En niveau de formation 3 (CAP), on n'étudiera pas ce chapitre ni les suivants.
Avant raccordement à l'installation de chauffage, le vase d'expansion fermé doit être prégonflé à une pression "capable" de supporter l'eau froide qui le surplombe.
Il sera donc prégonflé à une pression p0 correspondant à la hauteur d'eau H qui pèsera sur lui(*), avec un minimum de 0,5 [bar].
Après raccordement, l'installation étant froide, le "gonflage" de l'installation (0,5 [bar] au point haut), amènera un peu d'eau froide à rentrer dans le vase.
p1 = H + 0,5 (environ)
Lors de la mise en température de l'installation, l'eau de dilatation rentrera dans le vase. Sa pression augmentera alors d'environ 1 [bar] (ainsi que celle de toute l'installation), sans provoquer l'ouverture de la soupape.
La pression sera alors en [bar],p2 = H + 0,5 (environ) + 1 (environ)
Lorsque l'eau de l'installation se refroidira, elle se rétractera et poussée par la membrane, l'eau "réfugiée" dans le vase retournera dans le circuit de chauffage.
Il est d'usage de surdimensionner les vases d'expansion. Ceci permet de disposer en permanence d'une "réserve d'eau" dans le vase pour compenser les inévitables petites fuites des circuits de chauffage importants.
En dimensionnement rapide, le volume du vase sera de l'ordre de 3 fois le volume de dilatation.
Pour un dimensionnement détaillé, en niveau de formation Bac+2, on consultera le dossier "Expansion-conception".
Question
a) Déterminer un ordre de grandeur du volume du vase d'expansion
b) Déterminez sa pression de prégonflage
c) Indiquez un ordre de grandeur de la pression du vase en fin de remplissage en eau de l'installation
d) Indiquez un ordre de grandeur de la pression du vase en fin de dilatation
e) Indiquez un ordre de grandeur de la Pression de tarage (pression d'ouverture) de la soupape de sécurité.
a) 67,5 [l]
b) 1,5 [bar]
c) 2 [bar]
d) 3 [bar]
e) 3,5 ou 4 [bar]
Explication
La contenance en eau de l'installation est de, 10 × 75 = 750 [l]
La température moyenne de l'eau est de, (90 + 70) / 2 = 80 [°C]
La température moyenne de l'eau étant de 80 [°C], le volume de dilatation est de 3% soit,
750 × 0,03 = 22,5 [l]
En dimensionnement rapide, le volume du vase sera de l'ordre de 3 fois le volume de dilatation.
Le volume du vase d'expansion sera de l'ordre de, 22,5 × 3 = 67,5 [l]
Avant raccordement, le vase est prégonflé à une pression correspondant à la hauteur d'eau H qui pèsera sur lui, avec un minimum de 0,5 [bar].
p0 = H avec 0,5 bar mini
Pour l'installation étudiée, H = 15 [m]. La pression de prégonflage p0 sera de 1,5 [bar].
Après raccordement, l'installation étant froide, le "gonflage de l'installation (0,5 [bar] au point haut), amènera un peu d'eau froide à rentrer dans le vase.
Sa pression sera alors p1 = H + ~ 0,5 [bar]
Soit p1 = 1,5 + ~0,5 bar = 2 [bar] sur l'installation étudiée.
Lors de la mise en température de l'installation, l'eau de dilatation rentrera dans le vase. Sa pression augmentera d'environ 1 [bar] (ainsi que celle de toute l'installation), sans provoquer l'ouverture da la soupape.
p2 = H + ~0,5 + ~1 [bar]
Soit p2 = 1,5 + ~0,5 + ~1 [bar] = 3 [bar] sur l'installation étudiée.
La soupape est tarée (réglée) au dessus de cette pression maximale soit par exemple à 3,5 [bar] ou 4 [bar].
Question
a) Déterminer un ordre de grandeur du volume du vase d'expansion
b) Déterminez sa pression de prégonflage
c) Indiquez un ordre de grandeur de la pression du vase en fin de remplissage en eau de l'installation
d) Indiquez un ordre de grandeur de la pression du vase en fin de dilatation
e) Indiquez un ordre de grandeur de la pression de tarage (pression d'ouverture) de la soupape de sécurité.
a) 54 [l]
b) 2 [bar]
c) 2,5 [bar]
d) 3,5 [bar]
e) 4 [bar]
Explication
La contenance en eau de l'installation est de, 10 × 150 = 1500 [l]
La température moyenne de l'eau est de, (60+ 40) / 2 = 50 [°C]
La température moyenne de l'eau étant de 50 [°C], le volume de dilatation est de 1,2% soit,
1500 × 0,012 = 18 [l]
En dimensionnement rapide, le volume du vase sera de l'ordre de 3 fois le volume de dilatation.
Le volume du vase d'expansion sera de l'ordre de 54 [l].
Avant raccordement, le vase est prégonflé à une pression correspondant à la hauteur d'eau H qui pèsera sur lui, avec un minimum de 0,5 [bar].
p0 = H avec 0,5 [bar] mini
Pour l'installation étudiée, H= 20 [m]. La pression de prégonflage p0 sera de 2 [bar].
Après raccordement, l'installation étant froide, le "gonflage" de l'installation (0,5 [bar] au point haut), amènera un peu d'eau froide à rentrer dans le vase.
Sa pression sera alors,
p1 = H + 0,5 (environ) [bar]
Soit 2,5 [bar] sur l'installation étudiée.
Lors de la mise en température de l'installation, l'eau de dilatation rentrera dans le vase. Sa pression augmentera d'environ 1 [bar] (ainsi que celle de toute l'installation), sans provoquer l'ouverture da la soupape.
p2 = H + 0,5 (environ) + 1 (environ) [bar]
Soit 3,5 [bar] sur l'installation étudiée.
La soupape est tarée au dessus de cette pression maximale soit par exemple à 4 [bar].
Conséquences d'un mauvais prégonflage du vase ou du percement de la membrane
- Si le vase n'est pas suffisamment prégonflé, l'eau pénètre à froid dans le vase et la place disponible pour l'expansion devient insuffisante.
- Si le vase est trop prégonflé, lors de la dilatation, la poche de gaz déjà trop gonflée montera rapidement en pression.
- Si la membrane est percée, l'azote s'évacuera dans l'eau puis par les purgeurs et le vase se retrouvera rapidement rempli d'eau.
Dans les 3 cas, c'est au final la soupape de sécurité qui s'ouvrira pour évacuer l'eau de dilatation. Il en découlera une chute anormale de pression lorsque la température de l'installation baissera, laissant penser à une fuite d'eau.