En esta segunda entrega desarrollamos otros conceptos relacionados, veremos en detalle cómo dimensionar un tanque hidroneumático para equipos de presurización, además de otros detalles de la instalación.
Recomendamos la lectura de la primera parte de esta nota, incluida en la edición anterior M3h 95, disponible en nuestra web. (www.guiadebombas.com/infotecnica/notas-tecnicas/).
Utilización
El tanque hidroneumático es un componente básico de los equipos de presurización, ya sea para líneas de consumo sanitario o sistemas contra incendio. También se los utilizan como tanques de expansión en sistemas de calefacción. Son de suma utilidad para absorber golpes de ariete. En esta nota nos centraremos en el dimensionamiento de tanques para líneas de presurización de agua de consumo.
Dimensionamiento
Hay diversos métodos para definir la capacidad adecuada de un tanque hidroneumático, debemos recordar que la función principal del tanque hidroneumático en sistemas de presurización es la de proveer agua con presión sin necesidad que arranque la bomba. Por lo que en caso de sobredimensionar la capacidad no será un problema en cuanto al buen funcionamiento del conjunto, quedarán más espaciados los arranques de la bomba, con ello los picos de arranque (en amperaje). Si se sub-dimensiona, pasará lo contrario: más cantidad de arranques por hora, aún con bajo consumo de agua.
Por tanto, ante la duda podemos sobredimensionar la capacidad sin que sea un problema. Hablamos sólo del tanque hidroneumático, nunca debemos sobredimensionar la bomba ya que esto si será perjudicial.
Aquí lo que nos proponemos es obtener el volumen del tanque hidroneumático. Es la etapa final del dimensionamiento de un equipo de presurización. No estamos calculando la capacidad de las bombas, ni del conjunto, tan sólo el volumen necesario del tanque.
Volúmenes y presiones
Analicemos cuáles son los parámetros que manejamos con estos tanques.
En cuanto a presiones debemos tener en claro que el tanque se verá expuesto al mismo rango de presiones que definen el trabajo de la bomba:
P2: presión mínima (encendido): es la presión a la que se acciona la bomba, su valor se define a partir de la suma de la presión necesaria para llegar al punto más alejado y alto de la instalación (altura geométrica + pérdidas de carga por rozamientos de cañería) + la presión mínima para asegurar la provisión a ese consumo (usualmente entre 0.50 y 1 BAR)
P1: presión máxima (corte): es la presión a la que se desconecta la bomba, su valor se define a partir de la suma P2 + 1.5 BAR (aprox.). Este último valor depende de los tipos de consumo a utilizar (grifos con cierres cerámicos, duchas, etc.) se recomienda no sea inferior a 1 BAR.
Cabe recordar que ambos valores (P1 y P2) deben estar dentro de la curva de la bomba, es decir la presión de corte nunca debe ser superior a la presión máxima que entrega la bomba, ni la de encendido debajo de la altura mínima de la bomba.
PPC: presión de precarga. La presión de precarga de aire se define en P2 – 0.20 BAR (ej. P2= 2.5 BAR – 0.2 BAR PPC= 2.3 BAR). Esto radica en que al momento que se abran los consumos y la presión en la instalación descienda no debe quedar una presión remanente que pudiera impedir que el sistema llegue a la presión de encendido (P2).
En todos los casos nos referimos a presiones relativas, no absolutas.
Respecto a los volúmenes, debemos diferenciar:
Volumen de aire: la capacidad de aire a presión atmosférica, sin comprimir.
Volumen de agua: los litros que entran en el tanque a presión atmosférica (sin que se comprima el aire).
Volumen total (VT): Es la capacidad máxima del tanque, y por la cual se lo denomina. Está definida por la suma del volumen de agua y aire netos.
Volumen útil (R): lo esencial de un tanque hidroneumático utilizado en presurización, es la cantidad de agua útil que acumula: volumen útil (R). Es decir, el agua que acopia y que podemos obtener de él entre las presiones máxima (P1) y mínima (P2).
Cálculo de capacidad de un tanque hidroneumático
Nos permite definir la capacidad de un tanque con membrana interna para ser utilizado en presurización de agua de consumo accionado mediante presóstatos con electrobombas de velocidad fija.
Es la última etapa en el dimensionamiento del equipo de presurización, donde ya se han definido otros valores de importancia.
Paso 1 – Recabar datos
Para definir cuál es el volumen total (VT) del tanque a utilizar, debemos tener preestablecidos los siguientes valores:
QMAX: Caudal máximo (l/min)
P2: presión mínima (encendido) (BAR)
P1: presión máxima (corte) (BAR)
P (kW): potencia de la electrobomba
Para grupos de bombas igualmente se toma el valor de caudal máximo de una bomba (caudal correspondiente a P2) y en la potencia el valor de una electrobomba.
Paso 2 – Definir R volumen útil
Al multiplicar el valor QMAX por el valor K que veremos de la siguiente tabla obtenemos el R volumen útil.
R = QMAX • K
Por ejemplo si el QMAX de la electrobomba es de 250 l/min y la potencia de la electrobomba es de 3 Kw (4HP) le corresponde un valor K = 0.42
R = QMAX • K = 250 • 0.42 = 105 lts
Aquí logramos un primer valor que refiere a la cantidad de agua que podrá consumir la instalación sin necesidad que arranque la electrobomba.
Paso 3 – Definir Vt volumen nominal del tanque
El volumen útil (R) está relacionado con las presiones con que opere. Conociendo las presiones de arranque y corte, P2 y P1 respectivamente. Buscaremos en la columna correspondiente dichos valores de presiones el valor R, en nuestro ejemplo 105 l, suponiendo que las presiones serán de 1.5 BAR y 3 BAR (arranque y corte), el valor más cercano es 103 lts, por tanto el tanque seleccionado para estos valores es de 300 lts.
TABLA DE CAPACIDAD NOMINAL DE UN TANQUE HIDRONEUMATICO PARA PRESURIZACION
En casos con ciertas particularidades recomendamos solicitar asistencia al dpto. técnico de su proveedor, ya que no siempre se toman los mismos métodos para calcular, pudiendo tener diferencias en los resultados. Lo importante es tener en claro que más capacidad de tanque implica menos arranques y menos capacidad más arranques, no hablamos de caudales, sino de cantidad de arranques por hora.
Dudas y aclaraciones
A raíz de la publicación de la primera entrega de esta nota, hemos recibido varias consultas en nuestro consultorio técnico gratuito, las cuales hemos respondido oportunamente, conceptos que sumamos y ampliamos aquí.
¿El tanque hidroneumático se puede utilizar en cualquier bomba presurizadora?
Dentro de los equipos de presurización hay dos grandes conjuntos, las que accionan al detectar movimiento en el flujo de agua (flusostáticos) y los que accionan por diferencias de presión (presostáticos). Los tanques hidroneumáticos se utilizan con presostáticos.
¿Puede trabajar con equipos de velocidad variable?
Sí, pueden y deben, por las particularidades de los equipos de velocidad variable se reduce considerablemente el volumen necesario del tanque.
¿Puedo eliminar el tanque instalado?
No es para nada recomendable. Muchas veces los tanques hidroneumáticos suelen requerir más mantenimiento cuando trabajan en condiciones poco favorables, tratando con agua dura, en ambientes corrosivos, etc. Allí se debe reemplazar por un tanque cuya construcción resista las condiciones de trabajo. Pero eliminarlo por completo haría que los presóstatos hagan ciclos cortos ON-OFF, enciendan y corten repetidamente hasta que se estabilice la presión (a veces llamado “claqueo”), además los golpes de ariete al arrancar y detener las bombas serían notorios y muchas veces dañinos con el sistema.
¿Pueden trabajar con una bomba sumergible de pozo?
Sí, perfectamente. Cuando la provisión de agua es directa de un pozo profundo la bomba puede alimentar directamente a la vivienda, evitando la instalación de un tanque elevado.
¿Qué pasa si se dimensiona mal?
Sobredimensionar la capacidad no será un problema en cuanto al buen funcionamiento del conjunto, quedarán más espaciados los arranques de la bomba, y con ello los picos de amperaje. Si se subdimensiona, muy chico, pasará lo contrario: más arranques con bajo consumo de agua.
¿El total del volumen del tanque es útil?
De un tanque de 100 lts podremos obtener un valor muy inferior para utilizar (poco menos de la mitad) ya que parte del volumen del tanque está ocupado por aire. Dependiendo de la relación de presiones se podrán obtener más o menos litros sin que arranque la bomba.
¿Genera más presión o caudal?
Aplicar un tanque hidroneumático no influye en el rendimiento, ni que se deba dimensionar el equipo de otra manera, el tanque no genera más presión ni moviliza más caudal, lo único que hace el tanque es “administrar” los tiempos de trabajo de la bomba y solventar los pequeños consumos al comienzo de cada ciclo.
Instalación y mantenimiento
¿Cómo se conecta?
Los tanques se conectan cerca a la (o las) bomba(s), mediante un accesorio tee (“T”) en la línea de salida, aguas arriba de la bomba. Es recomendable que el o los presóstatos y el manómetro estén conectados cerca del tanque ya que será donde mejor trabajen.
Se recomienda utilizar válvulas de seguridad, o de alivio, cuya apertura esté regulada sobre la presión de corte. Además de la válvula antiretorno (de retención o check) a la salida de cada bomba.
Mantenimiento
Los tanques que poseen membrana, no poseen una tarea de mantenimiento específica. Únicamente el control de la presión de aire de precarga, también verificar que encienda y corte en las presiones establecidas. Cuando la presión de precarga varia o las presiones ON-OFF empiezan a modificarse inesperadamente suele ser que la membrana se ha pinchado y se debe recambiar.
En el caso de los tanques sin membrana es necesario verificar periódicamente que el nivel de aire se mantenga aproximadamente entre 1/4 y 1/3 del volumen del tanque, para ello la mayoría posee un tubo visor de nivel. También que el sistema que mantiene el nivel de aire dentro del tanque (compresor, generador de burbujas, etc.) funcione correctamente. En periodos más prolongados se debe repintar la pintura epoxi interna.
Más información
Para profundizar sobre muchos de estos temas expuestos pueden consultar ediciones anteriores de M3h disponibles en nuestra web. Saciar dudas en el CONSULTORIO TÉCNICO gratuito enviando un correo electrónico a:
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