Cómo calcular el volumen de un vaso de expansión: Guía Actualizada y Aplicación en RITE
La eficiencia en los sistemas de calefacción y refrigeración es esencial para un rendimiento óptimo. Uno de los componentes clave en estos sistemas es el vaso de expansión. Calcular el volumen adecuado es fundamental para asegurar su correcto funcionamiento y evitar problemas de presión en el circuito.
¿Sabías que el cálculo del volumen de un vaso de expansión es fundamental para cumplir con el RITE? Si quieres dominar este y otros conceptos esenciales, en este artículo, exploraremos paso a paso cómo calcular el volumen de un vaso de expansión y optimizar así tus instalaciones. ¡Vamos al asunto!
¿Qué es un vaso de expansión y por qué es tan importante?
El vaso de expansión es un elemento crucial en los sistemas hidráulicos de calefacción y refrigeración. Su función principal es absorber el aumento de volumen del fluido cuando este se calienta. Esto evita el aumento excesivo de presión en el circuito y protege los componentes del sistema.
En un circuito de calefacción, el vaso de expansión se encarga de equilibrar el volumen adicional generado cuando el agua fría se calienta. Para evitar problemas como la corrosión y la disolución de gases, se utilizan vasos de expansión cerrados con membrana. Estos vienen preinstalados con gas inerte y están diseñados para mantener la presión estable incluso ante variaciones de temperatura.
Los vasos de expansión se prescriben en base a su volumen total, su presión de llenado inicial (dado que vienen de fábrica con gas inerte), su presión máxima de servicio y su aplicación (climatización, agua caliente sanitaria, solar…)
¿Por qué es fundamental calcular el volumen del vaso de expansión?
Calcular el volumen adecuado del vaso de expansión es esencial para:
➡️Mantener la presión del circuito estable.
➡️Evitar daños en los componentes del sistema.
➡️Garantizar la eficiencia energética del sistema de calefacción o refrigeración.
➡️Cumplir con los requisitos del RITE y asegurar un funcionamiento seguro y eficiente.
Factores a considerar para el cálculo y pasos para calcular el volumen
Volumen de agua en el sistema (V)
Temperatura máxima del circuito (t)
Presión de llenado (P0)
Coeficiente de expansión (Ce)
Pasos para Calcular el volumen
Vamos calcular el volumen de un vaso de expansión cerrado con membrana para una instalación de agua caliente o calefacción.
Para el cálculo de un vaso de expansión cerrado necesitamos los siguientes datos:
- V: Volumen de agua contenido en la instalación (V en litros)
Es la suma de los volúmenes de todos los elementos del circuito hidráulico. Debemos tener en cuenta tuberías, depósitos, colectores, unidades terminales, etc.
En instalaciones existentes donde resulte difícil medir podemos estimar unos 14 litros de agua por kW de potencia de los generadores. En proyectos de nuevas instalaciones deberemos calcular el volumen real.
También se puede calcular de forma aproximada con la fórmula:
Donde Q es la potencia del generador en kW
- t: Temperatura máxima del circuito (ºC).
En circuitos de calefacción, lo más conservador es emplear la temperatura de impulsión de los generadores (calderas, bombas de calor), la máxima que puede alcanzar el agua, calculando por exceso el depósito de expansión. También podríamos utilizar la media entre la temperatura de ida y de retorno, que parece más realista.
En instalaciones que bombeen exclusivamente agua fría, lo normal es usar la máxima temperatura ambiente que prevemos en la instalación. Esto se debe a que el agua tiene su volumen mínimo en torno a los 4ºC. Si desconocemos este valor, usaremos como temperatura máxima 30ºC.
- P0: Presión de llenado del circuito en el punto donde se instala el vaso (bar).
Este valor viene condicionado por la presión de llenado en el punto más alto del circuito y la altura de este punto sobre el vaso.
Imaginemos un edificio de 5 plantas, en el que la sala de calderas se encuentra en la planta baja. Como lo habitual y más aconsejable es instalar el vaso en el retorno de la bomba de circulación, el vaso también estará en la planta baja.
Queremos garantizar que el radiador situado en el punto más desfavorable tenga una presión mínima de llenado de 0,5 bar en frío, para facilitar la purga de gases del circuito.
Además el radiador más alto está a 15m de altura sobre el vaso. Con el circuito frío y las bombas paradas la presión de llenado manométrica en el vaso de expansión será:
- Ce : Coeficiente de expansión (adimensional)
El coeficiente de expansión Ce es función de la temperatura máxima. En la norma aparecen varias expresiones para su cálculo. La más sencilla es la siguiente:
Ce= (3,24 • t2 + 102,13 • t – 2708,3) • 10-6
t: Temperatura máxima del circuito (ºC).
La fórmula es válida entre 30ºC y 120ºC. Para otros valores de temperatura debe consultarse la UNE 100.155.
La norma prevé la corrección del Coeficiente de expansión si se utiliza etilenglicol como anticongelante. Solo en este caso, deberemos multiplicar el coeficiente de expansión por el valor obtenido de la tabla siguiente:
- Cp : Coeficiente de presión (adimensional)
El coeficiente de expansión Cp es función de la presión máxima y mínima de la instalación. Siendo su expresión:
Siendo:
Cp: Coeficiente de presión (adimensional)
PM: Presión absoluta máxima de la instalación (bar)
Pm: Presión absoluta mínima de la instalación (bar)
Para el cálculo de la presión absoluta máxima partimos de la presión de tarado de la válvula de seguridad. Dicha presión de tarado deberá ser menor o igual que la presión máxima de servicio del elemento menos resistente de la instalación, que suele ser la caldera o bomba de calor.
Una expresión válida es la siguiente, consistente en considerar el 90% de la presión de tarado de la válvula de seguridad (manométrica) y pasarla a presión absoluta:
Siendo:
PM: Presión absoluta máxima de la instalación (bar)
Pvs: Presión de tarado de la válvula de seguridad (bar)
Por su parte la presión mínima será igual a la presión absoluta de llenado en el punto donde se instala el vaso. Recordad que sumamos uno para pasar presiones manométricas en bar a presiones absolutas:
Pm = Pllenado + 1
La fórmula de cálculo del volumen del vaso es:
| Vt = V x Ce x Cp |
donde:
Vt es el volumen total del vaso de expansión.
V es el volumen total de agua en el circuito.
Ce es el coeficiente de dilatación del fluido.
Cp es el coeficiente de presión del gas (aire o nitrógeno, según con qué llenemos el vaso).
| Autor: |
| Manel Marquez Ingeniero Industrial Profesor en CTEEP |
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Calcular el volumen adecuado del vaso de expansión es vital para mantener la eficiencia y seguridad de los sistemas de calefacción y refrigeración. Siguiendo los pasos y fórmulas descritas, puedes dimensionar correctamente el vaso y asegurar un funcionamiento óptimo del circuito.
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