Los circuitos cerrados de una instalación de energía solar térmica, necesitan un vaso de expansión con el fin de absorber las dilataciones del fluido de trabajo.
Para su dimensionado habrá que tener en cuenta que la capacidad del vaso debe ser sufi- ciente para admitir la expansión del fluido, por lo tanto debe ser como mínimo igual al aumento total del volumen de fluido de la instalación a la temperatura considerada.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA: MANUAL DEL PROYECTISTA 101
Según el Plan Solar de Castilla y León:
•Los vasos de expansión se instalarán en todos los circuitos cerrados de la ins- talación.
•Los vasos de expansión se conectarán, preferentemente, a la aspiración de la bomba pudiendo ser de tipo abierto o cerrado.
•El dimensionado del vaso se efectuará siguiendo las indicaciones de la Instrucción UNE 100.155. Los datos que sirven de base para la selección del vaso son los siguientes:
-Volumen total de agua en la instalación, en litros.
-Temperatura mínima de funcionamiento, para la cual se asumirá el valor de 4 ºC, a la que corresponde la máxima densidad.
-Temperatura máxima que pueda alcanzar el agua durante el funciona- miento de la instalación.
-Presiones mínima y máxima de servicio, en bar, cuando se trate de vasos cerrados.
-Volumen de expansión calculado, en litros.
•Los cálculos darán como resultado final el volumen total del vaso y, en caso de vasos de expansión cerrados, la presión nominal PN, que son los datos que definen sus características de funcionamiento.
•La temperatura extrema del circuito primario será, como mínimo, la tempera- tura de estancamiento del captador.
•El volumen de dilatación será, como mínimo, igual al 4,3% del volumen total de fluido en el circuito primario.
7.6.1. Vaso de expansión abierto
Para las instalaciones en circuito abierto a la atmósfera se utilizan vasos de expansión abiertos. Éstos se sitúan siempre por encima del punto más alto de la instalación.
Según el Plan Solar de Castilla y León:
•El volumen útil del vaso de expansión abierto se determinará de forma que sea capaz de absorber la expansión completa del fluido caloportador entre las tem- peraturas extremas de funcionamiento.
•La altura a la que se situarán los vasos de expansión abiertos será tal que ase- gure el no desbordamiento del fluido y la no introducción de aire en el circui- to primario.
DIMENSIONADO Y DISEÑO DEL RESTO DE COMPONENTES Y EQUIPOS 102
La ubicación de estos vasos debe ser tal, que sea accesible para realizar las operaciones de llenado, adición de anticongelante y comprobación de niveles.
La capacidad mínima del depósito de expansión abierto se calculará mediante la expre- sión:
Vmin= Vinstalx K/100 (litros)
Siendo:
Vminel volumen útil mínimo del vaso de expansión.
Vinstal el contenido total de agua en el circuito.
Kel coeficiente de dilatación del fluido. Los pasos a seguir serán:
•Calcular el volumen total de agua contenido en el circuito.
•Determinar la temperatura máxima de funcionamiento del sistema.
•Calcular el coeficiente de expansión, según la temperatura máxima de funciona- miento del sistema (Tabla 7.4. si es agua).
El lugar para el emplazamiento del vaso de expansión será aquel en el que, a cualquier régimen de funcionamiento de la(s) bomba(s), exista una sobrepresión de al menos 0,15 bar por encima de la presión atmosférica, de esta manera se asegura que no entre aire en el circuito.
Cuando el vaso de expansión está conectado en la aspiración de la bomba, la condición anterior se cumple situando el depósito 1,5 metros aproximadamente por encima del punto geométricamente más elevado del circuito.
De acuerdo con la normativa vigente (UNE 100.155-88) la capacidad mínima del vaso de expansión ha de ser el 6% de del volumen total de la instalación.
Vmin= 0,06 x Vinstal
7.6.2. Vaso de expansión cerrado
En general las instalaciones de energía solar térmica suelen ejecutarse con vasos de expansión cerrados, ya que la mayoría de los edificios actuales tienen cubiertas planas o tejados de poca inclinación, en los que es muy difícil o imposible montar un vaso de expansión abierto por encima de los captadores.
Los vasos de expansión cerrados presentan notables ventajas respecto a los abiertos:
•Fácil montaje.
•No absorben oxígeno del aire.
•Eliminan las pérdidas del fluido caloportador por evaporación, evitando la corrosión e incrustación provocada por el agua de reposición.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA: MANUAL DEL PROYECTISTA 103
Su principal inconveniente es el mayor coste.
Para la determinación de la capacidad del depósito se deben tener en cuenta dos aspectos: el volumen de fluido y la presión de trabajo de la instalación.
El volumen mínimo del depósito, al igual que en el caso de los vasos abiertos, será:
Vmin= Vinstal x K/100 (litros)
Siendo:
Vinstalel volumen de la instalación, que puede calcularse sumando la capacidad de sus
componentes (captadores, intercambiador, tuberías).
Kel coeficiente de dilatación del fluido de trabajo a su temperatura media.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,027 0,177 0,435 0,782 1,21 1,71 2,27 2,90 3,59 4,34
La capacidad del vaso corregida por el efecto de la presión será:
Vdepósito= Vminx
Siendo:
Vdepósitoel volumen total del depósito.
pila presión absoluta de altura manométrica = columna de fluido que soporte el depósi-
to de expansión + presión atmosférica.
pfla presión absoluta máxima de trabajo = presión de tarado de la válvula de seguridad
del circuito + presión atmosférica.
pf pf- pi
Según el Plan Solar de Castilla y León:
•Los vasos de expansión cerrados cumplirán con el Reglamento de Recipientes a Presión y estarán debidamente timbrados.
• Los vasos de expansión cerrados se dimensionarán de forma que la presión mínima en frío en el punto más alto del circuito no sea inferior a 1,5 kg/cm2y
la presión máxima en caliente en cualquier punto del circuito no supere la pre- sión máxima de trabajo de los componentes.
•La tubería de conexión del vaso de expansión cerrado no se aislará y tendrá volumen suficiente para enfriar el fluido antes de alcanzar el vaso. No se per- mitirá la inclusión de válvula de corte para aislar hidráulicamente el vaso de expansión.
Temperatura (ºC) Coef. K Dilatación del agua (%)
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