¿Qué son, cómo funcionan y qué alcance tienen los sistemas hidroneumáticos o domésticos?

Seguramente a muchos se les han presentado situaciones en las que surge la necesidad de efectuar movimientos de agua para satisfacer alguna de estas circunstancias:

• Irrigación y riego de áreas verdes, huertas y jardines
• Funcionamiento de aspersores de césped
• Extracción de agua procedente de pozos, ríos, estanques, arroyos o incluso agua de lluvia
• Suministro de agua de servicio
• Abastecimiento de un hogar con agua limpia no potable

Estos requerimientos apuntan particularmente al uso de lo que suele denominarse sistemas hidroneumáticos o sistemas de agua domésticos, aunque no son únicamente aplicables a una vivienda, como podríamos inferir de su nombre, sino también a una amplia gama de usos que abarcan, entre otros, pequeñas industrias, comercios, talleres, escuelas, hoteles, lavaderos, invernaderos, instituciones deportivas y, especialmente, edificaciones rurales.

Si bien un sistema hidroneumático puede ser medianamente complejo en términos de instalación, los componentes principales consisten en unos pocos que podemos resumir en la siguiente lista:

1. Una bomba de agua
2. Un tanque de presión precargado con aire comprimido
3. Elementos de control
4. Accesorios

El tipo de bomba puede ser sumergible (para el caso específico de extracción de aguas subterráneas o de pozos) o de superficie (para cualquier aplicación), y puede ser una bomba centrífuga o una bomba de tipo jet (para presión). Por su parte, el tanque puede tener un diseño vertical u horizontal, y su capacidad puede variar entre unos 8 y 200 litros. Los elementos de control son fundamentalmente dos: un manómetro y un interruptor de presión. En cuanto a los accesorios, se encuentran válvulas de retención, válvulas de alivio de presión, caños, filtros, mangueras, acoples, etc. Siempre es importante saber cómo elegir qué tipo de bomba es adecuado para el trabajo a realizar.

La bomba y el tanque precargado pueden adquirirse individualmente, o bien, en una sola unidad muy compacta que también incluye los elementos de control. En ese caso, el dispositivo que ofrece el mercado es el que abordaremos en este artículo, es decir, un sistema compuesto por una bomba de superficie montada sobre un tanque de 20 litros (en los modelos más comunes), unidad que algunos fabricantes designan simplemente como bomba de uso doméstico.

¿Qué importancia tiene el tanque precargado?

Más allá de cómo esté constituido este sistema hidroneumático, es claro que la función de la bomba es suministrar el agua desde la fuente, por ejemplo, un pozo, estanque, cisterna, etc.

Lo que no es tan evidente es la función del tanque. Dicho muy brevemente, el tanque permite que el sistema funcione “a demanda”. ¿Qué significa esto? Que podemos usar agua a un buen caudal (entre 3500 y 4500 litros por hora) sin que la bomba deba ponerse necesariamente en marcha cada vez que abrimos una canilla, como ocurre en el caso de las bombas presurizadoras convencionales.

Veamos más en detalle en qué consiste y cómo funciona un tanque precargado.

Dependiendo del fabricante y del modelo, la carcasa del tanque está construida en acero inoxidable, fundición de aluminio o fibra de vidrio, y puede tener o no tratamiento contra la corrosión. En el interior del tanque existe una separación física entre el agua y el aire contenidos allí dentro, lo cual lo diferencia de los tanques convencionales de presión, donde el agua y el aire están en contacto entre sí y, debido a los inconvenientes que esto ocasiona, sumado al gran tamaño del tanque, están cayendo en desuso.

Esa separación física entre aire y agua puede ser de dos tipos: mediante un diafragma que actúa como pared divisoria, o bien incorporando una bolsa de vinilo dentro del tanque, la cual está destinada a alojar el agua.

En los modelos más económicos de sistemas hidroneumáticos, la separación es de este último tipo, es decir, mediante una bolsa, y el resto del tanque es ocupado por el aire a una determinada presión de fábrica, es decir, es básicamente aire comprimido. Esta es otra característica que diferencia los tanques precargados de los convencionales, porque al tener aire comprimido pueden efectuar el mismo trabajo que estos con un tamaño reducido. Esto se traduce inmediatamente en un mayor rendimiento, ya que, por ejemplo, un tanque precargado de 20 litros rinde la misma cantidad de agua utilizable o la misma capacidad de vaciado que un tanque de presión convencional de 40 litros.

En la figura de abajo presentamos un esquema de un tanque precargado con bolsa, conocido también como tanque precargado de membrana.

Tanque precargado de membrana

Los parámetros que definen un sistema hidroneumático y que vienen configurados de fábrica son tres, y sus magnitudes varían en los rangos mencionados a continuación, según el fabricante y el modelo:

Presión de precarga: es a la que se encuentra el equipo cuando sale de fábrica y corresponde al aire en el interior del tanque. Varía entre 0,10 y 0,30 MPa.

Presión de corte (controlada por el interruptor de presión): es el valor máximo de presión ejercida por la bolsa de agua contra el aire en el interior del tanque, y es la presión a la cual la bomba deja de funcionar. Varía entre 0,28 y 0,42 MPa.

Presión de arranque (controlada por el interruptor de presión): es el valor mínimo de presión ejercida por la bolsa de agua contra el aire en el interior del tanque, y es la presión a la cual la bomba comienza a funcionar. Varía entre 0,11 y 0,28 MPa. Como regla general, el valor de la presión de arranque es siempre 2 psi (aproximadamente 0,014 MPa) mayor que el valor de la presión de precarga. Esto es para asegurarse de que al abrir las canillas y bajar la presión en la instalación no quede una presión remanente capaz de impedir que el sistema alcance la presión de arranque.

Cada tanque tiene un valor único de estos tres parámetros. Por ejemplo, los equipos hidroneumáticos más usados y accesibles cuentan con una precarga de 0,14 MPa, una presión de corte de 0,15 MPa y una presión de arranque de 0,30 MPa.

Ahora que conocemos cómo está compuesto un tanque precargado, veamos cómo funciona en conjunto con una bomba y cuando el sistema está conectado y ha sido cebado apropiadamente. Este funcionamiento puede describirse en una serie de etapas representadas por la siguiente figura:

Funcionamiento de un sistema hidroneumático

Desde la apertura de una canilla hasta que la bomba comienza a funcionar de nuevo es cuando usamos el tanque como reserva. Este volumen útil (VU), que es otro parámetro del sistema, evita que la bomba deba arrancar y parar ante consumos pequeños. Por lo tanto, la bomba no se enciende cada vez que se abre una canilla, sino solamente cuando la presión iguala el valor de la presión de arranque del sistema. Es claro que cuanto mayor sea el VU del tanque, menos ciclos de encendido/apagado tendrá la bomba.

De esto se desprende que los equipos hidroneumáticos reúnen una serie de ventajas evidentes, porque:

• Significan un ahorro de energía.
• Prolongan y protegen la vida útil de la bomba al reducir la cantidad de ciclos de encendido/apagado.
• Almacenan el agua y la suministran a presión solo cuando se necesita.
• Reducen el mantenimiento del sistema.
• Mantienen una reserva de agua a presión (VU), permitiendo que la bomba satisfaga la demanda total del sistema para garantizar un flujo constante de agua.

Uso y mantenimiento de los sistemas hidroneumáticos

La figura de abajo representa un sistema hidroneumático o bomba de uso doméstico con sus partes principales.

Sistema Hidráulico o Bomba de Uso Doméstico

1. Conexión para suministro (línea de descarga)
2. Tornillo de drenaje del agua
3. Manómetro
4. Conexión a la toma de agua (línea de succión)
5. Tornillo para llenado de agua
6. Interruptor de presión
7. Interruptor eléctrico

Para poder usar este útil dispositivo, primero debemos efectuar las conexiones correspondientes. La siguiente figura representa un esquema de una instalación típica de un sistema hidroneumático.

Instalación de Sistemas Hidroneumáticos

Todas estas conexiones, así como la instalación de las válvulas requeridas y el cebado preliminar de la bomba se realizan siguiendo las instrucciones de cada fabricante. Aquí brindaremos alguna orientación para obtener el máximo aprovechamiento de nuestro equipo hidroneumático.

Consejos para la instalación

• Ubicar el equipo sobre una superficie sólida y nivelada, que sea lo más cercana posible a la fuente de suministro de agua y esté protegida de la intemperie. Por ejemplo, una buena ubicación es un sótano o una casilla de bombeo.
• Asegurarse de que la bomba tenga una ventilación adecuada y que la temperatura de sus alrededores no supere los 40 ºC, ya que el motor podría desconectarse automáticamente por sobrecarga.
• Para evitar períodos largos de cebado y daños innecesarios a la bomba como resultado de piedras, arena y otros cuerpos extraños sólidos, es recomendable usar en la línea de succión un filtro y un kit provisto de manguera, jaula y válvula de retención.
• Cuidar la disposición de la línea de succión, ya que si estuviera más alta que la bomba retrasaría el escape de burbujas de aire e impediría el proceso de cebado. Es posible instalar uniones o conectores de manguera cerca de la bomba para facilitar su extracción cuando esta deba guardarse o someterse a mantenimiento o reparación.
• La cañería puede ser de cobre, acero, PVC rígido o polietileno flexible, aunque para la línea de succión no se recomienda tubería flexible. En cambio, una manguera de caucho en la línea de suministro reducirá el ruido que se transmite a la vivienda, por ejemplo.
• El diámetro recomendado de las cañerías es de ¾ pulgada, si bien pueden usarse de ½ pulgada. Sin embargo, en este último caso, hay que tener en cuenta que el caudal disminuye con diámetros más pequeños y que los tendidos largos de tubería horizontal y el uso de numerosos adaptadores y conectores disminuye la presión de agua debido a la pérdida por fricción.
• Los tubos deben estar limpios, libres de óxido y descamaciones. Usar un sellador para las conexiones de tubería en el roscado macho de los caños metálicos, y usar cinta selladora con las roscas plásticas. Todas las conexiones deben ser herméticas para asegurar un funcionamiento normal.

Consejos para el mantenimiento

• El funcionamiento correcto del tanque depende de la precarga de aire. Por ello, el tanque se debe inspeccionar al menos una vez al año para asegurarse de que la presión de precarga sea igual a la indicada por el fabricante con una variación de ±2 %. Para verificarlo, se siguen los siguientes pasos: a) desconectar la alimentación eléctrica del equipo, b) vaciar completamente el tanque por medio del tornillo de drenaje 2 (ver figura de componentes del equipo), c) verificar la precarga en el manómetro 3 usando un medidor de aire para neumáticos, y d) si es necesario, ajustar la precarga de aire a 2 psi por debajo de la presión de arranque del interruptor de la bomba.
• Para obtener la protección externa óptima del tanque, este se debe limpiar periódicamente por fuera con agua y jabón solamente.

Consejos para el almacenamiento

• Si el equipo no va a usarse por un largo tiempo, o durante los meses de invierno, debe desmontarse y guardarse. Para ello, debe vaciarse completamente y dejarse secar. Nunca permitir que el agua en su interior se congele.
• El equipo y todos los accesorios deben guardarse en su embalaje original, y en un lugar oscuro y seco mantenido por encima de la temperatura de congelación, idealmente, entre 5 y 30 ºC.
• Después de largas interrupciones y ante un nuevo uso hay que asegurarse de que el rotor gire correctamente encendiendo y apagando la bomba por períodos breves.

Respetando las indicaciones del fabricante y siguiendo estas recomendaciones obtendremos una larga vida útil de nuestro sistema hidroneumático, que podremos aprovechar durante mucho tiempo para la finalidad prevista.