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Dans un circuit hydraulique fermé, l'eau (ou l'eau glycolée) se dilate quand satempérature augmente. Entre 10°C et 90°C, 1 m3  d'eau se dilate d'environ 40litres, soit 4% ! (dans les mêmes conditions, 1 m3 d'eau glycolée à 3! se dilateraitd'en"iron # litres).

$es pressions ma%imales de ser"ice de la plupart des échangeurs sont en générallirnitées à & ar. omme les liquides sont incompressiles, les dilatations pourraientpro"oquer des pressions tellement importantes que les échangeurs et les tues sedéchireraient comme une feuille de papier s'il n'e%istait pas un systme decompensation. Le vase d'expansion, la soupape de sécurité,  les pureurs et le

s!st"me de remplissae sont donc des oranes o#liatoires $ui é$uipent tous lescircuits %!drauli$ues &ermés sous pression

COMMENT FONCTIONNE UN VASE D'EXPANSION FERMÉ A MEMBRANE ?

*renons l'e%emple d'un petit circuithydraulique de chauffage rempli d'eauà + sous une pression de 1 ar.

-n dispose d'une soupape de sécurité

tarée à 3 ar. $e "ase d'e%pansiongonflé à l'aote (/+) est légrementrempli d'eau et de chaque c0té de lamemrane souple (qui sépare l'eau del'aote), la pression est de 1 ar.

$orsque l'on met en ser"ice le rleur,la température de l'eau augmenterapidement et la dilatation commence.

$e "olume d'eau en e%cs péntreprogressi"ement dans le "ased'e%pansion.

2imultanément, de l'autre c0té de lamemrane, le "olume réser"é à l'aotese réduit. $a compression de l'aotepro"oque alors une augmentation de sa pression qui se répercute dans tout le circuit.

$orsque l'eau atteint &, l'aote sera comprimé à en"iron 1, ar. 'est pourquoi toutle circuit hydraulique se retrou"e sous cette même pression de 1, ar.

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2i on continue à chauffer l'eau, pare%emple 4usqu'à #, la dilatationatteint +! du "olume total et lapression dans le "ase d'e%pansion (ainsique dans tout le circuit) augmente pare%emple 4usqu'à +,+ ar.

5insi, plus la température de l'eauaugmente et plus la pression de"ientimportante dans le circuit.

*ar la suite, lorsque le circuit "a se refroidir, l'eau "a se contracter. $'aote souspression repousse alors au fur et àmesure l'eau du "ase "ers le circuit.

$'aote retrou"ant progressi"ementda"antage de "olume, sa pressiondiminue. 5insi, la pression du circuit etcelle du "ase diminuent toutes les + aufur et à mesure de la diminution detempérature de l'eau.

5 +, les conditions de départ sont retrou"ées et la pression dans tout le circuit estde nou"eau égale à 1 ar.

EXERCICE N° 1

2i la température de l'eau de"ientaccidentellement trop éle"ée, lapression risque de monterdangereusement dans le "ase etdans tout le circuit.

2i la pression atteint 3 ar(pression de tarage de la soupape),celle6ci s'ou"re et lire de l'eau.Ds que la pression redescend endessous de 3 ar, la soupape sereferme.

5insi, la soupape permet de limiter dans tous les cas la pression ma%imale dans le circuità 3 ar.

(ais ensuite, $ue va)t)il se passer $uand la température du circuit redescendra *+0°C 777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777

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Quels prol!"es l# pr$se%&e '#(r #%s u% &(r&u()*+r#ul(,ue -er"$ pose%).(ls ?

$'air étant nettement plus, léger que l8eau, les ulles "ont s'agglomérer dans les pointshauts et former des poches gaeuses que l8eau en circulation de"ra tra"erser.

es poches peu"entparfois rutalement sedétacher, entra9nées parla "itesse de l'eau, etrepartir : on peut alorsentendre distinctementun ;glou6glou< trscaractéristique qu'il nefaut pas confondre a"ecle ruit de étonnirequi pourrait résulterd'une pompe enca"itation.

es poches d'air pro"oquent une réduction du déit d'eau a"ec toutes les pannes que

cela peut entra9ner. Dans certains cas e%trêmes, le déit dans la tuyauterie peut mêmede"enir quasiment nul : de l'air en exc"s dans un circuit drauli$ue peut secomporter comme un vérita#le #oucon

=n premier réfle%e, on peut penser qu'il suffit de ra4outer de l'eau dans le circuit pourle ; gonfler < à nou"eau afin de maintenir ; à froid <une pression supérieure à lapression atmosphérique. 5insi, l'air s'échappera par le purgeur automatique et le déitd'eau pourra se rétalir normalement.

>ais, si la pompe fonctionne, les ulles d'air risquent depasser trop rapidement de"ant le purgeur pour êtreé"acuées correctement. C'est pour$uoi, pour purere&&icacement un circuit, il &aut impérativementstopper les pompes

-n démarre les pompes quelques secondes puis on lesstoppe. ette manoeu"re répétée plusieurs fois permetà l'air, petit à petit, de se diriger "ers les purgeursplacés dans les points hauts, d'o? il sera é"acué.

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5 propos, note le dispositif ci6contretrs utilisé pour purger les circuits.$'eau entre par le haut de ce pot depurge -rep"re 1. et en ressort par leas -rep"re +. $e purgeur automatique est installé enhaut du pot -rep"re 3. et un ouchondémontale -rep"re 4.  se trou"e enas. $a sortie du pot se faisant enpartie asse, les risques d'entra9ner del'air sont dé4à trs réduits.

De plus, l'entrée et la sortie dans le pot se font tangentiellement ce qui donne à l'eau unfort mou"ement de rotation.

5"ec la force centrifuge, l'eau reste plaquée contre la paroi et l'air se détache "ers lecentre du pot, o? il peut monter dans la partie supérieure. omme en plus le diamtre dupot est eaucoup plus important que celui de la tuyauterie, la "itesse de l'eau estréduite, ce qui fa"orise la séparation air6eau. es + actions con4uguées permettent dedégaer trs efficacement l'eau.

De plus le pot constitue un magnifique pige pour toutes les impuretés en circulation(grains de soudure, petits morceau% de métal, etc.) : le ouchon & permettra donc de lesenle"er. =nfm, signalons qu'en référence au mou"ement de rotation de l'eau, ce

dispositif est sou"ent appelé un ; cyclone <.

@n autre prolme posé par l'air dans les installations pro"ient du fait qu'il est composéd'aote mais également d'o%ygne. -r, toutes les corrosions des parties métalliques(tues et échangeurs) sont fa"orisées par l'o%ygne. Al s'en suit la formation de ouesqui colmateront les échangeurs, réduiront le déit et dans les cas les plus gra"es,pro"oqueront des percements et des fuites.

E&&ectuer des appoints d'eau s!stémati$ues dans une installation

%!drauli$ue &ermée, c'est * coup s/r ! introduire de l'air -et donc del'ox!"ne. et développer les pro#l"mes de corrosion, d'entartrae etd'em#ouae des circuits

i la soupape de sécurité crace * la température maximale de &onctionnement,avant d'envisaer toute modi&ication ou opération onéreuse, il &aut contrler tousles points suivants 2 le vase est)il correctement on&lé, trop petit, trop plein,isolé, mal placé, * l'envers, sa mem#rane est)elle percée

e n'est pas tou4ours é"ident, aussi allons6nous e%aminer tous ces prolmes en détails

car si le "ase d'e%pansion est un appareil trs simple à premire "ue, son r0le estessentiel et il peut occasionner des pannes aussi importantes sur un circuit hydrauliqueque l'asence totale de déit ou même la destruction de la pompe.

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A QUE//E PRESSION FAUT.I/ REMP/IR /E CIRCUIT ?

5"ant toute chose, quand on doit remplir en eau un circuit hydraulique (lors de la mise enser"ice de l'installation ou aprs une "idange pour tra"au%), il est indispensale deconna9tre la pression de remplissage que l'on doit maintenir dans le circuit.

EXERCICE %° 0

onsidérons l'installation ci6dessous, de type tour de refroidissement indirecte.

5dmettons que leremplissage s'effectue àune température de +,la pompe étant à l'arrêt (sielle fonctionnait sans eau,elle serait trs rapidementdétruite).$'eau étant à +, lapression d'eau de "illeétant par e%emple de Bar, de"ons6nous remplir lecircuit à ,B ar, à 1 ar, à3 ar, à B ar C En &ait,$ue devrait indi$uer le

manom"tre 1 apr"sremplissae

Le circuit étant rempli,$uelle sera la pression +mesurée au point le plus#as de l'installation, pr"s de la vanne de vidane

emarque. $e clapet de retenue ou le disconnecteur (repre 1) est oligatoire. 2i lapression d'eau de "ille "enait à aisser, il empêcherait l'eau du circuit hydraulique de

retourner dans le circuit d'eau potale et donc de le polluer dangereusementE

777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777

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ET SI /E VASE D'EXPANSION N'EST PAS ASSE 2ONF/É ?

La pression de remplissae d'un circuit &ermé * l'arr4t est éale * ladi&&érence de niveau entre le manom"tre et le point le plus %aut de

l'installation 5 une mare de sécurité de 6 m"tres En divisant cette %auteurtotale par 10, on o#tient la pression de remplissae en #ar

Amaginons que le "ased'e%pansion arri"e d'usinegonflé à ,3 ar. 5 l'aided'une outeille d'aote oud'air comprimé on peut

régler la pression dans le"ase à la "aleur désirée.0té aote on disposed'une prise de pressionidentique à une "al"e depneu. 2i l'on n'a pas demanomtre de ;garagiste<on peut trs ien sedérouiller a"ec un 4eu demanos de frigoriste.

5 l'aide d'un fle%ile munid'un ; emout schrader < on appuye fermement l'emout sur la "al"e pour lire lapression de l'aote sur le mano F*. -n peut alors gonfler ou dégonfler le "ase.

7 8:E; 2 les memranes des "ases ne sont 4amais totalement étanches. =lles peu"entperdrent 4usqu'à +! par an du "olume d'aote pour les memranes en late% ("ases depremier pri%), et moins de 1,+! par an pour des memranes en Futyl AAD ("ases de

meilleure qualité).

*our celui qui serait tenté de gagner du temps, il n'est pas recommandé d'utiliser dufluide frigorigne ou de l'o%ygne pour gonfler un "ase : on risquerait quelquesprolmes et la memrane peut ne pas apprécier E

>ais, re"enons à notre "ase qui arri"e d'usine gonflé à ,3 ar. Guand on le sort ducarton, le "ase est "ide et sa memrane est collée contre la paroi par la pression de

l'aote. -n installe alors le "ase.

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*lus tard, lorsque le technicien "aremplir le circuit d'eau, la pressionqu'il a4ustera doit être égale à lahauteur géométrique de l'eau audessus du manomtre H la marge desécurité.

Dans notre e%emple, la pression del'eau à + de"ra être de 1,1 ar.

$'eau péntre donc dans l'installation,mais comme la pression d'aote n'estque de ,3 ar, elle entre aussi dansle "ase et comprime l'aote.

$a pression de l'aote, "a doncmonter progressi"ement 4usqu'àatteindre 1,1 ar, ce qui estasolument normal.

(ais, ce $ui est moins normal, c'est $ue nous ne sommes $u'* +0°C et $ue le vased'expansion est dé<* rempli pres$ue * la moitié de sa contenance

$orsque l'installation sera en fonctionnement, la température "a augmenter et l'eau "a

se dilater. $'eau en e%cs "a alors pénétrer dans le "ase. 2'il n'a pas été largementsurdimensionné, étant donné qu'il est à moitié rempli, le "ase ne pourra asolument pasasorer la quantité d'eau pré"ue lors de sa sélection.

5 3B par e%emple, alors que la pression s'approche dangereusement de 3 ar(pression de tarage de la soupape de sécurité), le"ase sera dé4à plein et il ne pourra plus laisserentrer une seule goutte d'eau E

$a température continuant à monter, ds &

(par e%emple), la pression dépassera 3 ar etl'e%cs d'eau sera alors liéré par la soupape. -npeut ainsi perdre plusieurs litres d'eau et ce"olume perdu "a forcément manquer à un momentou à un autre.

=n effet, lorsque la température de l'eau "aredescendre à +, attendu que plusieurs litresd'eau "ont manquer, la pression "aoligatoirement descendre en dessous des 1,1 arréglés à l'origine.

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$a pression au ni"eau du "ase a"ec de l8eau à+ sera donc comprise entre ,3 ar et 1,1ar. =lle dépendra ien sr du "olume d8eauperdu mais dans tous les cas elle serainsuffisante.

dans notre e%emple imaginons qu'elle soit de ,Bar (soit B m=). ela signifie que # m plus haut,la pression ne sera plus que de 61 m= (soit 6,1ar), c8est à dire inférieure à la pressionatmosphérique.

5insi, l'eau qui a été e%pulsée par la soupape "amaintenant manquer au point haut de

l'installation dans lequel la pression "adescendre en dessous de la pressionatmosphérique, a"ec les risques d'entrée d'air que cela suppose.

ette présence d'air "a gêner l'irrigation normale de l8échangeur, pro"oquer un manquede déit et la chaudire risque à coup sr de couper en sécurité.

ET SI /E VASE D'EXPANSION EST TROP 2ONF/É ?

Amaginons que le "ase d'e%pansion arri"e d'usinegonflé à 3 ar. omme précédemment, le "ase est"ide d'eau et la memrane est collée contre laparoi par la pression d'aote. $orsque letechnicien "a remplir d'eau le circuit hydrauliqueà 1,1 ar l'eau "a entrer dans l'installation mais,comme la pression d'aote est de 3 ar, elle nepourra pas du tout pénétrer à l'intérieur du "ase.

5 +, l'installation est alors parfaitement

remplie à 1,1 ar. >ais, le "ase est "ide d'eau E

*ar la suite, lorsque la température "a monter etque l'eau "a se dilater, le "olume d'eau en e%csde"rait entrer dans le "ase.

>ais impossile d 'y pénétrer tant que la pression de l'eau reste inférieure à la pressionde l'aote, c'est à dire 3 ar E

$'eau étant incompressile et le "olume de dilatation ne pou"ant entrer dans le "ase, lapression dans le circuit augmente trs rapidement. 7 +6°C par exemple, la pressionmontera donc #rutalement * 3 #ar et la soupape se mettra * cracer !

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=n fait, l'installation réagit e%actement comme s'il n'e%istait pas de "ase d'e%pansion :la moindre dilatation pro"oque aussit0t une forte augmentation de la pression E

/ote que le même phénomne se produirait a"ec un "ase gonflé par e%emple à + ar. =neffet, au moment du remplissage à 1,1 ar, l'eau à + ne pourra pas pénétrer àl'intérieur du "ase.

Ds la premire augmentation de température, par e%emple 4usqu'à +B, la pressiondans le circuit "a monter trs rapidement à + ar. =nsuite, l'eau "a rentrerprogressi"ement dans le "ase et comprimer l'aote. >ais le "olume d'eau qui pourrapénétrer le "ase sera oligatoirement réduit et par e%emple, quand l'eau sera à 3, lasoupape commencera dé4à à cracher.

En e&&et, si l'on prend + vases

identi$ues, par exemple de 10 litres,reardons la $uantité d'eau $ui doitentrer dans le vase pour &aire monter lapression * 3 #ar

2i le "ase est prégonflé à 1 ar,admettons qu'un "olume dedilatation de B litres fasse monterla pression à 3 ar.

>ais, si le "ase est prégonflé à +ar, la quantité d'eau nécessairepour atteindre 3 ar seraitoligatoirement plus faile.

En &ait, il rentrera + &ois plus d'eau dans le vase préon&lé * 1 #ar $ue dans celuipréon&lé * + #ar

'est une simple application de la loi de >ariotte appliquée à la pression d'aote : * 1I1 J*+I+ J constante (attention, les pressions doi"ent être e%primées en "aleur asolue,c'est à dire que 1 ar lu au mano correspond à : 1 H 1 J + ar asolus). -n otient alors :

as n1 : (1H1) % 1 J (3 H 1) % I on à + J & I alors I d'aote J B litres

as n+ : (+H1) % 1 J (3 H 1) % I on à 3 J & I alors I d'aote J K,B litres

5insi, la capacité d'un "ase à contenir le "olume de l'eau d'e%pansion dépend de sapression initiale de gonflage. =n fait, un "ase d'e%pansion à memrane possde +"olumes : le "olume total (It) est gra"é sur le "ase par le faricant alors que le "olume

utile (Iu), nettement inférieur, dépend des "aleurs de la pression "ase "ide et "ase plein.Du reste, on définit le rendement d'un "ase par le rapport Iu L It.

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EXERCICE N° 3

! *our faire la synthse de toutes les réfle%ions précédentes, à quelle pressiongonflerie6"ous le "ase sur notre fameuse installation de la page K C =%plique.

B! omment effectuerie6"ous le contr0le de la pression de gonflage d'un "ase dé4àinstallé C

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EXERCICEN° 45

Ious arri"e en dépannage sur l'installation de la page K qui fonctionnait correctementdepuis plusieurs années. Ious constate que la pression de l'eau au ni"eau du "ase est de,B ar.

$a hauteur géométrique entre le "ase et le point le plus haut étant de # m, "ous ra4outede l'eau 4usqu'à 1,1 ar (comme "ous n'êtes pas un déutant, "ous tene compte de lamarge de sécurité de ,B ar).

5 la mise en ser"ice, la température augmente mais la soupape crache trs rapidement.Guelle peut ien être la panne C

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ET SI /E VASE EST TROP 2RAND OU TROP PETIT ?

2ur l'installation ci6contre, il estpré"u que l'eau puisse chauffer 4usqu'à # mais ds &, la

pression atteint 3 ar et la soupapecrache.

Ious a"e tout "érifié. $eremplissage en eau, la pression degonflage du "ase, son raccordementet même sa memrane : tout estasolument correct.

Guand la température monte à & la soupape crache alors qu'on désire de l'eauà #: $'hypothse la plus "raisemlale est un "ase trop petit.

*our comprendre le prolme,reprenons les + schémas ci6contre :chaque "ase a été pré6gonflé à 1 armais la capacité du premier est de 1litres alors que celle du second estde + litres (dans les + cas, lasoupape de sécurité est tarée à 3

ar).

efaisons le petit calcul dé4à utilisépage M qui utilise la loi de >ariotte :*I J constante (les pressions de"antêtre e%primées en "aleurs asolues).alculons le "olume utile du premier "ase:(1H1) % 1 J (3H1) % I JN I d'aote J + L & J B litres.Iolume utile du second "ase : (1H 1) % + J (3H 1) % I JN I d'aote J & L & J 1 litres.

5insi, le second "ase pourra contenir 1 litres d'eau de dilatation a"ant d'atteindre unepression de 3 ar (qui fera cracher la soupape), alors que le premier sera à 3 ar dsque le "olume de dilatation atteindra B litres, soit + fois moinsE 'est à l'é"idence leprolme de notre installation. $e "olume de dilatation atteint dé4à B litres à &, lapression monte à 3 ar, ce qui fait cracher la soupape: le "ase est ien trop petit E

9n voit nettement $ue plus le vase est surdimensionné, plus sa capacité utileest rande et moins il ! a de ris$ues de rencontrer un pro#l"me $uand l'eaumonte en température En résumé, un vase d'expansion n'est <amais trop

 rand

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7/21/2019 Le Vase d Expansion

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Lycée Jean Bertin 2 TMSEC

omment é"iter ce genre d'erreur C

a! 2i la contenance totale en eau du circuit a été sous estimée, le "olumed'e%pansion calculé sera trop faile. Al faut comptailiser asolument toutes lescontenances : échangeurs, tues, outeilles, etc., ce qui est long et fastidieu%./ote qu'un trs on moyen de conna9tre la contenance en eau d'une installationest de rele"er le compteur d'eau de "ille a"ant et aprs le remplissage.

='ailleurs la nouvelle rélementation sur les vases demande de ra<outer au volumede dilatation un volume de réserve au minimum de 0,6% du volume de l'installationar exemple si le volume d'eau de l'installation est de 300 litres, il &audra ra<outer1,6 litres au volume de dilatation C'est la réserve d'eau minimale du vase $ue l'onra<outera au remplissae du circuit

#! 2i la température ma%imale de fonctionnement est sous estimée, le "olumed'e%pansion sera calculé trop faile. *ar e%emple si l'on considre unéchauffement ma%imum à & pour le calcul du "ase et que les conditions defonctionnement nous amnent parfois 4usqu'à #, le "ase installé sera eaucouptrop petit car la dilatation augmente trs rapidement a"ec la température.

c! 2i le circuit fonctionnait a"ec de l'eau pure et qu'ensuite, pour se protéger dugel, on ra4oute du glycol. $e "olume de dilatation du mélange se trou"e augmentéd'en"iron +!, selon la concentration en glycol, et le "ase de"ient trop petit E

>ien conna?tre le &onctionnement du vase d'expansion -cet appareil * la &ois sisimple et si compli$ué., comprendre les pannes $ui s rattacent, c'est * coup s/réviter #eaucoup d'ennuis répétiti&s sur les circuits drauli$ues 2 man$ue de dé#it,coupures des compresseurs en @p, > ou antiel, cavitation et destruction despompes, corrosions diverses, entartrae, em#ouae, etc

EXERCICE DE CA/CU/ D'UN VASE D'EXPANSION

*our terminer, calculons le "ase d'e%pansion de notre installation à tour indirecte,sachant que : ontenance en eau du condenseur J

& litres. ontenance de l'échangeur de la Oour J# litres. Al y au total & m de tue de diamtre L M mm. $a température ma%imale defonctionnement J # (l'eau étant glycolée à3!, la dilatation entre + et # sera J à+,#! de la contenance totale). $a soupape esttarée à 3 ar mais elle est installée B m en6dessous du "ase (/ota : d'aprs la nou"elleréglementation, une soupape tarée à 3 ar s'ou"re

à en"iron 3 ar, mais se referme "ers +,B ar. elaest d à la sensiilité de la soupape. 'est cettepression de fermeture qui sera prise enconsidération dans le calcul du "olume du "ase).