Seleção de Tanque de Água Pressurizada Solar: Desvendando o Código de Materiais e Estruturas para Cenários de Alta Pressão

Impulsionados pelas duplas exigências de edifícios residenciais altos e de um estilo de vida de alta qualidade, os depósitos de água controlados por pressão e alimentados a energia solar tornaram-se uma escolha popular para o fornecimento de água quente residencial.Em comparação com os tanques de água tradicionais sem controlo de pressão, os tanques de água com controlo de pressão oferecem as vantagens de pressão de água estável e aquecimento instantâneo, resolvendo completamente os problemas de fluxo de água flutuante e pressão de água insuficiente em edifícios altos.Entre os principais componentes de um depósito de água com pressão controlada, o depósito de água não é apenas um compartimento de armazenamento de calor, mas também um componente principal para a tolerância a altas pressões.A seleção de materiais e o design estrutural determinam diretamente a segurança, a durabilidade e a experiência do utilizador do dispositivo.No entanto, o mercado atual é atormentado por uma grande variedade de materiais de tanques de água, que vão desde o aço inoxidável SUS304 ao esmalte e aos materiais compósitos emergentes, deixando muitas vezes os utilizadores com o dilema de sobrecarregar as suas escolhas com vários parâmetros.Este artigo irá examinar a lógica central por detrás da seleção do depósito de água com base nas necessidades únicas dos depósitos de água com pressão controlada, fornecendo aos utilizadores um guia científico e prático para a tomada de decisões.

I. O principal desafio dos cenários de pressão:

As "Pressões Triplas" que os Tanques de Água Devem Suportar

Os reservatórios de água dos sistemas de energia solar pressurizados estão constantemente sujeitos a tripla pressão: alta pressão, alta temperatura e corrosão da água. Isto difere fundamentalmente do ambiente operacional dos reservatórios de água sem pressão e é um fator-chave que deve ser priorizado na escolha de um reservatório de água.

A primeira pressão é a carga de alta pressão sustentada. Os reservatórios de água dos sistemas de energia solar pressurizados devem estar ligados diretamente à rede de água municipal e suportar uma pressão de água constante de 0,4 a 0,8 MPa. Se utilizados em ambientes pressurizados, podem ocorrer deformações ou fugas de soldadura no espaço de três meses ou até um ano.

A segunda pressão é a erosão sinérgica provocada pela temperatura e pressão elevadas. A temperatura da água dentro de um tanque de água é normalmente mantida entre 40-75°C. As altas temperaturas aceleram o envelhecimento e a corrosão do material. Para tanques interiores de metal, as altas temperaturas reduzem a resistência à tracção do metal, tornando-o mais suscetível à deformação plástica sob alta pressão. Além disso, as altas temperaturas aumentam a atividade dos iões cloreto e cálcio na água, exacerbando a corrosão por picagem e a acumulação de incrustações. Por exemplo, um depósito interior de aço inoxidável SUS304 resiste à corrosão por iões cloreto à temperatura ambiente. No entanto, em água acima dos 70°C, onde o teor de iões cloreto excede os 100 ppm, a película protetora de óxido de crómio na sua superfície rompe rapidamente, levando à ferrugem visível no espaço de três a seis meses.

Perante estas três pressões, os tanques de água pressurizada de alta qualidade devem possuir três qualidades essenciais: uma estrutura de alta resistência que suporte pressão, materiais resistentes à corrosão a altas temperaturas e resistência à adesão de incrustações. Isto também significa que nem todos os materiais de tanques de água adequados para aplicações sem pressão são adequados para aplicações com pressão. II. O "Triângulo Dourado" da Selecção de Materiais: Dos Parâmetros Únicos à Compatibilidade Abrangente

Os principais materiais para depósitos de água sob pressão disponíveis no mercado dividem-se em três categorias: 

Aço inoxidável SUS304/SUS316, revestimento esmaltado e revestimento em resina composta. Cada material tem as suas próprias vantagens e aplicações. A chave para a seleção não é a qualidade do material, mas a compatibilidade com o ambiente operacional.

1. Tanques de água em aço inoxidável SUS304/SUS316: a "escolha clássica" para água neutra 

Os tanques de água em aço inoxidável, com as suas vantagens de transparência e processos de soldadura avançados, continuam a ser a principal escolha para sistemas integrados de suporte de pressão. No entanto, é importante notar que nem todos os aços inoxidáveis ​​cumprem os requisitos de pressão, e as principais considerações incluem o tipo de material e a qualidade do revestimento.

2. Tanques de água esmaltados: a escolha durável para condições complexas de água 

Os tanques de água esmaltados, graças à elevada resistência à corrosão do seu revestimento inorgânico, apresentam um excelente desempenho em zonas com água dura, elevados níveis de cloretos ou condições ácidas. Os tanques de água esmaltados de alta qualidade apresentam uma estrutura protetora de três camadas: uma base de aço laminado a frio com 1,2-1,5 mm de espessura (que proporciona resistência à compressão), uma camada adesiva com 0,1-0,15 mm de espessura (que garante a adesão entre o esmalte e o aço) e uma camada superficial de esmalte resistente a ácidos e álcalis com 0,05-0,1 mm de espessura (que resiste à corrosão causada pela água).

A principal vantagem dos depósitos de água esmaltada reside no seu completo isolamento da água. O esmalte, composto principalmente por sílica e alumina, oferece uma estabilidade química excecional. A temperaturas inferiores a 80 °C, pode suportar teores de iões cloreto ≤ 300 ppm e pH de 4 a 10, além de ser altamente resistente à formação de incrustações. Por exemplo, em áreas com água dura, como Shandong e Hebei, a quantidade de incrustações depositadas em tanques de água esmaltados é apenas um quinto da encontrada em tanques de aço inoxidável SUS304. Além disso, a incrustação é fácil de limpar, eliminando a necessidade de desmontagens e desincrustações frequentes.

Os objetos duros que batem na estrutura do tanque durante a instalação ou utilização podem fazer com que a camada interna de esmalte se desloque, formando "lesões de corrosão". Por conseguinte, os depósitos de água esmaltados são mais adequados para casas com flutuações mínimas de temperatura da água e um ambiente de instalação estável, e devem evitar grandes entradas de água durante os períodos de pico de utilização de água.

3. Tanques de água em resina composta: um potencial material emergente

Nos últimos anos, os tanques de água compostos, exemplificados pela resina reforçada com fibra de vidro (FRP), começaram a ganhar destaque no mercado dos tanques integrados de suporte de pressão devido às suas propriedades leves e resistentes à corrosão. Os depósitos de água de resina composta utilizam um processo de laminação de fibra de vidro e resina epóxi, resultando numa espessura de parede de 3 a 5 mm e numa resistência à tracção superior a 600 MPa. A ausência de componentes metálicos elimina por completo os problemas de corrosão associados aos tanques metálicos.

No entanto, os depósitos de água de resina composta apresentam atualmente duas deficiências principais: em primeiro lugar, a sua resistência a altas temperaturas é limitada. As resinas epóxi comuns são classificadas para utilização a longo prazo a temperaturas acima dos 60°C. Se a temperatura da água se mantiver acima dos 65°C durante um período prolongado, a resina sofrerá “envelhecimento térmico”, resultando numa diminuição da resistência do liner. Em segundo lugar, os padrões de mercado são inconsistentes. Para reduzir os custos, alguns pequenos fabricantes utilizam resina reciclada ou reduzem o conteúdo de fibra de vidro, reduzindo significativamente o desempenho e a durabilidade do tanque, tornando difícil para os utilizadores avaliar a qualidade com base na aparência. Assim, ao escolher os depósitos de água de resina composta, dê prioridade às marcas com “Certificação Nacional de Equipamentos de Pressão (CRCC)” e exija um relatório de teste a longo prazo que demonstre “70°C de alta temperatura, pressão de água de 1,0 MPa”. III. O "código oculto" do projeto estrutural: "detalhes de suporte de pressão" mais importantes que o material 

Assumindo que o material cumpre os requisitos, o projeto estrutural de um reservatório de água é a "chave oculta" que determina a sua capacidade de suportar pressão e durabilidade. Muitos utilizadores ignoram estes detalhes estruturais, resultando em "bons materiais com baixo desempenho" — por exemplo, alguns reservatórios de água em aço inoxidável SUS304 podem durar 10 anos, enquanto outros apresentam fugas após apenas três. A principal diferença está na qualidade do projeto estrutural.

II. Como construir um depósito de água durável: insights essenciais sobre o fabrico

1. Processo de moldagem de revestimentos: a "primeira linha de defesa"Determinação da estabilidade da pressão 

Os processos de conformação de revestimentos de tanques de água dividem-se principalmente em "soldadura" e "cablagem", que apresentam diferenças significativas no desempenho de suporte de pressão. 

A soldadura é atualmente o processo predominante, no qual as chapas de aço inoxidável são cortadas e soldadas em revestimentos cilíndricos ou quadrados. Um revestimento soldado de alta qualidade deve cumprir três critérios: em primeiro lugar, o tipo de soldadura: deve ser utilizada a soldadura de topo em vez da soldadura por sobreposição. A soldadura de topo oferece uma maior penetração da soldadura e pode atingir mais de 90% da resistência à compressão do material de base, enquanto a soldadura por sobreposição cria pontos de concentração de tensão e é propensa a fissuras a alta pressão.

O processo de conformação por rotação utiliza equipamento especializado para transformar uma única peça de aço inoxidável num revestimento sem costuras, eliminando completamente o risco de soldaduras e oferecendo o melhor desempenho de suporte de pressão. Os tanques conformados por rotação não possuem soldaduras, garantindo uma resistência uniforme à pressão. Sob uma pressão de água de 1,0 MPa, a deformação do tanque é apenas um quinto da dos tanques soldados. No entanto, o processo de conformação por rotação exige muito dos equipamentos e materiais, sendo apenas adequado para tanques cilíndricos (os tanques quadrados não podem ser conformados por rotação). Além disso, o custo é 20% a 30% superior ao da soldadura e, atualmente, é apenas utilizado em modelos de tanques de alta qualidade, todos em um, com suporte de pressão.

2. Estrutura de vedação da interface: um nó crítico para evitar fugas de alta pressão 

As interfaces do tanque (como a entrada, saída de água e interface de aquecimento elétrico) são pontos vulneráveis ​​à pressão, e o seu design de vedação impacta diretamente o desempenho e a durabilidade da vedação do tanque. As interfaces tradicionais utilizam um método de vedação de "vedação de borracha + ligação roscada". Sob altas temperaturas e altas pressões, a vedação de borracha está sujeita ao envelhecimento e à deformação, levando à falha da vedação em um a dois anos e a fugas. Uma estrutura de vedação de juntas de alta qualidade deve apresentar um design de "vedação dupla + antienvelhecimento". Em primeiro lugar, o material de vedação deve ser de borracha de silicone, em vez de borracha nitrílica padrão. A borracha de silicone apresenta uma resistência a altas temperaturas, superior a 200 °C, e uma vida útil 3 a 5 vezes superior à da borracha nitrílica, proporcionando 8 a 10 anos de utilização estável a 75 °C. Em segundo lugar, o método de vedação deve utilizar uma estrutura dupla de "vedação final + vedação radial". A vedação final impede a fuga de água pela face da junta, enquanto a vedação radial impede a fuga de água pelas folgas da rosca, proporcionando uma dupla proteção para uma melhor vedação. Em terceiro lugar, a junta deve ser reforçada com um "processo de flangeamento" ou "projeto de nervura de reforço" para aumentar a espessura do revestimento interior na junta (de 0,8 mm para mais de 1,2 mm), evitando a deformação a alta pressão.

3.º Isolamento e revestimento exterior: um "amortecedor de pressão" que ajuda a proteger o revestimento interior. 

Embora o isolamento e a camada exterior não suportem diretamente a pressão da água, são cruciais para a durabilidade a longo prazo do depósito de água. Uma camada de isolamento de alta qualidade deve ser fabricada em poliuretano integralmente expandido com uma densidade de, pelo menos, 40 kg/m³ e uma espessura de, pelo menos, 50 mm. Deve aderir firmemente à camada interna e externa, sem deixar espaços de ar. Este excelente isolamento reduz as flutuações de temperatura dentro do tanque, evitando a expansão e contração térmica da camada interior devido a grandes diferenças de temperatura, prolongando assim a vida útil do tanque. Além disso, a camada de isolamento atua como um amortecedor, evitando a deformação da camada interior mesmo em impactos ligeiros.

A camada exterior deve também possuir resistência à pressão e à corrosão. Atualmente, os materiais mais utilizados para o revestimento são a "chapa de aço com revestimento colorido + camada galvanizada" ou a "chapa de liga de alumínio". Os revestimentos de alta qualidade devem cumprir os seguintes requisitos: em primeiro lugar, uma espessura de pelo menos 0,3 mm garante a resistência estrutural e evita a deformação durante o transporte ou a instalação. em segundo lugar, o revestimento da superfície deve utilizar um "revestimento de fluorocarbono" em vez do revestimento de poliéster padrão. Os revestimentos de fluorocarbono oferecem maior resistência às intempéries e à corrosão, permanecendo livres de desbotamento e ferrugem durante mais de 10 anos em ambientes exteriores. Isto evita que a corrosão do revestimento permita que a água da chuva penetre na camada de isolamento, resultando na redução do desempenho do isolamento e na corrosão do tanque interior por humidade.

III. Guia de Seleção Baseado em Cenários: A "Solução Óptima" para Diferentes Necessidades

Com base nas diferenças na qualidade da água, no layout da casa e nos hábitos de utilização, os utilizadores devem escolher um material e uma estrutura específicos para o depósito de água, de modo a evitar o erro de seleção de "tamanho único".