thiểu của 1 tank giản nở cho hệ thống với 5 m3 nước gia nhiệt từ 68F(20oC) lên 176 oF (80oC).

Vet = 2 (hệ số k) (5000 lit) [( (0.00103069 m³/kg/ (0.00100197 m³/kg) ) – 1]
= 287 (lit)
1) Ta thấy Vnet = [( (0.00103069 m³/kg/ (0.00100197 m³/kg) ) – 1] = 0.0286

2) 287 (lit) = 5.8 % thể tích (5000 L) vậy hệ số 6% trong các sách hướng dẫn là hợp lý.

Như trên chúng tôi đã đưa ra những công thức để tính toán chọn bình giãn nở hợp lý. Hy vọng những kiến thức trên sẽ giúp khách hàng chọn đúng những sản phẩm bình giãn nở tốt nhất.