Cálculo de vasos de expansión cerrados
En esta entrada comentaré un método de cálculo rápido de vasos de expansión cerrados. El método se obtiene del capítulo 9 de la norma UNE100155, de referencia en el cálculo de instalaciones de climatización de acuerdo con el RITE.
Aquí encontrarás un resumen de la teoría. Si lo que buscas es un ejemplo de aplicación, te aconsejo que veas el videotutorial, titulado Ejemplo de cálculo de vasos de expansión cerrados, en cuya página podrás encontrar además una hoja de cálculo en formato Excel.
En un circuito de calefacción o climatización por agua, el vaso de expansión sirve para absorber la dilatación que sufre el fluido cuando se calienta. Como el contacto del agua con el aire provoca disolución de gases, contaminación y aumenta el riesgo de corrosión, se suelen utilizar vasos de expansión cerrados con membrana.
Los vasos de expansión se prescriben en base a su volumen total, su presión de llenado inicial (dado que vienen de fabrica con gas inerte), su presión máxima de servicio y su aplicación (climatización, agua caliente sanitaria, solar …)
Datos previos
Para el cálculo de un vaso de expansión cerrado necesitamos los siguientes datos:
- V: Volumen de agua contenido en la instalación (V en litros)
- t: Temperatura máxima del circuito (ºC) .
- P0: Presión de llenado del circuito en el punto donde se instala el vaso (bar).
- G: Porcentaje de glicol etilénico contenido en el agua (%).
Veamos cómo podemos obtener estos datos.
Volumen de agua en la instalación
Es la suma de los volúmenes de todos los elementos del circuito hidráulico. Debemos tener en cuenta tuberías, depósitos, colectores, unidades terminales, etc.
En instalaciones existentes donde resulte difícil medir podemos estimar unos 14 litros de agua por kW de potencia de los generadores. En proyectos de nuevas instalaciones deberemos calcular el volumen real.
Temperatura máxima del circuito
En circuitos de calefacción, lo más conservador es emplear la temperatura de impulsión de los generadores (calderas, bombas de calor). Yo me inclino por emplear la media entre la temperatura de ida y de retorno, que me parece más realista.
En instalaciones que bombeen exclusivamente agua fría, lo normal es usar la máxima temperatura ambiente que prevemos en la instalación. Esto se debe a que el agua tiene su volumen mínimo en torno a los 4ºC. Si desconocemos este valor, usaremos como temperatura máxima 30ºC.
Presión de llenado del circuito en el punto donde se instala el vaso
Este valor viene condicionado por la presión de llenado en el punto más alto del circuito y la altura de este punto sobre el vaso.
Imaginemos un edificio de 5 plantas, en el que la sala de calderas se encuentra en la planta baja. Como lo habitual y más aconsejable es instalar el vaso en el retorno de la bomba de circulación, el vaso también estará en la planta baja. Queremos garantizar que el radiador más alto tenga una presión mínima de llenado de 0,5 bar en frío, para facilitar la purga de gases del circuito. Además el radiador más alto está a 15m de altura sobre el vaso. Con el circuito frío y las bombas paradas la presión de llenado manométrica en el vaso de expansión será:

Podemos generalizar esta expresión de la siguiente forma:

Siendo:
P0: Presión de llenado del circuito en frío, con las bombas paradas (bar)
H: Altura geométrica entre el vaso y el punto más alto del circuito (m)
ΔP0: Margen de seguridad, que la norma UNE 100.155 recomienda establecer entre 0,2 y 0,5 bar. Coincide con la presión de llenado en frío, y con las bombas paradas, en el punto más alto del circuito.
Porcentaje de glicol etilénico contenido en el agua
En instalaciones de agua refrigerada, o en instalaciones que transcurren por el exterior en climas fríos, es frecuente y recomendable añadir anticongelante al agua. Esto se hace para evitar la rotura de elementos de la instalación como tuberías o intercambiadores, por congelación accidental de agua en su interior.
La presencia de glicol varía las propiedades físicas del agua, por ello la norma UNE prevé la utilización de factores de corrección, basados en la concentración, proponiendo una fórmula para el caso del etilenglicol.
Cálculo del volumen total del vaso de expansión
El volumen total del vaso de un vaso de expansión cerrado se calcula con la siguiente expresión, obtenida del capítulo 9 de la UNE 100.155:

Siendo:
Vt: Volumen total del vaso de expansión (litros)
V: Volumen total de agua en la instalación (litros)
Ce: Coeficiente de expansión (adimensional)
Cp: Coeficiente de presión (adimensional)
Coeficiente de expansión
El coeficiente de expansión Ce es función de la temperatura máxima. En la norma aparecen varias expresiones para su cálculo. A mi juicio la más sencilla es la siguiente:

Siendo:
Ce: Coeficiente de expansión (adimensional)
t: Temperatura máxima del circuito (ºC).
La fórmula es valida entre 30ºC y 120ºC. Para otros valores de temperatura debe consultarse la UNE 100.155.
La norma prevé la corrección del Coeficiente de expansión si se utiliza etilenglicol como anticongelante. Solo en este caso, deberemos multiplicar el coeficiente de expansión por el valor obtenido de la tabla siguiente. La tabla es de elaboración propia a partir de la UNE.

Coeficiente de presión
El coeficiente de presión se calcula como:

Siendo:
Cp: Coeficiente de presión (adimensional)
PM: Presión absoluta máxima de la instalación (bar)
Pm: Presión absoluta mínima de la instalación (bar)
Para el cálculo de la presión absoluta máxima partimos de la presión de tarado de la válvula de seguridad. Dicha presión de tarado deberá ser menor o igual que la presión máxima de servicio del elemento menos resistente de la instalación, que suele ser la caldera o bomba de calor.
Una expresión válida es la siguiente, consistente en considerar el 90% de la presión de tarado de la válvula de seguridad (manométrica) y pasarla a presión absoluta:

Siendo:
PM: Presión absoluta máxima de la instalación (bar)
Pvs: Presión de tarado de la válvula de seguridad (bar)
Por su parte la presión mínima será igual a la presión absoluta de llenado en el punto donde se instala el vaso. Recordad que sumamos uno para pasar presiones manométricas en bar a presiones absolutas:

Ejemplo de cálculo de vasos de expansión cerrados
En el apartado de videotutoriales puedes encontrar un ejemplo de cálculo de vasos de expansión cerrado en el que se incluye una hoja de cálculo ya preparada para su descarga.
Agradecido por la información
Muy útil, pero tengo una duda. Si mi instalación pretendo que bombee un aceite térmico en vez de agua para calefacción/refrigeración, y pretendo instalar un vaso de expansión con membrana para absorber la presión que genera la diferencia de volumen al calentarse el aceite, ¿cómo se modificaría este procedimiento de cálculo? ¿Se tendría otra expresión para el cálculo del coeficiente de expansión? ¿Dice la norma UNE en cuestión algo al respecto? Muchas gracias.
Hola David,
La norma UNE 100155 es aplicable solo a sistemas basados en agua, por tanto no debe emplearse en el dimensionamiento de instalaciones de aceite térmico.
Para el diseño de instalaciones de aceite térmico debes emplear la Norma UNE 9310:1992 Instalaciones transmisoras de calor mediante liquido diferente del agua.
No obstante, la mayor parte de las instalaciones de aceite térmico se diseñan abiertas no presurizadas, con depósitos de expansión abiertos en el punto más alto de la instalación. Esto tiene la ventaja de que simplifica y abarata la instalación, y el inconveniente de que facilita la oxidación del aceite por contacto con el oxígeno del aire. Solo en el caso de que trabajes con un fluido térmico que opere cerca de su temperatura de vaporización estará justificado que trabajes con un sistema cerrado.
Cuéntanos que te ha parecido la respuesta.
Un cordial saludo.
tendrías que ver el coeficiente de dilatación del aceite y ver el incremento de volumen que tendría según el salto térmico del mismo y una vez que tengas el incremento de volumen del aceite, aplicar la misma fórmula para el coeficiente de presión Cp.
te he respondido un poco tarde, pero por i aun te sirve mi opinión.
saludos
Respondiendo a una pregunta realizada por Toni por correo electrónico, la presión de precarga del vaso de expansión debe coincidir con la presión de llenado en frío, y con la instalación parada, en lugar donde se instala el vaso. Este valor se puede calcular (en presión manométrica) como el valor de la altura de agua encima del vaso, más un margen de seguridad de 0,2 a 0,5 bar.
Si tengo un edificio de 4 plantas, estando el radiador más alto 12 m sobre el vaso de expansión, la presión de precarga deberá estaraproximadamente entre P0 = 1,2 bar + 0,2 = 1,4 bar y P0 = 1,2 + 0,5 = 1,7 bar. Recordad que 10 m de columna de agua son aproximadamente un bar de presión.
Saludos.
Buenas tardes.
Acabo de cambiar el vaso de expansió de mi caldera y quiero colocar uno externo.
Mi caldera estaba puesta en un piso todo en planta y ahora lo está en una construcción de 4 plantas, en la más baja.
Quisiera saber como calcular los litros que debe tener el vaso de expansión externo.
Muchísimas gracias de ante mano.
Hola José Manuel,
Te cito los recursos relativos al cálculo de vasos de expansión que puedes encontrar en este sitio:
https://www.ingenierosindustriales.com/videotutorial/ejemplo-de-calculo-de-vasos-de-expansion-cerrados/
https://www.ingenierosindustriales.com/tabla-para-la-estimacion-del-volumen-de-un-vaso-de-expansion-cerrado/
https://www.ingenierosindustriales.com/calculo-de-vasos-de-expansion-cerrados/
Un cordial saludo.
Hola,
La formula no sería siendo Vt el volumne del vaso de expansión y no del circuito?
Efectivamente, ya está corregido.
Muchas gracias Guillermo.
Buenas tardes,tengo una duda si es obligatorio colocar un vaso de expansión en un interacumulador ,en el primario lo tengo claro ,pero quería saber si en el secundario también,por ejemplo donde yo trabajo tenemos 6 depósitos de 5000l ,donde los tres primeros están sobre 40grados y los tres ultimos a 60 grados,
Hola Alberto,
Si no te importa antes de contestar pongo un poco en contexto a los compañeros y compañeras que puedan leer el mensaje en el futuro. Un interacumulador es un depósito acumulador de agua caliente sanitaria que incorpora en su interior uno o varios intercambiadores de calor destinados precisamente a calentar el agua. La configuración más habitual es que el depósito tenga dentro uno o varios serpentines por los que circula, sin mezclarse con el agua sanitaria, un fluido primario procedente de una bomba de calor, caldera, circuito solar u otro.
Por tanto un interacumulador es al mismo tiempo depósito e intercambiador. Como bien apuntas, el circuito primario debe tener vaso de expansión para absorber dilataciones del fluido primario, y válvula de seguridad. ¿Qué ocurre con el circuito de agua caliente o secundario? Este es un circuito de gran volumen, donde recibo agua fría que caliento y es consumida como agua caliente sanitaria. Si calculo el vaso atendiendo al volumen de ACS y al salto térmico de su preparación obtendré vasos de expansión enormes. ¿Son obligatorios?
La respuesta corta es NO. El circuito de preparación de ACS es un circuito abierto, diseñado para una presión de trabajo mayor que el de calefacción. Bastará con que cada acumulador tenga válvulas de seguridad taradas a una presión menor que la presión máxima de servicio del elemento más débil de la instalación, no siendo obligatorio instalar un vaso de expansión.
Podemos instalar vasos de expansión si lo deseamos. Si no lo hacemos se puede producir la eventualidad de que ante un consumo muy importante de agua, baje la temperatura media de la instalación, y una vez cesado el consumo el agua nueva se caliente hasta la temperatura de consigna habiendo un volumen dilatado que no tendrá adonde ir, y provocará aumento de presión, incluso llegando a abrir las válvulas de seguridad. El problema llega cuando la válvula llevaba lustros sin abrir, y al hacerlo no vuelve a cerrar correctamente. Para evitar esto los proyectistas suelen incorporar vasos de expansión de ACS, aunque como te he dicho no son obligatorios.
Espero haberte ayudado, y ánimo con ese proyecto.
Un cordial saludo.
Gracias por la respuesta anterior,si me permites dos preguntas más
1,- tenemos 6 depósitos en serie, de ahí sale un tubo a un colector que suministra a varias zonas ,claro es lo que dices tú,son 30000 litros de agua de los que 15000 l están a 60grados,qué capacidad de vaso llevaría y dónde lo colocarías,
2 esto todo viene dado que dónde yo trabajo ,en un tiempo hacia aquí está habiendo varias fugas de acs en el circuito secundario que es de PPR ,y la propiedad nos dice que es por culpa de que no tenemos vaso de expansión,lo curioso es que las fugas son bastante lejos de donde está el colector y los depósitos ,por eso la pregunta de si es obligatorio el vaso de expansión .
Muchas gracias
Hola Alberto,
1. Es bastante volumen de agua. Existe un salto de precio interesante de los vasos de 24 l de membrana no recambiable a los de volumen mayor. Podríais poner uno de 24 litros en cada acumulador. Si quieres hacer un cálculo preciso y tienes datos de la instalación, observa la diferencia de temperaturas entre el máximo y el mínimo de la instalación y calcula el volumen útil como la diferencia entre ambos.
2. Es posible, aunque depende del tipo de PP-R. Los PP-R de series altas sometidos a temperaturas por encima de 50ºC pueden tener mal comportamiento. Los plásticos trabajan mal si combinamos temperatura y presión, y no hemos elegido el material adecuado. Podrían ser sobrepresiones, golpes de ariete o degradación térmica.
Con los datos que tengo, es lo que te puedo decir.
Un cordial saludo.
Un millón ,de gracias de serviste de mucha ayuda
Son muy interesantes las preguntas que se hacen, porque son de los problemas habituales que se Dan al proyectar este tipo de. instalaciones, así como también son de interés las respuestas para solución de los mismos
Buen día, Bruno.
Una pregunta, ¿Cómo puedo calcular el coeficiente de presión si el vaso de expansión será colocado en un banco de pruebas de circuito cerrado para bombas recirculadoras en donde no se instaló una válvula eliminadora de presión?
De ntemano, muchas gracias
Hola Omar,
Asignando una presión máxima de trabajo a la instalación. En función del tipo de material a usar la presión no debería ser mayor de 6 bar (por ejemplo si hay recipientes). Ten en cuenta que que no instalar una válvula de seguridad en un circuito cerrado no es una práctica segura.
Un cordial saludo.
Buenos días Bruno,
Tengo una duda acerca de la instalación de una válvula de corte entre un vaso de expansión (500l.) y la instalación de producción de frío, para tareas de mantenimiento del mismo, sin tener que vaciar todo la instalación. Se que hace años estaban prohibidas porque el vaso de expansión podía ser cerrado o abierto y ahora el RITE exige que los vasos de expansión sean cerrados. ¿Es posible la instalación de una válvula de 3 vías? ¿Qué dice la norma o algún otro reglamento acerca de esto?
Muchas gracias de antemano.
Un saludo,
Muchas gracias por el contenido del post.
En un libro de instalaciones que tengo respecto a la Presión min. me pone lo siguiente:
Pm = altura geométrica + 0,2 b (para sist con Tªs inferiores a 90ºC)
¿Qué es eso de la altura geométrica?
Gracias, un saludo.
Hola Askae,
Es la altura del punto más alto del circuito hidráulico con respecto al vaso de expansión. Imagina que el vaso de expansión esta en el primer sótano en cota -3m, y que el radiador más alto está a cota +10m. La altura geométrica en el vaso de expansión será 13 mca, que equivale a la presión que ejerce el peso de la columna de agua sobre el agua que está en el vaso.
Con respecto al contenido del libro, desconozco el contenido del mismo por tanto no puede opinar sobre su fundamento.
Un cordial saludo.
Hola que tal estoy enredada con esto; Necesito calefaccionar un tanque pasteurizador por medio de un circuito cerrado de agua (90°c temperatura máxima), alimentado por un termotanque. El agua recirculando es de 17 lts. Qué vaso de expansión me convendría? capacidad? GRACIAS!!
Hola Agustina,
Puedes seguir el proceso de cálculo descrito en el artículo; necesitas conocer el volumen de la instalación, la presión de llenado en frío (normalmente 1 bar si el vaso está a la misma altura que el resto de la instalación) y la presión de la válvula de seguridad que uses (que debes usar porque es un circuito cerrado).
¿Tienes estos datos?
Un cordial saludo.
Hola Bruno, tengo que cambiar un vaso de expansión de 700l, no tiene llave de corte el vaso de expansión y para poderlo cambiar tengo que congelar la instalación, la instalación es de 8¨y tiene muchísimos metros, mi pregunta es la siguiente
legalmente se puede colocar una llave de corte en el vaso de expansión, tendría que adjuntar la norma al presupuesto para que el cliente este conforme
gracias
Hola Jorge,
Es un tema bastante controvertido, de hecho algunas OCAs no aceptan válvulas de interceptación en el tubo que une el vaso con la instalación.
El apartado del RITE aplicable no dice nada al respecto:
IT 1.3.4.2.4 Expansión
1. Los circuitos cerrados de agua o soluciones acuosas estarán equipados con un dispositivo de expansión de tipo cerrado, que permita absorber, sin dar lugar a esfuerzos mecánicos, el volumen de dilatación del fluido.
2. Es válido el diseño y dimensionado de los sistemas de expansión siguiendo los criterios indicados en el capítulo 9 de la norma UNE 100155.
Como puedes ver, remite al capítulo 9 de la UNE 100155. En dicho capítulo tampoco dice nada. En el resto de la norma solo encontramos dos prohibiciones a las válvulas de interceptación, una relativa a las válvulas de seguridad y otra a vasos de expansión abiertos, pero ninguna prohibición relativa a los cerrados (que yo haya encontrado).
Para los vasos de pequeño diámetro existe un accesorio que permanece siempre abierto mientras el vaso está roscado, y se cierra al desconectar el vaso, es como una especie de válvula de retención cuya posición se fuerza a abierto en presencia del vaso. Puedes verlo en la página 129 de este catálogo (hasta 3/4″):
https://potermic.com/app/uploads/2019/11/division-02.pdf
Te recomiendo que consultes la cuestión al fabricante del vaso o al almacén dado que supongo que un vaso de esa capacidad tendrá conexión de en torno a 1″ o 1″1/4.
Un cordial saludo.
Hola Bruno:
Me gustaría poder contar con vuetro conocimiento en diferentes conceptos y cálculos de ingenieria para agilizar mis proyectos.
Puede decirme como puedo contar con usted?
Gracias
Josep Viñas Céspedes
Hola Josep,
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Un cordial saludo.
Hola tengo una bomba de 1800w 2.6 cv montada con un presostato mi pregunta es la siguiente que capacidad de vaso expansor minimo necesito ….es para una manguera que me interesa que tenga la maxima presion .Ahora la tengo montada sin nada con un interuptor la enciendo y la apago a voluntad pero es un poco incomodo .
Hola Lino,
Quizá la siguiente entrada te resulte útil:
https://www.ingenierosindustriales.com/calculo-de-grupos-de-presion-de-agua/
Un cordial saludo.
Puede aclararme que presión de llenado de aire debo tener en un vaso de expansión? 0,5, 1, 1,5 Bar ? No se como se debe utilizar cada valor habitual en los vasos de expansión.
Gracias Bruno
Hola Josep,
Te ruego que me tutees.
La presión de llenado del vaso de expansión debe ser la misma que la de llenado en frío del circuito, lo que depende de la altura de la instalación sobre el vaso y la presión mínima de llenado en el punto más alto (interesa que sea al menos 0,5 bar)
Por ejemplo si tenemos un edificio de tres plantas, con el fancoil más alto 9 m sobre el vaso, la altura geométrica sobre el vaso es de 9 m, lo que equivale a 0,9 bar (aproximadamente). La presión de llenado del vaso en ese caso sería P = 0,9 bar (por la altura) + 0,5 (por el punto más alto sobre el vaso) )= 1,4 bar.
Saludos.
Buenas tardes Bruno,
Duda 1:
¿Es lo mismo presión máxima de la instalación que presión máxima del vaso = PM?
¿Es lo mismo presión mínima de la instalación que presión mínima del vaso = Pm?
Pues por ejemplo en tu blog las denominas de instalación y en la UNE 100.155 del vaso. Entiendo que debe ser las misma por un tema de «equilibrio», pero no estoy seguro, ¿me lo podrías aclarar?.
Duda 2:
¿Es la misma presión la mínima (Pm) de «instalación o vaso» la de red de agua fría tomada en la llave de acometida al edificio?.
Duda 3:
Si la Pm = H + 1 + 0,5, Cuando el vaso esta en la planta baja y el punto mas alto de la instalación, H = + 10, y quedaría Pm = +10 + 1 + 0,5 = 11,5 bar (abs). Pero y si esta el vaso en la sala de calderas en la cubierta a 10 metros y ahora el punto más bajo a nivel de suelo ¿ H = -10 o cero por no haber peso de la columna de agua? ¿sería Pm = 0 + 1 + 0,5 = 1,5? o ¿Pm = -10 + 1 + 0,5 = -8,5 bar?.
Muchas gracias y un saludo.
Hola Miguel Ángel,
Con respecto a la duda 1, las presiones máximas y mínimas de la instalación son las presiones máximas y mínimas en el vaso, por tanto la respuesta es sí en ambos casos. Ten en cuenta que en el cálculo del coeficiente de presiones ambas son presiones absolutas.
Con respecto a la Duda 2, NO. La presión mínima en el vaso es la presión de llenado de la instalación en el punto donde está instalado vaso, expresada en presión absoluta. Las instalaciones de calefacción o clima en circuito cerrado no se llenan a la presión de red que siempre resultaría excesiva.
Con respecto a la Duda 3, debes hacer el cálculo en las mismas unidades. 1 bar = 10,21 metros de columna de agua. En el primer ejemplo que pones Pm = H + 1 + 0,5 = (10/10.21) + 1 + 0,5 = 2,5 bar(a). Esto significaría que los elementos de la instalación más altos estarían a 1,5 bar(a) y que el vaso estaría a 2,5 bar(a). En el segundo caso, la altura sería 0 por estar el vaso en el punto más alto y Pm = 0 + 1 + 0,5 = 1,5 bar(a).
Saludos.
Buenas tardes Bruno,
Muchas gracias por tus respuestas.
Solamente, enlazando la duda 2 y 3, por ejemplo si la presión de red de agua fría en la acometida es de 5 bar (a), ¿tendría que poner un reductor de presión para que en el vaso entrase a 2,5 bar (a) ya que Pm = Presión mínima de la instalación = Presión de llenado de la instalación en el punto donde esta instalado el vaso?.
Y la presión de precarga del vaso o presión del gas nitrógeno ¿sería Pm – 0,2 bar (a)?
Y por último, disculpa, para la presión máxima de la válvula de seguridad Pvs utilizada para calcular PM, ¿a que válvula de seguridad se refiere, a la del vaso o a la del elemento menos resistente (caldera)?. Entiendo que a e esta última porque: PM < Pvs (vaso) < Pvs (caldera).
Disculpame, pero es que tengo mucho lío con tantas presiones.
Un saludo.
No hay nada que disculpar.
Tienes tres opciones para el llenado.
– Un llenado manual que permanezca cerrado y que solo se abra para llenar la instalación cuando sea necesario. Se usa en pequeñas instalaciones, tiene el inconveniente de que una operación sencilla como la purga de radiadores irá bajando la presión y que, salvo que llenemos manualmente, las calderas se bloquearán por falta de presión de llenado.
– Un llenado automático que controlado por un presostato que permanezca cerrado y que solo se abra para llenar la instalación cuando sea necesario. Parece lo más adecuado.
En ambos casos es aconsejable el regulador de presión, pero no imprescindible si el llenado se hace poco a poco (difícil en el caso automático).
La tercera posibilidad es dejar el llenado abierto e instalar un regulador de presión tarado a la presión de llenado, como indicas. A priori parece cómodo, pero es peligroso porque si se produce una fuga de agua en la instalación, esta puede provocar graves daños. En el caso del llenado automático con presostato se puede limitar el tiempo de llenado con un sencillo automatismo.
Con la presión de precarga del vaso, estas en lo cierto, Pm en frío en el lugar de instalación del vaso.
Por último, la Pvs sería la presión de la válvula de seguridad de menor tarado de toda la instalación.
Un saludo.
Buenos días Bruno,
Muchas gracias, creo que lo tengo ya claro. Voy a hacerme un pequeño esquema para resumir todo lo que me has explicado.
Un saludo y muchísimas gracias por tu contestación.