El documento habla sobre los vasos de expansión en instalaciones de energía solar térmica. Explica que los vasos de expansión son elementos de seguridad indispensables que absorben la dilatación del fluido cuando se sobrecalienta. Describe los tipos de vasos de expansión abiertos y cerrados, y cómo se debe dimensionar el volumen del vaso para absorber la expansión máxima del fluido.

1. El vaso de expansión
en instalaciones de
Energía Solar Térmica
Ingrid López
Departamento Preventa Ariston Thermo Group
proyecto@aristoncalefaccion.es
www.aristoncalefaccion.es

2. Las instalaciones de energía solar térmica deben
incluir necesariamente una serie de elementos
indispensables para su buen funcionamiento y control.
Algunos son obligatorios, otros son de seguridad y
otros se colocan para mejorar el rendimiento de la
instalación y facilitar el mantenimiento.
El VASO DE EXPANSIÓN es un ELEMENTO DE
SEGURIDAD INDISPENSABLE para que la instalación
funcione correctamente, ya que absorbe la dilatación
del fluido en el momento en el que se sobrecalienta.

3. Tipos de vasos de expansión
Vaso de expansión abierto:
• En instalaciones de circuito abierto a la atmósfera
• Se sitúa en el punto más alto de la instalación.
• La altura mínima sobre el punto más alto
de la instalación, que suelen ser los captadores,
debe ser de 2 ó 3 metros.
Vaso de expansión cerrado:
• El más utilizado en instalaciones solares térmicas
(la práctica totalidad de ellas se realizan en circuito cerrado)
Esquema de una instalación solar térmica de circuito cerrado
con vaso de expansión

4. En este caso se trata de un recipiente cerrado herméticamente dividido en
dos cámaras, una de gas (1) y otra de fluido (2), separadas por una membrana
(3). Dicha membrana es flexible y permite que el volumen de las cámaras sea
variable en función de las necesidades de cada momento.
Con este tipo de vaso de expansión,
lo que se pretende es aportar una
capacidad extra al circuito, en la que
se absorba la expansión del fluido,
por lo que debe estar dimensionado
para aceptar dicha expansión en las
condiciones más desfavorables.
Principio de funcionamiento
Cuando el fluido caloportador se calienta se expande produciendo una
sobrepresión. Este aumento de la presión hace que el empuje del fluido
sobre la superficie de la membrana sea mayor que el empuje ejercido en el
otro lado por la presión del gas y mayor que la resistencia a la flexión de la
propia membrana. De esta manera, se produce una deformación de la
membrana hacia la cámara del gas permitiendo la expansión del fluido
hacia el vaso.
En el momento en el que el fluido se ha dilatado por completo el gas se
encuentra comprimido, lo que provoca una sobrepresión en ese lado de la
membrana. Pero esa ligera sobrepresión no supera en ningún caso el
aumento de presión que se ocasionaría en el circuito si no se facilitara la
expansión del fluido.
Finalmente, cuando el fluido se enfría se contrae reduciéndose así su
presión. La sobrepresión alojada en la parte del gas produce entonces una
deformación de la membrana hacia el lado del fluido, restaurándose la
presión correspondiente a la temperatura más fría del fluido.

5. Dimensionado del vaso de expansión
La determinación del volumen del vaso de expansión es compleja y
requiere la aplicación de diversas fórmulas para poder obtener
finalmente su volumen nominal.
El volumen nominal (Vn), o volumen interior del vaso, es la suma de
los volúmenes de ambas cámaras. En la práctica, no es posible
disponer de todo ese volumen interior, sino que en realidad
disponemos solamente de una parte, denominada volumen útil (Vu).
Cuando se expande el fluido, en la cámara del gas se produce una
sobrepresión que provocaría la fuga de la válvula de seguridad antes de
que su volumen fuese cero. Por dicho motivo, el vaso de expansión
nunca puede estar lleno totalmente de fluido.
Según el “Código Técnico de la Edificación”, los vasos de expansión
cerrados deben:
‐[…] deberá estar dimensionado de tal forma
que incluso después de la interrupción de
suministro de potencia a la bomba de circulación
del circuito de captadores, justo cuando la
radiación sea máxima, se pueda restablecer la
operación automáticamente cuando la potencia
esté disponible de nuevo.
‐ Cuando el medio de transferencia pueda
evaporarse bajo condiciones de estancamiento
hay que realizar un dimensionado especial del
volumen del vaso de expansión: además de
dimensionarlo como es usual en sistemas de
calefacción cerrados […], el depósito de
expansión deberá ser capaz de compensar el
volumen del medio de transferencia de calor en
todo el grupo de captadores completo
incluyendo todas las tuberías de conexión entre
captadores más un 10%.

6. Según la normativa, si se pueden producir condiciones de estancamiento
en la instalación, el vaso de expansión debe tener la capacidad suficiente
para compensar la dilatación de todo el fluido contenido en los colectores y
las tuberías de conexión más un 10%.
Este sería el denominado volumen desplazado por ebullición. Para
determinar el volumen útil del vaso, además de este volumen, se debe
considerar también:
‐ El volumen máximo de expansión del fluido caloportador.
‐ El volumen de reserva (Vres):
Se pueden producir pérdidas de fluido caloportador imprevistas produciéndose una
despresurización del circuito. Si la presión bajara más allá del valor mínimo establecido, la
instalación dejaría de funcionar correctamente.
Para evitar este fenómeno podemos presurizar el circuito a una presión tal que una parte del
fluido caloportador se aloje en el vaso de expansión. De tal manera que si se originaran
pérdidas imprevistas se pudiera mantener la presión mínima necesaria. Este volumen de
reserva se suele establecer entre el 1 y el 3% de la capacidad total del circuito.
‐ El volumen desplazado por ebullición:
Si en la instalación existe la posibilidad de que se produzca ebullición, es decir, si se pueden
dar condiciones de estancamiento, debemos considerar el volumen desplazado por el vapor.
Si llega a producirse en el circuito, el vapor ocupa un volumen muy superior al del líquido
evaporado, provocando el desplazamiento de la parte del fluido que aún se mantiene en
estado líquido.
Si no se prevé un volumen que acoja este fluido desplazado, la válvula de seguridad se abre
provocando la pérdida de fluido caloportador.

7. En la imagen se puede apreciar, de izquierda a
derecha, el vaso de expansión cerrado tal y
como lo suministra el fabricante, conectado al
circuito con el fluido frío y, por último,
sometido a la máxima presión admisible.
Siendo Pi la presión absoluta inicial, cuando el
Fuente: “Instalaciones de energía solar”. Censolar.
volumen ocupado por el gas coincide con el
volumen nominal y Pf, la presión absoluta
final, cuando el vaso de expansión ha admitido
un volumen de fluido igual al volumen útil.
Dónde ubicar el vaso de expansión
En principio, el vaso de expansión puede ir
ubicado tanto a la ida como en el retorno
de la instalación porque, al tratarse de un
circuito cerrado, la expansión de fluido
será la misma en un lado que en el otro. A
pesar de ello, siempre es mejor ubicar
todos los componentes, si es posible, en la
parte fría de la instalación para una mayor
durabilidad.
En este aspecto, el propio CTE ya nos
indica dónde ubicar el vaso de expansión:
“Los vasos de expansión preferentemente se
conectarán en la aspiración de la bomba.”

8. Ventajas de las instalaciones con vaso
de expansión
Actualmente existen varios sistemas que funcionan sin vaso de expansión y cuyo principio de
funcionamiento se basa en el vaciado del campo de colectores. Dicho vaciado tiene lugar de
formas diferentes según el sistema considerado:
los hay que vacían el líquido caloportador en depósitos ya incorporados
otros simplemente sobredimensionan el serpentín del interacumulador para que el circuito
primario contenga aire. Aire que en el momento deja de circular la bomba pasa a situarse en la
parte superior de la instalación.
Los argumentos más comunes de este tipo de sistemas suelen ser: que evitan los problemas en
caso de temperaturas extremas (ya sea frío o calor), que son más compactos y fáciles de instalar y
que tienen un menor nivel de mantenimiento.
ARISTON posee una amplia gama de equipos de circulación forzada con
vaso de expansión con ventajas superiores a los equipos de vaciado
automático. De hecho, actualmente el catálogo de ARISTON propone dos
equipos compactos que ofrecen más posibilidades: Kairos Fast y Genus
Kairos Premium (equipo compacto con caldera de condensación
incluida).

9. KAIROS FAST
GENUS KAIROS PREMIUM
Kits de circulación forzada de montaje rápido, en los que solamente se deben
conectar los colectores con el módulo de acumulación.
Formados por colectores solares y módulo de acumulación (consta del propio
acumulador y todos los elementos necesarios para el funcionamiento de la
instalación solar ya premontados de fábrica, incluido el vaso de expansión y la
centralita de regulación (excepto en Genus Kairos Premium, en el que se
regula la instalación solar desde la caldera).
El resto de elementos ya vienen dimensionados y premontados en los equipos
de ARISTON: la bomba, la válvula de seguridad, el separador de aire con el
purgador, el acumulador también lleva un ánodo de protección electrónico que
no requiere mantenimiento, la centralita con las sondas ya conectadas e
introducidas en el acumulador, una mezcladora a la salida y, por último, un
vaso de expansión de 18 litros dimensionado para una instalación como
máximo de 25 metros. Aunque si la instalación tuviese que ser más larga hay
espacio disponible para ubicar otro vaso de expansión

10. KAIROS FAST
GENUS KAIROS PREMIUM
Al igual que en los sistemas de vaciado
automático, los KITS ARISTON están
protegidos contra temperaturas extremas:
Contra las altas temperaturas, (gracias al
vaso de expansión)
Contra las heladas (gracias al fluido
caloportador)
Además, los equipos ARISTON presentan
un mayor número de ventajas a nivel de
instalación.
El vaso de expansión permite una mayor
flexibilidad a la hora de realizar el recorrido
del circuito primario y también a nivel de
ubicación de los colectores y el acumulador.
Problemas en los sistemas de vaciado automático:
Debemos pensar que siempre es mejor que una instalación que está preparada para llevar
líquido tenga líquido en el circuito. En realidad, los sistemas de vaciado automático, más que
proteger contra la sobretemperatura, previenen la pérdida de fluido de la instalación. Debemos
tener en cuenta que el aire se calienta más rápido y alcanza mayores temperaturas que el
líquido caloportador, con lo que los elementos más débiles de la instalación, tales como gomas
o juntas, sufren más y tienen una vida útil más corta que en los sistemas convencionales con
vaso de expansión.
Además, no todos los sistemas sin vaso de expansión tienen sensores que determinen el mejor
momento para realizar el vaciado y posteriormente, el llenado de la instalación. Con lo que si el
colector se encuentra sometido a altas temperaturas, puede ocurrir que al volver a llenar el
campo de colectores se produzca un cambio súbito de estado líquido a gas provocando
reventones en puntos críticos de la instalación.