Serbatoio di espansione per l'approvvigionamento idrico: scelta, dispositivo, installazione e collegamento

Un impianto idrico autonomo, che fornisce acqua ai punti di prelievo come in un appartamento cittadino, ha smesso da tempo di essere una rarità. È la norma della vita di campagna, che deve essere progettata, assemblata e dotata di attrezzature in grado di avviare e arrestare il sistema man mano che si utilizzano i rubinetti.

Un vaso di espansione per l'approvvigionamento idrico garantirà il funzionamento stabile della rete indipendente. Proteggerà dal colpo d'ariete, prolungherà notevolmente la vita utile delle apparecchiature di pompaggio, garantirà un regolare riempimento dell'impianto con acqua, eliminando la necessità di portarla con secchi.

Siamo lieti di presentarvi le caratteristiche del dispositivo e il principio di funzionamento dell'accumulatore idraulico. Abbiamo descritto scrupolosamente le regole per la scelta del serbatoio a membrana, le specifiche di montaggio e collegamento. Le informazioni proposte sono state integrate con utili illustrazioni, schemi e guide video.

Caratteristiche dei vasi di espansione chiusi

Il serbatoio idraulico (o accumulatore idraulico, vaso di espansione) è un recipiente metallico ermetico che serve a mantenere una pressione stabile nell'acquedotto e a creare riserve d'acqua di diverso volume.

A prima vista, la scelta e l'installazione di questo dispositivo non dovrebbero presentare difficoltà – in qualsiasi negozio online si possono vedere molti modelli che differiscono solo leggermente per forma e volume, ma non differiscono sostanzialmente per funzionalità.

Non è affatto così. Ci sono molte sfumature nel dispositivo del vaso di espansione e nel suo principio di funzionamento.

Caratteristiche del dispositivo e della struttura

Diversi modelli di vasi d'espansione possono avere limitazioni sul modo d'uso: alcuni sono progettati solo per acqua tecnica, altri possono essere utilizzati per acqua potabile.

Per costruzione, gli accumulatori idraulici si distinguono in:

• serbatoi con membrana a pera sostituibile;
• contenitori con membrana fissa;
• serbatoi idraulici senza membrana.

Da un lato del serbatoio con membrana rimovibile (nel serbatoio con attacco inferiore — in basso) è presente una flangia filettata speciale a cui viene fissata la membrana a pera. Sul lato opposto c'è un nipplo per il gonfiaggio o lo scarico dell'aria/gas. È progettato per il collegamento a una normale pompa per auto.

Nel serbatoio con membrana a pera sostituibile, l'acqua viene pompata nella membrana senza entrare in contatto con la superficie metallica. La sostituzione della membrana avviene svitando la flangia trattenuta dai bulloni. Nei contenitori più grandi, per stabilizzare il riempimento, la parete posteriore della membrana viene fissata ulteriormente al nipplo.

La durata della membrana a pera rimovibile dipende dalle impostazioni della pressione dell'aria nel vano gas dell'accumulatore idraulico. A volte, per creare una maggiore riserva d'acqua, l'utente riduce la quantità d'aria e aumenta la quantità d'acqua nella pera. Questo provoca il contatto della membrana con la parete del serbatoio, causando un rapido logoramento.

Lo spazio interno del serbatoio con membrana fissa è diviso da essa in due scomparti. In uno si trova il gas (aria), nell'altro entra l'acqua. La superficie interna di tale serbatoio è rivestita con vernice resistente all'umidità.

Il più delle volte, i serbatoi con membrana fissa vengono utilizzati per gli impianti di riscaldamento. Poiché la membrana è un elemento che si guasta molto più rapidamente, la durata di tale serbatoio è inferiore rispetto a quella di un dispositivo con membrana a pera sostituibile.

Esistono anche serbatoi idraulici senza membrana. In essi, gli scomparti per l'acqua e l'aria non sono separati da nulla. Il loro principio di funzionamento si basa anch'esso sulla pressione reciproca di acqua e aria, ma con tale interazione aperta si verifica la miscelazione delle due sostanze.

Il vantaggio di tali dispositivi è l'assenza di membrana o vescica, che costituisce l'anello debole nei comuni accumulatori idraulici.

Esternamente, i vasi di espansione possono essere suddivisi solo in modelli orizzontali e verticali, ma i loro parametri operativi possono essere molto diversi.

La diffusione di acqua e aria costringe a sottoporre i serbatoi a manutenzione abbastanza frequente. Circa una volta a stagione è necessario ricaricare l'aria, che si mescola gradualmente con l'acqua. Una significativa riduzione del volume d'aria, anche a pressione normale nel serbatoio, provoca l'accensione frequente della pompa.

Gli accumulatori idraulici nei sistemi di approvvigionamento idrico riducono la probabilità di colpi d'ariete, proteggono le pompe da accensioni eccessivamente frequenti, consentono di creare una riserva d'acqua e mantenere la pressione nel circuito.

Principio di funzionamento dell'accumulatore idraulico

I serbatoi idraulici chiusi per l'approvvigionamento idrico funzionano secondo questo schema: la pompa invia acqua nella sacca, riempiendola gradualmente; la membrana si espande e l'aria tra la sacca e l'involucro metallico viene compressa.

Più acqua entra nella vescica, più essa preme sull'aria, e quest'ultima, a sua volta, tende a spingerla fuori dal contenitore. Di conseguenza, la pressione nel serbatoio aumenta, portando allo spegnimento della pompa.

Per un certo periodo, quando nel sistema si verifica un consumo d'acqua, l'aria compressa mantiene la pressione. Essa spinge l'acqua nella rete idrica. Quando la quantità d'acqua nella membrana si riduce al punto che la pressione scende al limite inferiore, il relè scatta, riavviando la pompa.

Nel serbatoio idraulico avviene una costante interazione tra acqua e gas, separati da una membrana di gomma. Il volume del liquido all'interno del dispositivo è regolato dalla quantità di gas (dalla sua pressione) (+)

Classificazione per area di applicazione

Non bisogna confondere i serbatoi per l'approvvigionamento idrico con quelli per l'impianto di riscaldamento, quindi nella scelta è necessario conoscere la loro destinazione d'uso. Per una chiara identificazione, i produttori colorano gli accumulatori idraulici per riscaldamento in rosso e quelli per approvvigionamento idrico in blu.

Tuttavia, alcuni non seguono questa marcatura, quindi i dati seguenti possono costituire un tratto distintivo dei dispositivi:

• per l'approvvigionamento idrico, la temperatura massima di utilizzo dell'accumulatore idraulico è fino a 70 °C, la pressione ammissibile può raggiungere i 10 bar;
• i dispositivi destinati all'impianto di riscaldamento possono sopportare temperature fino a +120 °C, la pressione di esercizio del vaso di espansione spesso non supera 1,5 bar.

Tutti i parametri più importanti sono indicati sul cappuccio decorativo (targhetta) che copre il nipplo.

Il dispositivo, progettato per il sistema di riscaldamento, funge da serbatoio aggiuntivo che consente al fluido termovettore di espandersi liberamente quando riscaldato. Senza di esso, il sistema è destinato alla rottura.

L'elenco delle funzioni svolte dal serbatoio idraulico nel sistema di acqua fredda (ACS) è molto più ampio:

• Mantenimento di una pressione costante e uniforme nella tubatura. Grazie alla pressione dell'aria, la pressione viene mantenuta per un certo tempo anche quando la pompa è spenta, finché non scende al minimo stabilito e la pompa si riattiva. In questo modo la pressione nel sistema viene mantenuta anche quando si utilizzano contemporaneamente più apparecchi sanitari.
• Protezione dall'usura dell'apparecchiatura della pompa. Le riserve d'acqua contenute nel serbatoio consentono di utilizzare l'acquedotto per un certo tempo senza accendere la pompa. Ciò riduce il numero di attivazioni della pompa per unità di tempo e ne prolunga la vita.
• Protezione dai colpi d'ariete. Un improvviso sbalzo di pressione nell'acquedotto all'accensione della pompa può raggiungere 10 o più atmosfere, con effetti negativi su tutti gli elementi del sistema. Il serbatoio a membrana assorbe il colpo, equalizzando la pressione.
• Creazione di riserve d'acqua. In caso di interruzione di corrente, l'impianto idrico, anche se per poco tempo, continuerà comunque a erogare acqua.

Per il collegamento dello scaldabagno si utilizzano vasi di espansione in grado di resistere ad alte temperature.

Materiali per le apparecchiature idropneumatiche

La membrana del vaso di espansione è realizzata con materiali diversi che, durante il funzionamento, sopportano diversi intervalli di temperatura.

Negli accumulatori idraulici si utilizzano:

• Gomma naturale — NATURAL. Il materiale può entrare in contatto con l'acqua potabile, viene utilizzato per l'accumulo di acqua fredda. Con il tempo può iniziare a far passare l'acqua. Resiste a temperature da -10 a 50 °C sopra lo zero.
• Gomma sintetica butilica — BUTYL. È la più versatile, impermeabile, utilizzata per le stazioni di approvvigionamento idrico, adatta per acqua potabile. La temperatura di esercizio può variare da -10 a 100 °C.
• Gomma sintetica in etilene-propilene — EPDM. Più permeabile all'acqua della precedente, può entrare in contatto con l'acqua potabile. L'intervallo di temperatura consentito è da -10 a 100 °C.
• La gomma SBR viene utilizzata solo per acqua tecnica. La temperatura di utilizzo è la stessa dei tipi precedenti.

Per l'organizzazione dell'approvvigionamento di acqua fredda è necessario scegliere serbatoi con una pera realizzata in gomma alimentare con proprietà elastiche migliorate, che consenta di attenuare meglio i colpi d'ariete e mantenere una pressione dell'acqua stabile nel sistema.

Il corpo del serbatoio è spesso realizzato in acciaio legato resistente alla corrosione, rivestito esternamente con vernice. In commercio si possono trovare anche contenitori in acciaio inox, molto resistenti ma costosi.

Calcolo del volume del serbatoio prima della scelta

In commercio sono disponibili serbatoi con capacità da 24 a 1000 litri. Quale scegliere? I calcoli lo suggeriranno, e il risultato deve essere arrotondato per eccesso. Scegliendo un serbatoio con membrana removibile, ricordare che il volume dell'acqua occupa il 30% del volume totale del contenitore, cioè in un serbatoio da 100 litri la riserva d'acqua sarà di circa 30 litri.

La tabella mostra la relazione tra i parametri della pressione dell'aria nel comparto gas dell'accumulatore idraulico e le impostazioni del relè e la dimensione del serbatoio (+)

La particolarità dei serbatoi piccoli è che spesso non hanno una valvola per sfiatare l'aria dal bulbo di gomma. Ciò può creare inconvenienti durante l'uso. I contenitori grandi hanno tale valvola e, oltre a creare una maggiore riserva d'acqua, gestiscono meglio il mantenimento di una pressione stabile nel sistema.

Il calcolo del volume totale del serbatoio idraulico per un sistema di approvvigionamento idrico a circuito chiuso si effettua con la seguente formula:

Vt=K*Amax*((1+Pmax)*(1+Pmin))/(Pmax-Pmin)*(1+Pvozd.),

dove:

• Vt — volume totale del serbatoio idraulico;
• Amax — portata massima possibile di acqua al minuto, in litri;
• K — coefficiente (vedi tabella) dipendente dalla potenza della pompa;
• P_max — impostazioni del relè allo spegnimento dell'apparecchiatura, in bar;
• P_min — impostazioni del relè all'avvio dell'apparecchiatura, in bar;
• P_vozd — pressione nel serbatoio idraulico (nella sua cavità del gas), in bar.

Il coefficiente K può essere determinato dalla seguente tabella:

Tabella del coefficiente K, dipendente dalla potenza della pompa, per il calcolo del volume totale del serbatoio idraulico a circuito chiuso per l'approvvigionamento idrico

Alcuni produttori calcolano il volume del serbatoio idraulico anche in modo diverso:

La società Gilex, che produce una vasta gamma di apparecchiature per sistemi di approvvigionamento idrico e riscaldamento, propone un'altra formula per la determinazione rapida del volume del serbatoio idraulico.

Orientamento orizzontale e verticale

La scelta tra un serbatoio verticale e uno orizzontale dipende dalle caratteristiche del locale. Se la stanza è piccola o la capacità è considerevole, per non occupare molto spazio, si installa un serbatoio verticale.

Il serbatoio orizzontale ha una capacità minore, può essere appeso a parete e può fungere da supporto per l'installazione di una pompa di superficie. Per il suo montaggio sono previsti supporti speciali. I serbatoi grandi sono prodotti solo in versione verticale e vengono installati su gambe.

Riassumendo quanto detto, si può notare che la scelta dell'accumulatore idraulico dovrà essere fatta tra le seguenti caratteristiche distintive:

• pressione di esercizio;
• paese produttore;
• capacità maggiore o minore;
• membrana in gomma sostituibile o meno;
• membrana per acqua tecnica o potabile;
• materiale del corpo: acciaio inox o smaltato.

Per evitare difficoltà future nella sostituzione dei componenti, è meglio scegliere i modelli più comuni. I bulbi in gomma corrispondenti sono sempre disponibili in vendita libera; se fosse necessaria una sostituzione urgente, non sarà necessario attendere a lungo la consegna.

Schemi di collegamento dei serbatoi idraulici

Per il sistema di approvvigionamento di acqua calda, l'installazione del vaso di espansione viene effettuata sul tratto del circuito di circolazione, sulla linea di aspirazione della pompa, vicino allo scaldabagno.

Il serbatoio è dotato di:

• manometro, valvola di sicurezza, sfiatatoio — gruppo di sicurezza;
• valvola di intercettazione con dispositivo che impedisce la chiusura accidentale.

In un sistema di approvvigionamento idrico dove è presente un apparecchio di riscaldamento dell'acqua, il dispositivo assume le funzioni di vaso di espansione.

Schema di installazione nell'impianto ACS: 1 – serbatoio idraulico; 2 – valvola di sicurezza; 3 – apparecchiatura di pompaggio; 4 – elemento filtrante; 5 – valvola di non ritorno; 6 – rubinetto di intercettazione.

Nel sistema di acqua fredda, la regola principale per l'installazione dell'accumulatore idraulico è il montaggio all'inizio della tubatura, vicino alla pompa.

Nello schema di collegamento sono obbligatori:

• valvola di non ritorno e valvola di intercettazione;
• gruppo di sicurezza.

Gli schemi di collegamento possono essere molto diversi. Un serbatoio idraulico collegato normalizza il funzionamento dell'apparecchiatura, riducendo il numero di accensioni della pompa per unità di tempo e prolungandone così la durata.

Schema di montaggio nel sistema di acqua fredda con pozzo: 1 – serbatoio; 2 – valvola di non ritorno; 3 – rubinetto di intercettazione; 4 – relè di regolazione della pressione; 5 – dispositivo di controllo dell'attrezzatura di pompaggio; 6 – gruppo di sicurezza

In uno schema con una stazione di pompaggio booster, una delle pompe funziona continuamente. Tale sistema viene installato per case o edifici con elevato consumo d'acqua. Il serbatoio idraulico qui serve per neutralizzare gli sbalzi di pressione, mentre per l'accumulo dell'acqua si installa un serbatoio del volume più grande possibile.

Esecuzione dell'installazione del vaso di espansione

Prima di iniziare i lavori, si controlla che l'accumulatore idraulico non presenti danni. L'installazione del dispositivo viene effettuata in un locale insonorizzato, a temperatura positiva. Per avere accesso al rubinetto di scarico, alle valvole di intercettazione e simili, la distanza dal serbatoio al soffitto e alle pareti deve essere di almeno 0,6 m.

Nel locale è inoltre necessario prevedere la possibilità di riempire il serbatoio e scaricare l'acqua. I fissaggi e il luogo di installazione devono sopportare il riempimento al 100% del serbatoio.

Per vasi di espansione con volume fino a 30 litri si utilizza un fissaggio a parete, i serbatoi più grandi vengono installati su piedini

L'accumulatore idraulico non deve essere sottoposto a carichi meccanici e statici, è sconsigliato permettere l'azione su di esso di tubi e apparecchiature. Il serbatoio viene avvitato al pavimento utilizzando guarnizioni in gomma. All'ingresso del serbatoio idraulico vengono installati una valvola di non ritorno e un rubinetto di scarico.

I passi elencati sono stati necessari per il montaggio del gruppo di collegamento del serbatoio di accumulo, eseguito in superficie. Per i passi successivi, è necessario spostarsi nel pozzetto.

Dopo il montaggio finale del sistema, rimane da eseguire i test di controllo e avviare il circuito idrico.

Caratteristiche della regolazione dell'accumulatore idraulico

I serbatoi di espansione per l'acquedotto vengono venduti con le impostazioni standard del produttore: spesso la pressione nel comparto aria è già impostata a 1,5 bar. La pressione ammissibile è sempre indicata sull'etichetta e il produttore sconsiglia di discostarsi dai parametri impostati, specialmente aumentandola.

Prima di procedere alla regolazione, si scollega il sistema dalla rete elettrica e si chiudono le valvole di intercettazione. Si svuota completamente il serbatoio a membrana facendo defluire l'acqua: la pressione esatta può essere misurata solo con il comparto acqua vuoto.

Successivamente, si rileva la pressione con un manometro preciso. A tale scopo, si rimuove il cappuccio decorativo dal nipplo e si avvicina lo strumento. Se la pressione differisce da quella desiderata, la si regola pompando o scaricando l'aria in eccesso.

Considerando che il produttore è contrario a scostamenti dai valori di pressione raccomandati, è necessario scegliere già in fase di progettazione l'attrezzatura adatta, i cui parametri non siano in conflitto tra loro.

Nella regolazione della pressione nel comparto gas del serbatoio, il produttore lo riempie con un gas inerte, ad esempio azoto secco. Ciò previene la corrosione della superficie interna. Pertanto, si consiglia agli utenti di utilizzare azoto tecnico per aumentare la pressione.

Impostazione della pressione del serbatoio nell'impianto idrico

La pressione nel serbatoio a membrana viene sempre impostata leggermente inferiore (del 10%) rispetto alla pressione di avviamento della pompa. Regolando la pressione nel dispositivo, è possibile regolare la pressione dell'acqua. Minore è la pressione del gas nel serbatoio (ma non inferiore a 1 bar), maggiore sarà la quantità d'acqua che può contenere.

La pressione diventerà quindi irregolare: forte quando il serbatoio è pieno e sempre più debole quando si svuota. Per garantire un flusso d'acqua forte e uniforme, la pressione nella camera d'aria o del gas viene impostata a circa 1,5 bar.

La pressione dell'acqua nella rete idrica viene impostata tramite il pressostato. Durante la regolazione della pressione nella camera di espansione, è necessario tenere conto di questi valori.

Regolazione del serbatoio idraulico nel collegamento dello scaldabagno

Il vaso di espansione utilizzato per l'acqua calda sanitaria non deve inizialmente contenere acqua. La pressione nel dispositivo viene impostata su un valore superiore di 0,2 rispetto alla soglia massima di spegnimento della pompa.

Ad esempio, se il pressostato è impostato per spegnere l'apparecchiatura a 4 bar, la pressione nel comparto gas del vaso di espansione deve essere impostata a 4,2 bar.

Installato nel circuito del riscaldatore dell'acqua, il serbatoio non serve a mantenere la pressione. È progettato per compensare l'espansione quando l'acqua viene riscaldata. Se si imposta la pressione al suo interno a un valore inferiore, il serbatoio conterrà costantemente acqua.

Regole di manutenzione del serbatoio idraulico

L'ispezione programmata del vaso di espansione consiste nel controllo della pressione nel comparto gas. È necessario anche ispezionare le valvole, le saracinesche, lo sfiato d'aria, verificare il funzionamento del manometro e del pressostato dell'acqua. Per accertarsi dell'integrità del serbatoio, si effettua un'ispezione esterna.

Durante la manutenzione preventiva, è necessario misurare la pressione nel serbatoio a membrana e correggerla se necessario.

Nonostante la semplicità del dispositivo, i vasi di espansione per l'approvvigionamento idrico non sono eterni e possono rompersi. Le cause tipiche sono la rottura della membrana o la perdita d'aria attraverso il nipplo. I segni di guasto possono essere individuati dal frequente avviamento della pompa o dalla comparsa di rumori nel sistema idrico. Comprendere il principio di funzionamento dell'accumulatore idraulico è il primo passo per una corretta manutenzione e risoluzione dei problemi.

Montaggio del serbatoio idraulico di tipo aperto

Il dispositivo di tipo aperto viene utilizzato sempre meno poiché richiede un intervento costante dell'utente. Il vaso di espansione aperto è un recipiente non ermetico che serve a creare pressione nell'acquedotto, ad accumulare acqua e funge anche da camera di espansione.

Al serbatoio vengono collegati: rubinetto di scarico, raccordi per tubo di ricircolo e di mandata, tubo di controllo e di troppo pieno.

Il serbatoio viene installato sopra il punto sanitario più alto, ad esempio in soffitta; l'acqua scorre per gravità nell'impianto. Ogni metro di sollevamento del dispositivo aumenta la pressione nella tubatura di 0,1 atmosfere.

Per automatizzare il processo di approvvigionamento idrico, il serbatoio è dotato di un interruttore a galleggiante e si installa un relè automatico che accende e spegne la pompa.

Il contenitore viene montato in un locale non soggetto a gelo, coperto con un coperchio per evitare polvere e detriti, e le pareti vengono isolate con lana minerale o altro materiale isolante.

Questo metodo di organizzazione dell'approvvigionamento idrico richiede un controllo regolare da parte dell'utente, altrimenti l'acqua potrebbe congelarsi a temperature negative (se il locale non è riscaldato). Il liquido evapora, quindi sarà necessario rabboccarlo costantemente.

Inoltre, un tale contenitore è ingombrante e poco estetico, e richiede necessariamente un sottotetto in casa. Ma il principale svantaggio del dispositivo è che il serbatoio non è adatto a funzionare in condizioni di alta pressione dell'acqua nell'impianto.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video #1. Tutto sui vasi di espansione: classificazione, scopo, regolazione e segni di malfunzionamento:

Video #2. Il funzionamento scorretto della stazione di pompaggio è spesso dovuto a guasti dell'accumulatore idraulico:

Video #3. Dettagli sulla scelta dei serbatoi idraulici per l'approvvigionamento idrico:

Già in fase di progettazione e sviluppo dell'impianto idrico è necessario considerare tutti i punti fondamentali e calcolare tutti i parametri. Se non si è sicuri dell'infallibilità dei propri calcoli e della corretta scelta del serbatoio idraulico per l'approvvigionamento idrico, è meglio rivolgersi a specialisti.

La maggior parte delle aziende che vendono attrezzature professionali forniscono consulenze o addirittura eseguono calcoli gratuitamente. Questo aiuta a evitare errori e spese inutili.

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