Tanque de armazenamento de água quente - Hot water storage tank
Um tanque de armazenamento de água quente (também chamado um tanque de água quente , tanque de armazenagem térmica , unidade de armazenagem térmica de água quente , tanque de armazenamento de calor e cilindro de água quente ) é um tanque de água utilizado para o armazenamento de água quente para aquecimento de espaço ou de uso doméstico.
A água é um meio de armazenamento de calor conveniente porque tem uma alta capacidade de calor específico . Isso significa que, em comparação com outras substâncias, pode armazenar mais calor por unidade de peso. A água é atóxica e de baixo custo.
Um tanque com isolamento eficiente pode reter o calor armazenado por dias, reduzindo os custos com combustível. Os tanques de água quente podem ter um sistema de queimador de gás ou óleo embutido, aquecedores elétricos de imersão . Alguns tipos usam um trocador de calor externo, como um sistema de aquecimento central , ou água aquecida de outra fonte de energia. O mais típico, no contexto doméstico, é um queimador de combustível fóssil, elementos elétricos de imersão ou um esquema de aquecimento urbano .
Aquecedores de água para lavar, tomar banho ou lavanderia possuem termostato para regular a temperatura, na faixa de 40 a 60 ° C (104 a 140 ° F), e estão conectados à rede de água fria doméstica.
Onde o abastecimento de água local tem um alto teor de minerais dissolvidos , como calcário , o aquecimento da água faz com que os minerais precipitem no tanque (incrustação). Um tanque pode desenvolver vazamentos devido à corrosão depois de apenas alguns anos, um problema agravado pelo oxigênio dissolvido na água que acelera a corrosão do tanque e das conexões.
Isolamento
Normalmente, os tanques de armazenamento de água quente são envoltos em isolamento térmico para reduzir o consumo de energia, acelerar o processo de aquecimento e manter a temperatura operacional desejada. O isolamento térmico mais espesso reduz a perda de calor em espera. Os aquecedores de água estão disponíveis com várias classificações de isolamento, mas é possível adicionar camadas extras de isolamento na parte externa de um aquecedor de água para reduzir a perda de calor. Em condições extremas, o próprio aquecedor pode ser totalmente fechado em um espaço isolado especialmente construído.
O tipo de isolamento de aquecedor de água mais comumente disponível é a fibra de vidro , fixada no local com fita ou tiras ou com a capa externa do aquecedor de água. O isolamento não deve bloquear o fluxo de ar ou saída de gás de combustão, onde um queimador é usado.
Em locais extremamente úmidos, adicionar isolamento a um tanque já bem isolado pode causar condensação levando a ferrugem , mofo ou outros problemas operacionais, então algum fluxo de ar deve ser mantido, geralmente por convecção causada por calor residual, mas em condições particularmente úmidas, como ventilação pode ser assistido por fãs.
A maioria dos aquecedores de água modernos tem isolamento de espuma de poliuretano (PUF) aplicado . Onde o acesso ao tanque interno é uma prioridade (em casos de minerais particularmente agressivos ou níveis de oxigênio no abastecimento de água local), o PUF pode ser aplicado na forma encapsulada, permitindo a remoção da camada de isolamento para verificações regulares de integridade e, se necessário, reparos para o tanque de água.
Tanque de armazenamento solar de água quente
Em um sistema de aquecimento solar de água , um tanque de armazenamento de água quente solar armazena o calor dos coletores solares térmicos . O tanque possui um permutador de calor integrado para aquecimento de água fria doméstica. Em climas relativamente amenos, como o Mediterrâneo, os tanques de armazenamento (fortemente isolados, mas envoltos em metal) são frequentemente montados no telhado. Todos esses tanques compartilham os mesmos problemas dos tanques aquecidos artificialmente, incluindo depósito de calcário e corrosão, e sofrem reduções semelhantes na eficiência geral, a menos que sejam mantidos escrupulosamente.
Vazamento de tanque de água
Os tanques do aquecedor de água podem ser feitos de aço carbono revestido de esmalte vítreo , aço inoxidável ou cobre .
Enquanto tanques de água quente sanitária de cobre e aço inoxidável são mais comuns na Europa, tanques de aço carbono são mais comuns nos Estados Unidos, onde normalmente a verificação periódica é negligenciada, o tanque desenvolve um vazamento e então todo o aparelho é substituído. Mesmo quando negligenciados, os tanques de aço carbono tendem a durar alguns anos mais do que a garantia do fabricante, que normalmente é de 3 a 12 anos nos EUA.
Tanques revestidos de vítreo têm custo inicial muito mais baixo e geralmente incluem um ou mais ânodos de sacrifício projetados para proteger o tanque da perfuração causada pela corrosão necessária, pois a água clorada é muito corrosiva para o aço carbono. Como é quase impossível aplicar qualquer camada protetora perfeitamente (sem rachaduras microscópicas ou defeitos de orifício na camada protetora), os fabricantes podem recomendar uma verificação periódica de qualquer ânodo de sacrifício, substituindo-o quando necessário.
Alguns fabricantes oferecem um kit de garantia estendida que inclui uma haste de ânodo de substituição. Como os tanques convencionais de armazenamento de água quente podem vazar a cada 5 a 15 anos, as instalações de alta qualidade incluirão, e a maioria dos códigos de construção / encanamento dos EUA agora exigem, um recipiente raso de metal ou plástico para coletar o vazamento quando ele ocorrer.
Tanque de armazenamento de água quente com circuito fechado de água
Este método armazena calor em um tanque usando trocadores de calor externos (bobinas) que podem ser diretamente derivadas ou usadas para alimentar outros trocadores de calor (externos).
O principal benefício é que, ao evitar a retirada direta de água quente doméstica, o tanque não é continuamente alimentado com água fria, o que em áreas de água "dura" reduz o depósito de calcário a tudo o que está dissolvido na carga original de água mais relativamente trivial valores adicionados para repor perdas por infiltração.
Um benefício adicional é a redução dos níveis de oxigênio em tal sistema fechado, que permite algum relaxamento nos requisitos de materiais usados no tanque de armazenamento de água quente e nos circuitos de água fechados, trocadores de calor externos e tubulações associadas.
Embora um sistema de trocador de calor externo usado para água quente sanitária tenha depósitos minerais, os agentes descalcificantes prolongam a vida útil de tal sistema.
Tanque estratificado de armazenamento de água quente com circuito fechado de água
- Para uma ilustração - consulte a referência
Outro método para armazenar calor em um tanque de armazenamento de água quente tem muitos nomes: tanque de armazenamento de água quente estratificado com circuito de água fechado , armazenamento térmico estratificado , tanque de termoclina e armazenamento em tanque estratificado de água, mas em todos os casos a diferença significativa é que se esforça para mantê-lo a estratificação vertical da coluna d'água, em outras palavras, para manter a água quente no topo do tanque enquanto a água no fundo está em uma temperatura nitidamente mais baixa.
Isso é desejável em locais com uma ampla faixa climática onde o resfriamento do verão é tão importante quanto o aquecimento no inverno, e envolve uma ou mais das seguintes medidas:
- Diferentes loops de aquecimento e resfriamento devem enviar a água aquecida ou resfriada com a velocidade mais baixa possível. (Isso envolve necessariamente circuitos de aquecimento e resfriamento com bombas de velocidade controlada e portas de tubo com o diâmetro máximo viável.)
- Para aplicações de resfriamento, a água fria é enviada pela parte inferior e a água quente (de retorno) é alimentada pela parte superior.
- As aplicações de aquecimento tiram a água quente pela parte superior e devolvem a água fria à parte inferior.
- Dispositivos que aumentam a estratificação dentro do tanque de armazenamento de água quente (mas se a velocidade de entrada da água for a mais baixa possível, isso pode não ser necessário).
- É necessário um sistema de controle de calor mais avançado .
Quando um tanque de armazenamento de água quente estratificado possui circuitos de água fechados, as temperaturas da água podem ser de até 90 a 95 ° C na parte superior e de 20 a 40 ° C na parte inferior. Água calma e sem perturbações é um condutor de calor relativamente pobre quando comparada ao vidro , tijolos e solo .
(Ilustrado por um lago calmo, onde a água da superfície pode ser confortavelmente quente para nadar, mas as camadas mais profundas são tão frias que representam um perigo para os nadadores, o mesmo efeito que dá origem a avisos nas docas da cidade de Londres alertando 'Perigo em águas frias e profundas) .
Consequentemente, um volume arbitrário de água quente pode ser armazenado, desde que a estratificação seja mantida intacta. Neste caso não deve haver placas ou tubos metálicos verticais, pois conduziriam calor através das camadas de água, anulando o propósito de estratificação. Quando efetivamente empregada, essa técnica pode manter a água a até 95 ° C (ou seja, logo abaixo da ebulição), gerando uma densidade de energia mais alta , e essa energia pode ser armazenada por um longo tempo, desde que a água quente permaneça não diluída.
Dependendo da finalidade das instalações, as trocas de água em diferentes níveis permitem que sejam selecionadas as temperaturas da água adequadas ao uso requerido.
Em muitos sistemas de aquecimento solar, os parâmetros de energia podem ser lidos em função do tempo, desde o tempo de 'permanência' necessário para transformar a luz do dia em calor, em seu pico a temperatura máxima da água quente próxima ao topo do tanque.
Elemento elétrico duplo
Quando o fluxo começa na saída superior, a água fria entra no tanque pelo fundo. Essa queda de temperatura faz com que o termostato ligue o elemento de aquecimento elétrico no fundo do tanque. Quando a água da parte superior do tanque é retirada, a água quente da parte superior é deslocada por água relativamente mais fria, o termostato superior liga o elemento superior. Quando o fluxo para, os elementos permanecem ativos até que suas configurações sejam atendidas.
Embora seja comum ter os termostatos superior e inferior configurados de forma diferente para economizar energia, o fato de que a água quente sobe significa que o termostato que controla o elemento superior deve alimentar o suprimento mais quente, enquanto o elemento inferior, o mais quente.
Se os termostatos em tal sistema forem invertidos - alimentação quente do topo, quente do centro - isso pode não apenas afetar a eficiência energética do sistema, mas fornecer água escaldante para uma saída de água quente doméstica pode ser perigoso, ou se direcionado para lavadoras de alimentação quente danificam-nos irremediavelmente.
Problemas de segurança
A água quente pode causar queimaduras perigosas e dolorosas , especialmente em crianças e idosos. A água na saída não deve exceder 49 graus Celsius. Algumas jurisdições definem um limite de 49 graus na temperatura nominal do tanque. Por outro lado, a água armazenada abaixo de 60 graus Celsius pode permitir o crescimento de bactérias, como as que causam a doença do legionário , que é um perigo particular para aqueles com sistema imunológico comprometido. Uma solução técnica seria o uso de válvulas de mistura nas saídas usadas para pias, banheiras ou chuveiros, que misturariam automaticamente água fria para manter um máximo abaixo de 49 C. Uma proposta para adicionar isso ao código de construção do Canadá não teve sucesso.
Veja também
- Código Mecânico Uniforme
- Código de encanamento uniforme
- Código Uniforme de Energia Solar e Hidrônica