Ejemplo Seleccion Vaso Expansion

EJEMPLO: Determina el volumen del vaso de expansión para el circuito primario de una

instalación solar térmica para ACS, sabiendo que la longitud de la tubería del circuito primario, incluyendo los accesorios, es de aproximadamente 20 metros de tubería de diámetro interior 20 mm, la capacidad de los cuatro paneles solares es de 2,4 litros cada uno, y la capacidad del intercambiador de calor integrado en el depósito es de 5 litros. El fluido primario es agua con etilenglicol al 30%. La válvula de seguridad está tarada a una presión de 6 bar y la diferencia de altura entre el punto más alto y el vaso de expansión de 6 metros. Solución: Para determinar el volumen del vaso de expansión, se utilizará la expresión:

Vf =

Pmáx ⋅ fd ⋅ Vi Pmáx − P min

Donde: Vf = Volumen final en el vaso. Pmáx = La presión absoluta del circuito a la temperatura máxima (presión de tarado de la válvula de seguridad menos el 10% más la presión atmosférica). Pmín = La presión absoluta del circuito a la temperatura inicial de llenado (presión debida a la columna de líquido más la presión atmosférica más 5 mcda para evitar que no se creen microburbujas en la parte más alta de la instalación a la temperatura de ebullición). Vi = Volumen de fluido caloportador de la instalación a la temperatura más baja. Fd = Coeficiente de dilatación del agua. En energía solar térmica se ha de considerar la dilatación máxima, 4,34 %. Se inicia el proceso de cálculo, hallando el volumen en la tubería del circuito primario, para ello:

Luego se halla el volumen en los cuatro paneles solares: V = 4 ⋅ 2.4 = 9,6 litros El volumen total de la instalación será la suma del volumen de las tuberías, del intercambiador y del campo de paneles solares, esto es: Vi = 6,3 + 9,6 + 5 = 20,9 litros Para determinar el coeficiente de dilatación se puede acudir al capitulo 9 de la norma UNE100155, donde la expresión:

Ce = (−2708,3 + 102,13 ⋅ t + 3,24 ⋅ t 2 ) ⋅10 −6 Permite determinar el coeficiente de dilatación para temperatura entre 30 y 120 ºC. Sin embargo, cuando el fluido caloportador sea una solución de etilenglicol en agua, el coeficiente de dilatación Ce tiene que multiplicarse por el siguiente factor de corrección:

f C = a ⋅ (1,8 ⋅ t + 32) b Donde:

Válido para un contenido de temperaturas de 65 ºC hasta 115 ºC.

etilenglicol

(G)

entre

1

el

20%

y

el

50%

en

volumen

y

para

Así pues, el factor de dilatación fd será:

fd = Ce ⋅ f C

En nuestro caso, considerando una temperatura máxima en el circuito primario de 120 ºC, resultaría:

Ce = (−2708,3 + 102,13 ⋅ t + 3,24 ⋅ t 2 ) ⋅10 −6 = (−2708,3 + 102,13 ⋅120 + 3,24 ⋅120 2 ) ⋅10 −6 = 0,056 Mientras que: a = -0,0134 ⋅ (302 – 143,8 ⋅ 30 + 1918,2) = 20,04 b = 3,5 ⋅ 10-4 ⋅ (302 – 94,57 ⋅ 30 + 500 ) = -0,5 tendremos:

f C = a ⋅ (1,8 ⋅ t + 32) b = 20,04 ⋅ (1,8 ⋅120 + 32) −0,5 = 1,27 Luego el factor de dilatación será:

fd = Ce ⋅ f C = 0,056 ⋅ 1,27 = 0,071 Pmáx = La presión absoluta del circuito a la temperatura máxima (presión de tarado de la válvula de seguridad menos el 10% más la presión atmosférica). Pmáx = (6 – 0,1 ⋅6) + 1 = 6,4 bar Pmín = La presión absoluta del circuito a la temperatura inicial de llenado (presión debida a la columna de líquido más la presión atmosférica más 5 mca para evitar que no se creen microburbujas en la parte más alta de la instalación a la temperatura de ebullición). Pmín = (6 mca + 5 mca) + 1 bar = 1,1 bar + 1 bar = 2,1 bar Finalmente la volumen del vaso de expansión será:

Vf =

Pmáx 6,4 ⋅ fd ⋅Vi = ⋅ 0,071⋅ 20,9 = 2,2 litros Pmáx − P min 6,4 − 2,1

Para finalizar, se tiene que tener en cuenta que el CTE establece en su apartado 3.4.7.2.2 que se tiene que realizar un dimensionamiento especial de este elemento. Además de dimensionarlo cómo es habitual en sistemas de calefacción cerrados, el depósito de expansión tendrá que ser capaz de compensar el volumen del medio de transferencia de calor en todo el grupo de captadores completo incluyendo todas las cañerías de conexión entre captadores más un 10%. Así pues: Vt = 2,2 ⋅ 1,1 = 2,4 litros Teniendo en cuenta el volumen calculado, se escoge el modelo 5 SMF de la casa Salvador Escoda, que cumple las especificaciones de volumen, temperatura máxima y % de anticongelante

Manual de Energía solar térmica Ed 4 Salvador Escoda.

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