Tanque de expansión para suministro de agua: selección, dispositivo, instalación y conexión

El suministro de agua autónomo, que suministra agua de forma independiente a los puntos de consumo como en un apartamento urbano, hace tiempo que dejó de ser una rareza. Es una norma en la vida rural, que simplemente hay que diseñar, montar y equipar correctamente con un dispositivo capaz de iniciar y detener el sistema según se usen los grifos.

Un tanque de expansión para suministro de agua garantizará el funcionamiento estable de la red independiente. Protegerá contra golpes de ariete, prolongará significativamente la vida útil del equipo de bombeo, asegurará el llenado regular del sistema con agua y evitará la necesidad de transportarla en cubos.

Nos complace presentarle las características del dispositivo y el principio de funcionamiento del hidroacumulador. En nuestro artículo se describen minuciosamente las reglas para seleccionar un tanque de membrana, la especificidad de la instalación y la conexión. Hemos complementado la información presentada con ilustraciones útiles, diagramas y guías en video.

Característica de los tanques de expansión cerrados

El tanque hidráulico (o hidroacumulador, tanque de expansión) es un recipiente metálico hermético que sirve para mantener una presión estable en la tubería de agua y crear reservas de agua de diferentes volúmenes.

A primera vista, la selección e instalación de este dispositivo no debería causar dificultades: en cualquier tienda en línea se pueden ver numerosos modelos que solo difieren ligeramente en forma y volumen, pero no difieren significativamente en su funcionalidad.

Esto no es así en absoluto. En el dispositivo del tanque de expansión y su principio de funcionamiento hay muchos matices.

Particularidades del dispositivo y la construcción

Diferentes modelos de tanques de expansión pueden tener limitaciones en cuanto a su uso: algunos están diseñados solo para trabajar con agua técnica, otros pueden utilizarse para agua potable.

Por su construcción, los hidroacumuladores se diferencian en:

• depósitos con pera intercambiable;
• depósitos con membrana fija;
• tanques hidráulicos sin membrana.

En un lado del depósito con membrana desmontable (en el tanque de conexión inferior, en la parte inferior) hay una brida especial con rosca, a la que se fija la pera. En el lado opuesto hay una válvula de aire para inflar o purgar aire o gas. Está diseñada para conectar una bomba de automóvil normal.

En el tanque con pera intercambiable, el agua se bombea hacia la membrana sin entrar en contacto con la superficie metálica. El reemplazo de la membrana se realiza desenroscando la brida, que está sujeta con pernos. En depósitos grandes, para estabilizar el llenado, la pared trasera de la membrana se fija adicionalmente a la válvula de aire.

La vida útil de la pera intercambiable depende de los ajustes de presión del aire en el compartimento de gas del hidroacumulador. A veces, para crear una mayor reserva de agua, el usuario reduce la cantidad de aire y aumenta la cantidad de agua en la pera. Esto provoca que la membrana toque la pared del tanque, lo que causa un desgaste rápido.

El espacio interior del tanque con membrana fija se divide en dos compartimentos por la membrana. En uno se encuentra el gas (aire), en el otro entra el agua. La superficie interior de dicho depósito está recubierta con pintura resistente a la humedad.

La mayoría de las veces, los tanques con membrana fija se utilizan para sistemas de calefacción. Como la membrana es un elemento que falla mucho más rápido, la vida útil de dicho tanque es menor que la de un dispositivo con pera intercambiable.

También existen tanques hidráulicos sin membrana. En ellos, los compartimentos de agua y aire no están separados por nada. Su principio de funcionamiento también se basa en la presión mutua del agua y el aire, pero en esta interacción abierta se produce una mezcla de las dos sustancias.

La ventaja de estos dispositivos es la ausencia de una membrana o pera, que es el punto débil en los hidroacumuladores convencionales.

Exteriormente, los tanques de expansión solo se pueden dividir en modelos horizontales y verticales, pero sus parámetros de trabajo pueden ser muy diferentes.

La difusión del agua y el aire obliga a mantener los tanques con bastante frecuencia. Aproximadamente una vez por temporada es necesario rellenar aire, que se mezcla gradualmente con el agua. La reducción significativa del volumen de aire, incluso a presión normal en el tanque, provoca el encendido frecuente de la bomba.

Los acumuladores hidráulicos en los sistemas de suministro de agua reducen la probabilidad de golpes de ariete, protegen las bombas de encendidos demasiado frecuentes, permiten formar una reserva de agua y mantener la presión en el circuito.

Principio de funcionamiento del hidroacumulador

Los tanques hidráulicos cerrados para suministro de agua funcionan según este esquema: la bomba suministra agua al bulbo, llenándolo gradualmente, la membrana se expande y se produce la compresión del aire que se encuentra entre el bulbo y la carcasa metálica.

Cuanta más agua entra en la pera, más presiona sobre el aire, y este, a su vez, tiende a expulsarla del depósito. Como resultado, la presión en el tanque aumenta, lo que lleva a apagar la bomba.

Durante un tiempo, cuando se consume agua en el sistema, el aire comprimido mantiene la presión. Empuja el agua hacia la tubería. Cuando la cantidad de agua en la membrana disminuye tanto que la presión baja al límite inferior, el relé se activa, encendiendo nuevamente la bomba.

En el hidrotanque hay una interacción constante entre el agua y el gas, separados entre sí por una membrana de goma. El volumen de líquido dentro del dispositivo se regula por la cantidad de gas (su presión) (+)

Clasificación según el ámbito de aplicación

No se deben confundir los tanques para suministro de agua y para el sistema de calefacción, por lo que al elegir es necesario conocer su propósito. Para una identificación clara, los fabricantes pintan los hidroacumuladores para calefacción de rojo, y para suministro de agua, de azul.

Sin embargo, algunos no siguen esa marcación, por lo que los siguientes datos pueden servir como característica distintiva de los dispositivos:

• para suministro de agua, la temperatura máxima de uso del hidroacumulador será de hasta 70 °C, la presión admisible puede alcanzar 10 bar;
• los dispositivos destinados al sistema de calefacción pueden soportar temperaturas de hasta +120 °C, la presión de trabajo del tanque de expansión a menudo no supera los 1,5 bar.

Todos los parámetros más importantes se indican en la tapa decorativa (placa de identificación) que cubre la boquilla.

Este dispositivo, diseñado para sistemas de calefacción, actúa como un depósito adicional que permite que el fluido caloportador se expanda libremente al calentarse. Sin él, el sistema está condenado a la destrucción.

La lista de funciones que realiza un hidroacumulador en un sistema de agua fría (AF) es mucho más amplia:

• Mantenimiento de una presión constante y uniforme en la tubería. Gracias a la presión del aire, la presión se mantiene durante un tiempo incluso con la bomba apagada, hasta que cae al mínimo establecido y la bomba se vuelve a activar. Así, la presión en el sistema se conserva incluso al usar varios aparatos sanitarios simultáneamente.
• Protección contra el desgaste del equipo de bombeo. Las reservas de agua contenidas en el tanque permiten usar el suministro de agua durante un tiempo sin encender la bomba. Esto reduce el número de activaciones de la bomba por unidad de tiempo y prolonga su vida útil.
• Protección contra golpes de ariete. Un aumento brusco de presión en la tubería al encender la bomba puede alcanzar 10 o más atmósferas, lo que afecta negativamente a todos los elementos del sistema. El tanque de membrana absorbe el golpe, igualando la presión.
• Creación de reservas de agua. Cuando se corta la electricidad, el sistema de suministro de agua todavía podrá suministrar agua durante un tiempo, aunque breve.

Para la instalación del calentador de agua se utilizan tanques de expansión que pueden soportar altas temperaturas.

Materiales para equipos hidroneumáticos

La membrana del tanque de expansión se fabrica con diferentes materiales que, durante su uso, soportan diferentes rangos de temperatura.

En los hidroacumuladores se utilizan:

• Caucho natural — NATURAL. El material puede entrar en contacto con agua potable y se utiliza para acumular agua fría. Con el tiempo, puede empezar a filtrar agua. Soporta temperaturas de -10 a 50 °C.
• Caucho butílico sintético — BUTYL. Es el más versátil, impermeable, se utiliza en estaciones de suministro de agua y es apto para agua potable. La temperatura de funcionamiento puede oscilar entre -10 y 100 °C.
• Caucho sintético de etileno-propileno — EPDM. Es más permeable al agua que el anterior, puede entrar en contacto con agua potable. El rango de temperaturas permitidas es de -10 a 100 °C.
• El caucho SBR se utiliza solo para agua técnica. La temperatura de uso es la misma que la de los tipos anteriores.

Para un sistema de suministro de agua fría, es necesario elegir tanques con una pera fabricada de caucho apto para uso alimentario con propiedades elásticas mejoradas, que permiten amortiguar mejor los golpes de ariete y mantener una presión de agua estable en el sistema.

El cuerpo del tanque se fabrica generalmente de acero aleado resistente a la corrosión, recubierto externamente con pintura. También se pueden encontrar en el mercado recipientes de acero inoxidable, muy resistentes, pero costosos.

Cálculo del volumen del tanque antes de la selección

Se venden tanques con capacidad de 24 a 1000 litros. Cuál elegir, lo indicarán los cálculos, cuyo resultado debe redondearse al alza. Al elegir un tanque con membrana extraíble, hay que recordar que el volumen de agua ocupa el 30% del volumen total del depósito, es decir, en un depósito de 100 litros, la reserva de agua será de aproximadamente 30 litros.

La tabla muestra la relación entre los parámetros de presión de aire en el compartimento de gas del hidroacumulador con los ajustes del relé y el tamaño del tanque (+)

La particularidad de los tanques pequeños es que a menudo no tienen válvula para purgar el aire de la pera de goma. Esto puede causar inconvenientes durante el uso. Los tanques grandes tienen dicha válvula y, además de proporcionar una mayor reserva de agua, manejan mejor el mantenimiento de una presión estable en el sistema.

El cálculo del volumen total del hidroacumulador para un sistema de suministro de agua cerrado se realiza con la siguiente fórmula:

Vt=K*Amax*((1+Pmax)*(1+Pmin))/(Pmax-Pmin)*(1+Paire.),

donde:

• Vt — volumen total del hidroacumulador;
• Amax – caudal máximo posible de agua por minuto, litros;
• K – coeficiente (ver tabla), que depende de la potencia de la bomba;
• P_max – ajustes del relé al apagar el equipo, bar;
• P_min – ajustes del relé al arrancar el equipo, bar;
• P_aire – presión en el hidroacumulador (en su cámara de gas), bar.

El coeficiente K se puede determinar con la siguiente tabla:

Tabla del coeficiente K, que depende de la potencia de la bomba, para calcular el volumen total del hidroacumulador de tipo cerrado para suministro de agua

Algunos fabricantes también calculan el volumen del hidroacumulador de otra manera:

La empresa Gilex, que fabrica una amplia gama de equipos para sistemas de suministro de agua y calefacción, ofrece otra fórmula para la determinación rápida del volumen del hidroacumulador

Orientación horizontal y vertical

La elección entre un tanque vertical y uno horizontal depende de las características del espacio. Si la habitación es pequeña o el volumen del depósito es considerable, para no ocupar mucho espacio, se instala un tanque vertical.

El tanque horizontal tiene menor capacidad, puede colgarse en la pared y también servir de soporte para la instalación de una bomba de superficie. Para su montaje se incluyen fijaciones especiales. Los tanques grandes se fabrican solo en versión vertical y se instalan sobre patas.

Resumiendo todo lo anterior, se puede señalar que la elección del hidroacumulador se debe realizar entre las siguientes características distintivas:

• presión de trabajo;
• país fabricante;
• mayor o menor volumen;
• membrana de goma reemplazable o no reemplazable;
• membrana para agua técnica o potable;
• material del cuerpo: acero inoxidable o acero esmaltado.

Para evitar dificultades futuras con el reemplazo de componentes, es mejor elegir los modelos más comunes de los dispositivos. Las peras de goma para estos siempre están disponibles en el mercado, por lo que si se necesita un reemplazo urgente, no será necesario esperar mucho tiempo para la entrega.

Esquemas de conexión de hidroacumuladores

Para el sistema de agua caliente sanitaria, la instalación del tanque de expansión se realiza en el tramo de la tubería de circulación, en la línea de succión de la bomba, cerca del calentador de agua.

El tanque está equipado con:

• manómetro, válvula de seguridad, purgador de aire — grupo de seguridad;
• válvula de cierre con un dispositivo que evita el cierre accidental.

En un sistema de abastecimiento de agua que cuenta con equipo de calentamiento de agua, el dispositivo asume las funciones de un tanque de expansión.

Esquema de instalación en el sistema de ACS: 1 – tanque hidráulico; 2 – válvula de seguridad; 3 – equipo de bombeo; 4 – elemento de filtración; 5 – válvula de retención; 6 – grifo de cierre

En el sistema de agua fría, la regla principal al instalar el hidroacumulador es montarlo al inicio del sistema de tuberías, cerca de la bomba.

En el esquema de conexión deben estar presentes:

• válvula de retención y válvula de cierre;
• grupo de seguridad.

Las conexiones pueden ser muy variadas. El depósito hidráulico conectado normaliza el funcionamiento del equipo, reduciendo el número de arranques de la bomba por unidad de tiempo y, por lo tanto, prolonga su vida útil.

Esquema de instalación en el sistema de agua fría con pozo: 1 – depósito; 2 – válvula de retención; 3 – grifo de cierre; 4 – relé de control de presión; 5 – dispositivo de control del equipo de bombeo; 6 – grupo de seguridad

En un esquema con estación de bombeo elevadora, una de las bombas funciona constantemente. Este sistema se instala para casas o edificios con alto consumo de agua. El tanque hidráulico aquí sirve para neutralizar los picos de presión, y para acumular agua se instala un depósito del mayor volumen posible.

Realización de la instalación del tanque de expansión

Antes de comenzar, se revisa el hidroacumulador para detectar posibles daños. La instalación del dispositivo se realiza en una sala insonorizada, a temperatura positiva. Para tener acceso al grifo de drenaje, a las válvulas de cierre, etc., la distancia del depósito al techo y a las paredes debe ser de al menos 0,6 m.

En la sala también debe preverse la posibilidad de llenar el depósito y drenar el agua. Los anclajes y el lugar de montaje deben soportar el 100% de la capacidad del recipiente.

Para los depósitos de expansión de hasta 30 litros se utiliza un soporte de pared; los recipientes más grandes se colocan sobre patas

El hidroacumulador no debe estar sometido a cargas mecánicas ni estáticas; es recomendable evitar la influencia de tuberías y equipos. El depósito se fija al suelo mediante juntas de goma. En la entrada del depósito hidráulico se instala una válvula de retención y un grifo de drenaje.

Los pasos enumerados fueron necesarios para el ensamblaje del revestimiento del hidroacumulador, que se realizó en la superficie. Para las siguientes acciones, es necesario trasladarse al cajón.

Después del montaje final del sistema, se deben realizar las pruebas de control y poner en marcha el circuito de suministro de agua.

Particularidades del ajuste del hidroacumulador

Los tanques de expansión para suministro de agua se venden con ajustes estándar de fábrica; con frecuencia, la presión en el compartimiento de aire ya está ajustada a 1,5 bares. La presión permitida siempre está indicada en la etiqueta y el fabricante no recomienda desviarse de los parámetros establecidos, especialmente en el sentido de aumentarla.

Antes de comenzar con el ajuste, se desconecta el sistema de la red eléctrica y se cierran las válvulas de cierre. El tanque de membrana se vacía completamente drenando el agua; la presión exacta solo se puede medir cuando el compartimiento de agua está vacío.

Luego se toman las lecturas de presión con un manómetro preciso. Para ello, se retira la tapa decorativa de la válvula y se acerca el instrumento. Si la presión difiere de la requerida, se ajusta inflando o purgando el exceso de aire.

Considerando que el fabricante se opone a desviaciones de los valores de presión recomendados, es necesario elegir el equipo adecuado ya en la etapa de diseño, cuyos parámetros no entren en conflicto entre sí.

Al ajustar la presión en el compartimiento de gas del tanque, el fabricante lo llena con un gas inerte, como nitrógeno seco. Esto evita la corrosión de la superficie interior. Por lo tanto, también se recomienda a los usuarios utilizar nitrógeno técnico para aumentar la presión.

Configuración de la presión del tanque en el sistema de suministro de agua

La presión en el tanque de tipo cerrado siempre se establece un poco más baja (en un 10%) que el nivel de presión al arrancar la bomba. Ajustando la presión en el dispositivo se puede corregir la presión del agua. Cuanto menor sea la presión del gas en el hidrotanque (pero no menos de 1 bar), más agua podrá contener.

La presión se volverá desigual: fuerte cuando el depósito esté lleno y cada vez más débil cuando se vacíe. Para garantizar un flujo de agua fuerte y uniforme, se ajusta la presión en la cámara de aire o gas en un rango de 1,5 bar.

La presión del agua en la tubería se ajusta mediante un relé. Al ajustar la presión en la cámara de expansión, se deben tener en cuenta estos valores.

Ajuste del hidroacumulador en el circuito del calentador de agua

El tanque de expansión utilizado para el suministro de agua caliente no debe contener agua inicialmente. La presión en el dispositivo se ajusta a un valor que es 0,2 mayor que el umbral superior de apagado de la bomba.

Por ejemplo, si el relé está configurado para apagar el equipo cuando la presión alcanza 4 bares, entonces la presión en el compartimento de gas del tanque de expansión debe ajustarse a 4,2 bares.

El tanque instalado en el circuito del calentador de agua no sirve para mantener la presión. Está destinado a compensar la expansión cuando se calienta el agua. Si se ajusta la presión a un valor menor, el tanque contendrá agua constantemente.

Reglas de mantenimiento del hidroacumulador

La inspección programada del tanque de expansión consiste en verificar la presión en el compartimento de gas. También es necesario inspeccionar las válvulas, las válvulas de cierre, el purgador de aire, verificar el funcionamiento del manómetro y del relé de presión de agua. Para asegurarse de la integridad del tanque, se realiza una inspección visual.

Durante el mantenimiento preventivo, se debe medir la presión en el hidrotanque y ajustarla si es necesario.

A pesar de toda la simplicidad del dispositivo, los tanques de expansión para el suministro de agua no son eternos y pueden dañarse. Las causas típicas son la rotura de la membrana o la pérdida de aire a través de la boquilla. Los signos de avería se pueden identificar por el encendido frecuente de la bomba o la aparición de ruido en el sistema de tuberías. Comprender el principio de funcionamiento del hidroacumulador es el primer paso para un mantenimiento adecuado y la resolución de problemas.

Montaje del hidroacumulador de tipo abierto

El dispositivo de tipo abierto se usa cada vez menos, ya que requiere la intervención constante del usuario en su funcionamiento. El tanque de expansión abierto es un recipiente no hermético que sirve para generar presión en la tubería de agua, acumular agua, y también sirve como cámara de expansión.

Al depósito se conectan: grifo de vaciado, tuberías para la tubería de recirculación y de impulsión, tubería de control y de rebose

El depósito se instala por encima del punto sanitario más alto, por ejemplo, en el ático, el agua llega al sistema por gravedad. Cada metro que se eleva el dispositivo aumenta la presión en la tubería en 0,1 atmósferas.

Para automatizar el proceso de suministro de agua, el depósito se equipa con un interruptor de flotador y se instala un relé automático que encenderá y apagará la bomba.

El recipiente se instala en una habitación que no se congela, se cubre con una tapa para protegerlo del polvo y la suciedad, y se envuelven las paredes con lana mineral u otro aislante.

Esta forma de organizar el suministro de agua requiere un control regular por parte del usuario, de lo contrario, el agua puede congelarse a temperaturas negativas (si la habitación no está calefaccionada). El líquido se evaporará, por lo que será necesario rellenarlo constantemente.

Además, este recipiente es voluminoso y poco estético; para ello es necesario tener un ático en la casa. Pero el principal inconveniente del dispositivo es que el depósito no está diseñado para funcionar con alta presión de agua en el sistema.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Vídeo #1. Todo sobre los vasos de expansión: clasificación, función, ajuste y signos de averías:

Vídeo #2. El funcionamiento incorrecto de la estación de bombeo a menudo está relacionado con fallos del hidroacumulador:

Vídeo #3. Detalles de la elección de depósitos hidráulicos para el suministro de agua:

Ya en la etapa de planificación y desarrollo del sistema de suministro de agua, es necesario considerar todos los puntos importantes y calcular todos los parámetros. Si no está seguro de la infalibilidad de sus cálculos y de la correcta elección del hidrodepósito para el suministro de agua, es mejor acudir a especialistas.

La mayoría de las empresas que venden equipos profesionales ofrecen asesoramiento o incluso realizan cálculos de forma gratuita. Esto ayudará a evitar errores y gastos innecesarios.

Esperamos sus comentarios con relatos sobre su propia experiencia en el uso del vaso de expansión, con preguntas surgidas durante la lectura de la información presentada. Nos interesan sus observaciones y posibles sugerencias. Puede comentar el material en el bloque que se encuentra a continuación.