Princípio de funcionamento do aquecedor de água a gás: características do dispositivo e funcionamento do termoacumulador a gás

Se na sua casa não há abastecimento de água quente ou se cortam constantemente a água quente, viver se torna bastante desconfortável. Mas isso não é motivo para abrir mão de um banho quente em uma noite fria de outono, concorda? Esse problema pode ser resolvido instalando um aquecedor de água a gás, como muitos usuários fazem. Mas como funciona esse mini aquecedor de água e será que ele consegue cumprir sua função?

Sobre tudo isso, falaremos detalhadamente em nossa publicação — aqui é abordado o princípio de funcionamento do aquecedor de água a gás, esquemas de seu funcionamento. Também é dada atenção aos principais defeitos do equipamento e maneiras de lidar com eles. O material apresentado é complementado com ilustrações, esquemas e vídeos explicativos.

Estrutura geral do aquecedor doméstico

O aquecedor de água a gás é um dispositivo de aquecimento de água instantâneo. Isso significa que a água passa por ele e é aquecida ao longo do caminho. Mas, antes de analisar como é construído um aquecedor de água a gás doméstico, lembramos que sua instalação e substituição estão relacionadas ao sistema centralizado de fornecimento de gás.

Portanto, é necessário apresentar os documentos ao serviço de gás da sua região juntamente com o pedido correspondente. Sobre as normas e documentos necessários você pode ler em nossos outros artigos, e agora vamos passar à estrutura.

Diferentes modelos de aquecedores de água a gás variam entre si, mas a estrutura geral de um aquecedor doméstico a gás é aproximadamente a seguinte:

• Queimador a gás.
• Piloto/sistema de ignição.
• Exaustor e conexão com a chaminé.
• Conexão da chaminé.
• Câmara de combustão.
• Ventilador (em alguns modelos).
• Trocador de calor.
• Conexão de entrada de gás.
• Módulo de água.
• Conexões de entrada de água.
• Conexão de saída de água quente.
• Painel frontal com controlador.

O elemento central do aquecedor é o queimador a gás, onde a combustão do gás é mantida, o que contribui para o aquecimento da água. O queimador está instalado no corpo, onde se acumulam os produtos de combustão incandescentes, cuja finalidade é aquecer a água.

O corpo é feito de metal e cobre completamente a parte frontal e as laterais do aquecedor. É importante que o material do corpo conduza bem o calor, pois a qualidade do aquecimento depende da transmissão de calor por ele.

Componentes estruturais do aquecedor a gás localizados dentro do corpo. Aqui é mostrado o equipamento a gás de tipo fechado.

Acima do aparelho estão um exaustor e uma chaminé, através dos quais os produtos da combustão saem do aquecedor e do ambiente. A estrutura deles depende se o aquecedor é de tipo aberto ou fechado, o que será mostrado abaixo.

Os tubos serpenteiam dentro do corpo, a água passa por eles sob pressão natural e é aquecida pelos gases quentes. Todo esse sistema de tubos é chamado de trocador de calor. Na parte inferior há dois tubos: à direita para receber água fria da tubulação, e do lado esquerdo sai água quente.

Entre a rede de abastecimento de água e o aquecedor a gás, frequentemente é instalado um filtro, que regula a dureza da água. Sem o filtro, o aquecedor pode acumular incrustações em altas temperaturas da água. Ao entrar no aquecedor, a água passa pelo módulo hidráulico, que serve como uma espécie de 'conexão' entre o fluxo de água e o fluxo de gás. Falaremos sobre essa conexão um pouco mais adiante.

Queimador de gás aceso com ignição elétrica e sensor de chama. Os sensores desempenham um papel importante no funcionamento do equipamento. Falaremos sobre suas funções a seguir.

Através de outro tubo, que também fica na parte inferior, o aquecedor é conectado à rede de gás.

Ali também está o painel frontal com unidade de controle. Ele é equipado com reguladores para controlar o consumo de gás e água. Dependendo do modelo, podem ser simples botões para girar ou telas de cristal líquido onde se pode ver várias características do aquecedor, ou até mesmo a natureza de sua falha caso o aquecedor não esteja funcionando.

Como funciona o aquecedor de água a gás?

Vamos conhecer o princípio de funcionamento do aquecedor a gás na forma de um algoritmo simples:

• quando a água flui através do módulo hidráulico, a membrana se estica e move para cima a haste conectada à válvula de gás;
• em seguida, a válvula abre o fornecimento de gás para o queimador principal;
• o gás é aceso por um eletrodo ou acendedor, queima e aquece a água que flui pelos tubos do trocador de calor;
• o fluxo de água aquecida é fornecido à torneira através do tubo esquerdo;
• através da chaminé ou exaustor, os produtos da combustão do gás são removidos — aqui há uma diferença fundamental entre aquecedores de tipos aberto e fechado, o que será detalhado abaixo.

Além disso, a potência da chama e a potência do fluxo de água através do aquecedor podem ser ajustadas usando os reguladores no painel frontal.

Agora vamos examinar mais detalhadamente como ocorre a ignição do queimador e como o módulo hidráulico já mencionado está relacionado a isso.

Elementos estruturais e princípio de funcionamento do módulo hidráulico. Popularmente, ele é chamado de 'sapo'. Na figura, as setas amarelas mostram a direção do fluxo de gás, as setas azuis – a direção do fluxo de água.

Método de ignição do gás

Em geral, os aquecedores de água a gás baseiam-se em três métodos de ignição do gás. Como pode ser visto no esquema, em todos os três casos, o sinal para acender o queimador principal é a reação do conjunto de água (rã).

Aqui estão os três métodos de ignição:

• com o uso de um elemento piezoelétrico;
• com pilhas;
• com a rotação de uma hidroturbina.

A ignição com elemento piezoelétrico é manual e requer um botão no painel frontal. Pressionar o botão fecha o circuito do elemento piezoelétrico, que acende o queimador piloto. Este, por sua vez, acende o queimador principal após o sinal da haste, que é movida por uma membrana de água quando há pressão ativa da água.

O queimador piloto continua queimando com uma pequena chama até ser desligado manualmente. Isso leva a um maior consumo de gás e a uma maior formação de incrustações nos tubos. Um dos aquecedores de água a gás de passagem com ignição manual é o Bosch Therm 4000 O W 10-2 P.

Esquema do aquecedor de água a gás com ignição piezoelétrica. Na imagem estão indicados os «componentes internos» do aquecedor – as principais unidades estruturais localizadas dentro do corpo, e os botões/manípulos localizados no exterior.

Alguns modelos de aquecedores de água a gás funcionam com pilhas. Neste caso, a ignição ocorre por faísca elétrica após o sinal da haste. Assim, em vez de um queimador piloto, existem elétrodos que acendem diretamente o queimador principal de gás.

Mas as pilhas precisam ser trocadas em média a cada 10 meses, e com uso constante — a cada 2 meses, para evitar imprevistos. Um desses aquecedores a pilhas é o Zanussi GWH 10 Fonte Glass La Spezia.

Às vezes, a ignição ocorre pela rotação de uma hidroturbina (com o fluxo de água). A ignição também ocorre por faísca elétrica, mas não é necessário trocar pilhas, pois a própria turbina gera eletricidade enquanto a água flui.

Mas para a hidroturbina funcionar, é necessária uma pressão elevada nos tubos, no mínimo 0,3 bar. Nem toda casa tem essa pressão. Na Rússia e em outros países da CIS, não se recomenda comprar esses aquecedores devido à pressão de água instável. Um exemplo desse modelo é o aquecedor de água a gás Bosch Therm 6000 O WRD 15-2 G, que é consideravelmente mais caro que os dois modelos mencionados acima.

Estrutura do módulo de água do aquecedor

A estrutura do conjunto de água é particularmente interessante. A sua configuração pode ser vista no esquema abaixo, com as legendas das peças abaixo do esquema. Os restantes elementos indicados servem para fixações.

Componentes estruturais do kit de reparo da unidade de água do aquecedor a gás de marca “Neva”: 1) membrana de silicone D 54 mm; 2) retentor do conector de entrada de água fria 19x14x2,5 mm; 3) retentor da válvula de drenagem 10x6x2 mm; 4) retentor do regulador de fluxo de água 14,5x9,5x2,5 mm – 2 peças; 5) retentor de vedação da haste rosca M 12 x 1 5,34x1,78x1,78 mm – 2 peças; 6) retentor de vedação da bucha da haste M 12 x 1 14x11x1,5 mm; 7) retentor do parafuso do regulador de pressão sub-membrana 6,4x2,6x1,9 mm; 8) retentor do parafuso do regulador de fluxo de água 7x3,2x1,9 mm; 9) retentor da conexão das unidades de água e gás 27,5x23,5x2 mm; 10) retentor da conexão da unidade água-gás com o queimador 18x13x2,5 mm; 11) retentor do sensor de temperatura da água 10x6x2 mm

As principais peças de trabalho são a haste e o diafragma, sob a ação do qual a haste se move quando o fluxo de água começa na parte inferior. A haste abre a válvula e permite a passagem de gás para o queimador, que é então aceso.

Outro elemento de trabalho é a esfera de PVC, que serve como fusível de segurança. Ela interrompe o fluxo de gás em caso de variações bruscas de pressão nas tubulações de água — golpes de aríete, sobre os quais também falaremos.

Tipo de câmara de combustão

Quanto ao design das câmaras de combustão, os aquecedores de água a gás são de dois tipos: com câmara aberta e com câmara fechada.

Os aquecedores com câmara de combustão aberta possuem acesso livre de ar ao queimador, e os produtos da combustão são liberados para o exaustor.

Esses modelos são mais simples do que os turbinados, sobre os quais falaremos a seguir, seu funcionamento é praticamente silencioso e na maioria dos casos não requerem eletricidade. No entanto, devido à conexão aberta entre a câmara de combustão e o ambiente, é possível a contaminação do ar interno se o exaustor não funcionar adequadamente.

Os aquecedores com câmara de combustão fechada são turbinados. A câmara de combustão é vedada, exceto pelos dutos de entrada e saída de ar. O ar é forçado para dentro por um ventilador através de tubos coaxiais e sai para o exterior pela chaminé, juntamente com os produtos da combustão.

Esses aquecedores geralmente são totalmente automatizados, não possuem elementos de controle manual, e os sensores de tiragem e temperatura são mais sensíveis. Esses aquecedores são “modernos” e mais seguros.

Nas ilustrações acima, foi mostrado um aquecedor de água a gás com câmara de combustão fechada. Para comparação, na próxima ilustração podemos ver o design dos dois tipos de aquecedores lado a lado. Você encontrará muitos elementos semelhantes, mas o princípio de remoção dos produtos da combustão é significativamente diferente.

Comparação das câmaras de combustão nos aquecedores. À esquerda, a câmara de combustão de um aquecedor de tipo aberto. À direita, um aquecedor de água a gás com câmara de combustão fechada, onde o ar é forçado para dentro da câmara por meio de um ventilador.

Características principais dos aquecedores

Agora vamos falar sobre os aspectos práticos do uso do aquecedor. Uma das principais características é a capacidade. Ela está diretamente relacionada à potência, que é indicada em kW e mostra o volume de água aquecida por minuto a 25 °C.

As especificações geralmente constam no manual do dispositivo. Um aquecedor comum aquece de 10 a 20 litros de água por minuto a 25 °C, embora esse valor possa variar significativamente.

Outra característica dos aquecedores modernos — é a modulação de potência. Ela mostra como a potência do aquecedor pode variar de acordo com o fluxo de água e é medida em porcentagem da potência inicial.

Para a modulação, os aquecedores são equipados com uma válvula especial com membrana, que altera o fornecimento de gás para o queimador de acordo com o fluxo. A modulação é considerada normal na faixa de 40-100% da potência do aparelho.

No diagrama, é mostrada a válvula moduladora e seu princípio de funcionamento, que é semelhante ao funcionamento do conjunto de água e sua membrana.

Sensores de segurança e sua importância

Um aquecedor a gás pode ser perigoso, pois está conectado simultaneamente às redes de água e gás, cada uma das quais, individualmente, pode representar uma ameaça.

Em caso de problemas no fornecimento de gás ou água, os sensores de segurança desligam o aquecedor, e válvulas especiais fecharão o fornecimento de água ou gás.

Geralmente, os aquecedores a gás suportam pressões de até 10-12 bar, o que é 20 a 50 vezes maior que a pressão normal nas tubulações. Esses picos repentinos são possíveis em casos de golpes de aríete.

Mas se a pressão for inferior a 0,1-0,2 bar, o aquecedor não conseguirá funcionar. É necessário estudar atentamente o manual e as especificações antes da compra para entender se o aquecedor é otimizado para baixa pressão de água nas tubulações dos países da CEI e se funcionará corretamente. E inversamente — se ele suportará variações bruscas de pressão, o que, infelizmente, também não é raro em nossas condições.

Esquema de ignição do queimador operado por faísca elétrica. Localização dos principais sensores de segurança de um aquecedor a gás doméstico.

Em geral, um aquecedor a gás moderno contém muitos sensores de segurança. Todos eles, em caso de avaria, podem ser substituídos.

Mais detalhes sobre a função e localização dos sensores estão na tabela abaixo.

Principais defeitos e maneiras de corrigi-los

Ao falar sobre a estrutura e os princípios de funcionamento de um aquecedor a gás doméstico, bem como sobre os sensores incorporados a ele, vale a pena mencionar brevemente possíveis falhas e problemas. Aqui não vamos nos alongar sobre a reparação completa ou substituição do aquecedor, mas vamos passar rapidamente por todos os elementos listados na descrição do queimador e descrever seus problemas, bem como as formas de lidar com eles por conta própria.

Como já foi mencionado, o elemento principal do aquecedor — queimador a gás. Frequentemente, o queimador apaga devido ao acionamento dos sensores de segurança, dos quais já falamos. Os problemas comuns que levam a esse cenário — são a contaminação do trocador de calor por fuligem e calcário.

A causa da baixa pressão — é a formação de calcário nos tubos do trocador de calor. Nesse caso, é necessário remover o trocador de calor e lavar os tubos com líquidos especiais para remover o calcário.

Nesta foto, vemos um trocador de calor sujo. Neste caso, é necessário removê-lo e limpar a fuligem. Se o aquecedor estiver localizado perto do fogão da cozinha, também é possível a contaminação do trocador de calor por gorduras alimentares.

Se a combustão do gás não for completa, ou se o aquecedor for utilizado por muito tempo, acumula-se fuligem no exterior da câmara, o que reduz significativamente a condutividade térmica e a qualidade do aquecimento da água.

Para saber mais sobre as causas da baixa pressão e os detalhes da limpeza, por favor, acesse este link.

Se a válvula de gás não abrir devido à baixa pressão da água fornecida, é necessário retirar o filtro, verificar o grau de obstrução e, se necessário, lavá-lo. Se a pressão da água ou do gás for insuficiente, será necessário entrar em contato com o serviço público correspondente.

Se houver vazamento de água diretamente do aquecedor, significa que a vedação dos tubos foi comprometida. É necessário desmontá-los e substituir os elementos de vedação. Se necessário, será necessário substituir os próprios tubos.

Separadamente, vale lembrar sobre o mau funcionamento da membrana de água. Se o aquecedor estiver em operação por muito tempo, a membrana do conjunto de água se desgasta e sua sensibilidade diminui significativamente. Ela para de reagir à baixa pressão da água e, consequentemente, não envia o sinal de que é necessário acender o queimador. No melhor dos casos, deve ser trocada a cada 5 ou 6 anos.

Quando a membrana se desgasta, é possível adquirir um kit de reparo e realizar a substituição por conta própria. O conjunto de água consiste em elementos principais como a membrana de borracha, a tampa, o corpo e o prato de plástico com mola.

Às vezes, o problema também está na haste, que é movida pela membrana, e também pode ser substituída, se necessário, pois existem kits de reparo específicos para isso.

Para entender melhor o funcionamento do seu modelo de aquecedor a gás, é necessário estudar atentamente o manual de instruções e o passaporte do equipamento. Isso não só economizará seu tempo e paciência, mas também melhorará a compreensão de como o aparelho funciona.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Para consolidar o entendimento da estrutura do aquecedor a gás, você pode assistir a análise em vídeo, onde a localização de todos os elementos do aquecedor é explicada em detalhes em um exemplo real:

Neste material, estudamos a estrutura de um aquecedor a gás doméstico e seu princípio de funcionamento. Em seguida, analisamos o funcionamento dos elementos principais. E conhecendo os componentes e peças principais do equipamento a gás, bem como os sensores do seu sistema de segurança, é possível diagnosticar a avaria por conta própria. E se a causa do defeito for a sujeira de alguns elementos da estrutura, também é possível realizar a manutenção manual do aquecedor a gás.

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