Winterization 101: la scienza dei tubi congelati
Come ingegnere professionista, esamino spesso i componenti dell’edificio chesono falliti. E sono sempre colpito dail fatto che la maggior parte delle case danneggiate da tubi congelati sono di nuova costruzione. Questo mi ha spinto a chiedermi cosa le persone che costruivano queste case non considerassero gli edifici costruiti che in seguito si sarebbero rivelati vulnerabili.
Sappiamo tutti che diversi giorni e notti di tempo insolitamente freddo spessorisultano nel congelamento e nella rottura dei tubi. I guasti risultanti spesso causano il flusso di acqua dal tubo rotto fino a quando qualcuno non lo nota, trova la valvola di intercettazione appropriata e arresta il flusso. Il danno risultante puòessere costoso da riparare.
La risposta più semplice alla domanda sul perché questo accade è perché il tubo ha troppo freddo. Ma questo non spiega come i tubi possono essere vulnerabili, o cosa rende alcuni tubi congelati e rotti mentre altri no. La mia semplice comprensione è che mentre l’acqua in apipe si congela e si espande, spinge verso l’esterno sulle pareti del tubo fino a quando non si allungano e scoppiano.
Ma uno studio dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign indica che mentre questo può accadere, raramente lo fa. È morecommon affinchè il ghiaccio formi all’interno del tubo e provi ad espandersi lungo il lengthof il tubo, secondo lo studio.
L’acqua è incomprimibile, quindi dove l’acqua è confinata tra il ghiaccio in espansione e un dispositivo chiuso, la pressione aumenta fino a quando i piperuptures. La rottura si verificherà nella parte più debole del tubo che trattiene il fluido raffinato. Di conseguenza, il tubo mostlikely scoppia a partire dalla posizione reale del congelamento e la pressione di acqua in un volume limitato è parte acriticamente importante della causa di fondo.
Alcune soluzioni
Detto questo, il modo migliore per prevenire il congelamento di un tubo è tenerlo abbastanza caldo in modo che l’acqua all’interno rimanga al di sopra del punto di congelamento.
Il modo più comune per riscaldare un tubo è quello di lasciarlo esposto all’aria calda interna, più spesso localizzando i tubi all’interno delle pareti interne—dove la temperatura su entrambi i lati del muro è di solito ben al di sopra del congelamento. In alternativa, se un tubo deve entrare in una parete esterna, un costruttore può localizzare il tubo in modo che si trovi tra la stanza calda e l’isolamento della parete. In questo caso, anche se il tubo sarà più fresco della stanza adiacente, finché c’è abbastanza isolamento all’esterno del tubo per tenerlo caldo, probabilmente non si congela.
Infine, in determinate circostanze, potrebbe essere necessario installare heat trace su un pipeper riscaldarlo direttamente. Traccia di calore è aresistance nastro di riscaldamento che avvolge il tubo e utilizza l’elettricità per keepit caldo-una sorta di riscaldatore elettrico per il tubo. Sfortunatamente, questo è costoso da installaree operare, e diventa inefficace se c’è un’interruzione di corrente.
Per tubi che non vengono mantenuti attivamente caldi, è possibilebasso raffreddamento isolando il tubo. L’isolamento aiuta a prevenire il congelamento in due modi. In primo luogo,l’isolamento funziona rallentando ilrato di raffreddamento conduttivo—cioè, l’acqua perde calore direttamente alle pareti del tubo e le pareti del tubo perdono calore direttamente all’aria circostante. In secondo luogo, l’isolamento può anche fornire protezione contro il raffreddamento convettivo, cioè il raffreddamento che deriva dall’aria fredda che soffia sul tubo e porta via il calore ad una velocità accelerata. Wherea tubo è esposto a una perdita d’aria, l’aria fredda che soffia contro il tubo willrapidly aumentare la velocità di raffreddamento e successivamente aumentare la tube’svulnerability al congelamento, una sorta di effetto vento-freddo.
Un altro modo per prevenire lo scoppio è quello di alleviare la pressionesu entrambi i lati di un congelamento. In manyinstances, i rubinetti di acqua all’aperto possono essere winterized chiudendo una casa di insidethe di valvola, da qualche parte lungo la lunghezza del tubo, e poi aprendo il outdoortap. Anche se il rubinetto isopened solo abbastanza a lungo per drenare parzialmente la linea, una volta che è chiuso, therewill risultato un volume di aria tra il rubinetto e l’acqua che rimane inthe tubo. In questo caso, il ghiaccio in espansione tenderà a comprimere il volume d’aria eprevenire la pressione dal superamento della forza del tubo e delle sue connessioni.