Los tanques hidroneumáticos son elementos principalmente presentes en sistemas de presurización, instalaciones de incendio o en diversas aplicaciones de provisión de agua. Aquí los principios básicos de estos tanques que ayudan y solucionan.
¿Qué es un tanque hidroneumático?
Los tanques hidroneumáticos son recipientes cerrados, dentro de los cuales nos encontramos con dos volúmenes, uno de agua y otro de aire. Al ingresar el agua a presión dentro del tanque, comprime el aire confinado en su interior. Esto se debe a que el aire tiene sus moléculas más separadas por ser un gas, por ello tiende a comprimirse muchísimo más fácilmente que el agua, la cual está en estado líquido, es un fluido casi incompresible, es decir, su volumen y la cantidad de masa permanecerán prácticamente iguales, aún bajo presión, siendo el aire el único en sufrir variaciones.
¿Cuál es su función?
Básicamente tiene tres funciones: almacenar agua, absorber los golpes de ariete y también las dilataciones de la masa líquida. Para comprender claramente la primera función, repasemos cómo es el trabajo de un equipo de presurización que funciona por presión (y no por flujo). La primera vez que funciona el equipo con todas las bocas de consumo cerradas, el equipo llena toda la cañería y eleva la presión hasta el valor de corte (presión de parada), a la cual la bomba se detiene. Cuando se abre una boca de consumo, la presión desciende, al llegar a la presión de arranque seteada, la bomba arranca y funciona hasta que queden todos los consumos cerrados, en ese momento la presión asciende nuevamente hasta la presión de corte.
Al incluir un tanque hidroneumático lo que sucede es que antes de que llegue a la presión de corte, el aire dentro del tanque se comprime, esa compresión es una acumulación de energía, hace las veces de resorte. Al abrirse el primer consumo, la bomba no arranca, es el aire comprimido dentro del tanque el que moviliza el agua, alimentando el consumo sin necesidad que arranque la bomba. La presión entonces irá descendiendo y la bomba comienza a funcionar al llegar a la presión de arranque. No es que, al aplicar un tanque hidroneumático, 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.
Este almacenamiento bajo presión, entonces, da la posibilidad de disponer de una cantidad limitada de agua para distintos usos y además aprovechar la fácil compresión del aire para absorber los picos oscilatorios de presión, facilitando la lectura de los controles (presóstato, transductores de presión, manómetros, etc.). El volumen de agua provisto dependerá del volumen útil del tanque, lo cual analizaremos aparte en detalle.
La segunda función del tanque, útil también en equipos de presurización o sistemas de incendio, pero muy utilizado en otras aplicaciones, es la capacidad que tienen los tanques hidroneumáticos de absorber los golpes de ariete. (Recomendamos la lectura de la nota técnica publicada en M3h Nº 86). Aquí nuevamente el que hace el trabajo es el volumen de aire, el cual se comprime al recibir un pico de presión de la parte líquida.
Por último, un tanque hidroneumático se puede aplicar también como vaso de expansión. Al exponer el agua a variaciones de temperatura como en un circuito cerrado de calefacción, ésta se dilata y la diferencia de volumen puede ser absorbida por un tanque hidroneumático. Este tipo de tanque muchas veces utiliza nitrógeno en vez de aire ya que se adapta mejor a estas circunstancias, mientras que las membranas utilizadas son de goma butílica que soportan altas temperaturas.
Tipos de Tanques Hidroneumáticos
Se diferencian por la forma constructiva y por los materiales utilizados. Estas diferencias los hacen más propicios para una u otra utilización. Además de los materiales la diferencia más notable que podemos marcar es en la utilización de una membrana para separar aire y agua.
Tanques sin membrana: en la actualidad estos tanques son mayormente utilizados para uso naval o servicios pesados en la industria, en menor medida en presurización en construcciones de uso civil, sistemas contra incendio, riego, etc. Son construidos en chapa de acero, el metal se protege en el interior con pintura epoxi que evita su deterioro al estar en contacto con el agua. Cuando son equipos destinados para agua de consumo esta pintura debe ser atóxica; en el exterior se lo reviste con antioxidantes y pinturas sintéticas. Otras veces, cuando el presupuesto lo permite, se utiliza acero inoxidable. En todos estos casos es un recipiente entero, sin divisiones internas, por lo que el aire está en contacto directo con el agua, lo que hace que, poco a poco, el volumen de aire dentro del tanque se vaya perdiendo, esto se debe a que el agua tiene la capacidad de absorber aire.
El volumen de aire puede mantenerse por diversos sistemas, el más básico es el vaciado y llenado periódico, puede utilizarse un compresor o hay pequeños módulos que lo que hacen es, en cada parada de la bomba, soltar una burbuja de aire y así compensar el aire perdido. También suele utilizarse una válvula que elimine el excedente de aire. Es habitual que cuenten con un visor de vidrio para visualizar el nivel de agua-aire dentro del tanque. Poseen otros orificios que se utilizan para colocar los manómetros, presóstatos y válvulas de seguridad, pero siempre es una sola boca la que se conecta al sistema. En los de mayor tamaño se deja preparada una boca “paso hombre” para poder ingresar dentro del mismo y realizar el mantenimiento de la pintura o reparaciones necesarias.
Tanques con membrana: son los tanques de mayor aplicación, la gran ventaja de estos es que se reduce considerablemente el mantenimiento, debiendo sólo verificar el estado de la membrana en períodos más largos.
Están construidos en distintos materiales predominan los de chapa de acero, pero también los hay en acero inoxidable, zinc, y materiales plásticos (polietileno reforzado con fibra de vidrio y resinas epóxidicas). Los de chapa de acero que son los más comunes están en exterior recubiertos con un revestimiento de pintura epoxi, en su interior pueden tener el mismo revestimiento, polipropileno virgen u otros materiales no contaminantes que protegen la chapa.
En todos los casos poseen una membrana interna que puede –según el fabricante y el uso para que han sido preparados–, tener distinta disposición dentro del tanque. Hay modelos donde la membrana está colocada como una bolsa que recibe y se llena con el agua, por lo que la chapa nunca se moja y queda protegida contra la corrosión; en otros modelos el tanque está dividido en dos hemisferios y en la unión de estos casquetes o hemisferios está sujeta la membrana; y otros con una membrana central que contiene el aire mientras que el agua se ubica rodeándola.
Lo concreto es que en todos los casos la principal función de la membrana es evitar que el aire sea absorbido por el agua, evitando así los mecanismos descriptos con anterioridad. La durabilidad de las membranas en instalaciones bien construidas y con bajos niveles de sarro es de muchos años.
En ambos casos con o sin membranas la fabricación de estos envases se hace bajo normas ASME (es el acrónimo de American Society of Mechanical Engineers –Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos–. Es una asociación profesional, que además ha generado un código de diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos; entre otros, calderas y recipientes a presión).
Próxima entrega
Hasta aquí vimos entonces básicamente cuáles son las funciones de los tanques hidroneumáticos. En la próxima entrega nos centraremos en los volúmenes, las presiones y el dimensionamiento de los tanques.
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