Kompensacja wydłużeń liniowych w instalacjach PP-R

Wydłużalność cieplna rur PP-R – co ją powoduje?

Wydłużalność cieplna rur PP-R to naturalne zjawisko związane z rozszerzalnością cieplną. Polipropylen jest materiałem reagującym na wahania temperatury, które powodują zmianę długości przewodów. Niekiedy nawet niewielkie odchylenie prowadzi do wydłużenia rur.

Należy wziąć pod uwagę także różnicę między temperaturą montażu a roboczą np. w przypadku, gdy instalacja jest montowana w temperaturze pokojowej, a woda w systemie grzewczym ma 70–90°C. W takich warunkach może dojść do wydłużenia przewodów nawet o kilka centymetrów. Aby zapobiec związanym z tym problemom np. nadmiernym naprężeniom, należy prawidłowo zaprojektować przebieg instalacji oraz zastosować odpowiednie metody kompensacji wydłużeń PP-R.

Jak obliczyć wydłużenie liniowe rury?

Do obliczania wydłużenia liniowego rur stosuje na następujący wzór:

ΔL=α⋅L⋅ΔT

gdzie:

• Δ L – wydłużenie przewodu,
• α – współczynnik rozszerzalności liniowej,
• Δ T – różnica temperatur,
• L – długość odcinka rurociągu poddana wydłużeniu.

Ta wiedza jest niezbędna, aby możliwe było zaprojektowanie instalacji z uwzględnieniem odpowiednich metod kompensacji. Sprawdź poniższy przykład, aby przekonać się, jak wykorzystać wspomniany wzór.

Przykład:

Można przyjąć, że współczynnik rozszerzalności liniowej dla rury z polipropylenu wynosi 0,15 mm/m*K2. Długość wyjściowa to 15 m, a różnica temperatur wynosi 25°C. W takim przypadku wydłużenie przewodu wynosi 67,5 mm (0.18*15*25=67,5).

Jaką metodę kompensacji wydłużeń liniowych wybrać?

Metody kompensacji wydłużeń liniowych można podzielić na:

🔸naturalne,

🔸z wykorzystaniem wydłużek, czyli kompensatorów

???? Alternatywnie aby uniknąć lub zminimalizować ilość kompensacji można zastosować rury PP-R stabilizowane systemu PLASTBOR+, które cechują się ograniczonym współczynnikiem wydłużalności liniowej. ????

Naturalne metody kompensacji wydłużeń liniowych

Naturalna kompensacja (samokompensacja) wydłużeń liniowych to montaż rur PP-R w taki sposób, aby mogły one swobodnie zmieniać swoją długość. Zazwyczaj mają zastosowanie w układach o przewidywalnych zmianach temperatur np. instalacjach grzewczych.

Prowadzenie rurociągu linią łamaną to charakterystyczna cecha, jaką wyróżnia się naturalna kompensacja. Stosowanie kolan PP-R umożliwia stworzenie z instalacji kształtów przypominających litery L, U lub Z. Taka praktyka pozwala zniwelować negatywne skutki rozszeżalności cieplnej materiału. Dzięki temu poszczególne odcinki instalacji mogą swobodnie pracować i wydłużać się bez nadmiernych naprężeń. Należy pamiętać o tym, że im dłuższy odcinek rurociągu lub większa różnica temperatur, tym częściej należy stosować załamania przewodów.

Najważniejsze zalety naturalnej metody kompensacji wydłużeń liniowych to:

🔸niższe koszty montażu i eksploatacji – nie wymaga stosowania dodatkowych mechanicznych elementów np. kompensatorów, a tym samym eliminuje ryzyko awarii tych części

🔸niezawodna konstrukcja – wykorzystuje naturalne właściwości rur, a właściwe ich poprowadzenie ogranicza przeciążenia.

Ma jednak pewne ograniczenia. Przede wszystkim można ją stosować tylko w budynkach, w których jest dostępna odpowiednia przestrzeń. Swobodne poprowadzenie rur wymaga bowiem sporo miejsca. A w przypadku długich odcinków lub dużych różnic temperatur ze względu na zwiększone ryzyko występowania nadmiernych naprężeń wewnątrz przewodów należy stosować odpowiedniej długości "zawiasy" zgodne z instrukcją producenta systemu

Kompensacja z wykorzystaniem wydłużek

Tam, gdzie nie można zastosować naturalnej metody kompensacji np. ze względu na ograniczenia przestrzenne, stosuje się wydłużki, czyli kompensatory pętlicowe. Ich funkcją jest niwelowanie negatywnych skutków wydłużenia rury.

Kompensatory zapewniają prawidłową pracę instalacji głównie na długich i prostych odcinkach. Niezbędne jest zastosowanie stałych podpór. O tym, gdzie należy je umieścić, decyduje długość ramienia elastycznego. Aby ją obliczyć, należy zastosować poniższy wzór:

Ls = K*d*ΔL

gdzie:

• Ls – długość ramienia elastycznego (mm),
• K – stała materiałowa,
• d – średnica zewnętrzna przewodu (mm),
• ΔL – wydłużenie liniowe (mm).

Im większa jest średnica rury, tym więcej miejsca trzeba przewidzieć na kompensator.

Najczęściej stosowanym rodzajem wydłużek w instalacjach z rur PP-R są kompensatory pętlicowe, nazywane potocznie pętlami kompensacyjnymi lub „świńskimi ogonami”. Nie są to oddzielne elementy montażowe, lecz odcinki rurociągu ukształtowane w formie pętli, które przejmują wydłużenia liniowe powstające na skutek zmian temperatury.

Kompensatory pętlicowe wykonuje się bezpośrednio z rury PP-R, najczęściej w kształcie litery U lub Ω. Montuje się je zazwyczaj na prostych i długich odcinkach instalacji, pomiędzy dwoma punktami stałymi. Dzięki swojej elastyczności pętla umożliwia kontrolowane ugięcie przewodu, co pozwala na bezpieczne przejęcie wydłużenia bez powstawania nadmiernych naprężeń w rurach i złączkach.

Aby kompensator pętlicowy działał prawidłowo, konieczne jest:

🔸odpowiednie zaprojektowanie długości ramion elastycznych,

🔸zapewnienie wystarczającej przestrzeni montażowej,

🔸właściwe rozmieszczenie punktów stałych i podpór przesuwnych, które kierują pracą rurociągu.

W instalacjach, w których poszczególne odcinki rurociągu podlegają niezależnym wydłużeniom, bardzo istotną rolę odgrywają również punkty stałe. Ich prawidłowe rozmieszczenie — np. na pionach pod trójnikami i przy odejściach — pozwala kontrolować kierunek pracy rury oraz ograniczyć zakres stosowania kompensatorów. Rozwiązanie to sprawdza się jednak głównie na krótszych odcinkach i w instalacjach o przewidywalnych zmianach temperatury.

W przypadku długich prostych odcinków lub instalacji narażonych na znaczne wahania temperatur, kompensatory pętlicowe pozostają podstawową i najbezpieczniejszą metodą kompensacji wydłużeń liniowych w systemach PP-R.