Princípio de funcionamento da caldeira a gás de circuito duplo para aquecimento e particularidades de sua conexão

Todas as questões de organização do fornecimento autônomo de calor e preparação de água quente são resolvidas com a aquisição de uma única caldeira capaz de atender ambos os sistemas. Sem conhecer o princípio de funcionamento de uma caldeira a gás de duplo circuito para aquecimento, seria ilógico não apenas comprar, mas também operar o aparelho. Concorda?

Explicaremos o esquema de funcionamento do aparelho de aquecimento, analisaremos todos os seus pontos fracos e fortes. Compreendendo a base de funcionamento do equipamento, você pode facilmente usufruir de todas as suas vantagens. E, se necessário, será possível identificar falhas a tempo, compreender e eliminar as causas de sua origem.

Dispositivo da caldeira para atender dois circuitos

Um gerador de calor a gás de duplo circuito difere de seu equivalente de circuito único porque, em vez de um trocador de calor, possui dois, denominados na terminologia técnica como primário e secundário.

O primeiro, ou seja, o trocador de calor primário, está localizado diretamente na zona de combustão da chama. Sua tarefa é aquecer o fluido de transferência de calor para o funcionamento da rede de aquecimento. O trocador de calor secundário é responsável pelo funcionamento do AQS.

O funcionamento estável do aparelho de aquecimento é possível com o trabalho coordenado de todos os seus componentes. Informações sobre os principais módulos funcionais ajudarão a entender o princípio de funcionamento do equipamento.

Na construção de qualquer unidade de duplo circuito, estão incluídos os seguintes elementos padrão:

• Câmara de combustão com bloco queimador;
• Trocadores de calor;
• Dispositivos de controle e proteção do equipamento.

Para entender as particularidades do dispositivo das caldeiras a gás de tipo duplo circuito, vamos nos deter detalhadamente em cada um de seus elementos construtivos.

Tipos de queimadores a gás para caldeiras de duplo circuito

O queimador da caldeira a gás é responsável por obter a quantdade suficiente de calor necessária para o funcionamento do aquecimento e do circuto de fornecimento de água quente. A energia térmica é obida através da queima do combustível. O queimador é colocado na câmara de combustão, na qual, além do gás, é injetado ar. Ele é necessário para o processo de combustão.

Dependendo dos modos de operação, os queimadores podem ser classificados nos seguintes tipos:

• Queimador de estágio único. Um aparelho com esse queimador pode funcionar apenas em dois modos – "Parar" e "Iniciar". Tais caldeiras, apesar da baixa eficiência e vida útil reduzida, são populares devido à simplicidade da construção e ao baixo custo.
• Queimador de dois estágios. Um aparelho de aquecimento com esse queimador pode operar em potência total e metade da potência. Suas vantagens são perceptíveis na estação quente, quando para aquecer água não muito fria não é necessário operar o aparelho em potência máxima.
• Queimador modulante. O sistema inteligente da caldeira com esse queimador permite ajustar e regular a potência. Essa caldeira se caracteriza por alta vida útil e eficiência, mas também custa uma ordem de grandeza a mais do que unidades com queimadores de estágio único e de dois estágios.

Os queimadores são divididos em construções de tipo aberto e fechado. No tipo aberto de queimador, o ar necessário para a combustão do combustível vem diretamente do ambiente onde a caldeira está localizada. Para a exaustão dos produtos da combustão, é necessária uma chaminé que deve garantir tiragem natural suficiente.

As unidades de aquecimento atmosféricas geralmente são equipadas com um tubo metálico comum, as turbinadas – com chaminé coaxial. Dependendo das condições técnicas do ambiente, o duto de fumaça é instalado verticalmente ou construído em ângulo. As variantes angulares são conduzidas através da parede para o exterior ou conectadas a um poço de exaustão de fumaça comum.

O queimador a gás é o elemento principal de uma caldeira a gás de circuito duplo, sendo responsável pela combustão do combustível e pela obtenção de energia térmica na quantidade necessária.

As caldeiras turbinadas são equipadas com câmaras de combustão fechadas, nas quais o ar não pode entrar espontaneamente. Elas são mais seguras e confiáveis na operação, mas mais caras e complexas no funcionamento. As caldeiras com queimadores fechados, além da exaustão de fumaça, precisam de um canal pelo qual o oxigênio necessário para a combustão é fornecido à câmara.

Por isso, as caldeiras turbinadas são equipadas com tubos coaxiais, pois além de expelir a fumaça, eles também sugam um fluxo de ar fresco da rua. Às vezes, para o funcionamento normal, dois dutos coaxiais são conectados à câmara de combustão fechada. Além disso, toda a estrutura é complementada com um tubo para entrada de ar.

Todos esses modelos de caldeiras são equipados com ventiladores que garantem o movimento da fumaça, sistemas de proteção de vários níveis e automação. Para o funcionamento dos dispositivos e sistemas mencionados, é necessária eletricidade. Sua desvantagem é a dependência de energia, o que aumenta os custos operacionais.

Variedades de trocadores de calor de unidades a gás

Se o queimador realiza a combustão do combustível para obter calor, o trocador de calor garante a obtenção desse calor para posterior transferência à água. Como já mencionado, na construção de uma caldeira de circuito duplo, estão presentes trocadores de calor primário e secundário.

O trocador de calor primário está localizado diretamente acima do queimador e c onsiste em um tubo aletado curvado em forma de serp entina. Sob a ação da chama, a água no trocador de calor é aquecida e se move através da válvula de três vias para a distribuição do sistema de aquecimento.

O trocador de calor secndário consiste em um sistema de plácas onduladas montadas em um único bloco com dois pares de furos. Cada par de furos tem suas próprias funções.

Por um dos pares flui água da rede de abastecimento, e pelo segundo move-se o fluido de aquecimento que entra no circuito de aquecimento. Esse sistema de trocadores de calor de placas e tubulares é chamado de duplo.

O trocador de calor primário e secundário estão combinados em um único sistema, cujo funcionamento correto é garantido por uma válvula de três vias especial.

Existem aparelhos de aquecimento nos quais, em vez de um sistema duplo, é usado um trocador de calor bitérmico de configuração complexa. Esse trocador de calor é feito de cobre e consiste em um par de tubos, um dentro do outro. Pelo tubo externo circula o fluido de aquecimento, e pelo interno, a água para o funcionamento do AQS.

O trocador de calor bitérmico do aquecedor do fludo de aquecimento e da áua possui uma configurção compexa, onde o tubo de um circuto é colocado dentro do tubo do outro circuto.

Caldeiras com trocador de calor bitérmico são mais complexas de operar, pois ambos os trocadores de calor são um único bloco, o que dificulta a limpeza do calcário. No entato, esses aparelhos de aquecimento são popuares por suas pequenas dimensões e alta velcidade de aquecimento de água.

Automação ou unidade de controle da caldeira

A automção da caldeira é responável pelo funcionamento seguro e estável. Ela contola a tempertura da áua nos componentos do AQS, mantém a tempertura do fluido de aquecimento nas linhas de fornecimento de calor. A automção da caldeira a gás não permite o funcionamento do aparelho de aquecimento em caso de situações perigosas.

A unidade interrompe o funcionamento ou não liga nos seguintes casos:

• Pressão reduzida no sistema de gás;
• Ausência de tiragem;
• Ausência ou superaquecimento crítico do fluido de aquecimento.

A unidade de controle, que monitora o funcionamento dos disposivos de proteção e automção do processo, é representada por um conjunto de chaves, microcircuitos ou sua combinação. Além de garantir a seguranção e controlar a temperatura, ela também monitora o funcionamento da bomba de circulação e do ventilador.

As caldeiras a gás modernas se destacam por terem controle inteligente, cujo softare inclui vários modos de operação.

Princípio de funcionamento e especificidades

Muitos proprietários de equipamentos a gás nem mesmo pensam em como uma caldeira a gás de circuito duplo realmente funciona. Eles acreditam erroneamente que o aquecimento da água e do circuito de aquecimento ocorre simultaneamente. Na verdde, tudo não é tão otimista.

Uma caldeira a gás de circuito duplo não pode funcionar simultaneamente em dois modos, garantindo o funcionamento dos sistemas de aquecimento e AQS. Isso é confirmado pela presença de uma válvula de três vias em seu dispositivo.

Em modo normal, a caldeira funciona continuamente apenas para aquecer o fluido de aquecimento que circula no sistema. A frequência de ligação e a intensidade da chama são controladas por um sensor de temperatura. Simultaneamente com o queimador, é acionada a bomba de circulação, se o funcionamento do sistema de aquecimento não for baseado na circulação natural do fluido de aquecimento.

O espaço na parte inferior da caldeira de parede destina-se à entrada de gás, conexão de água fria, bem como às saídas do sistema de AQS e do circuito de aquecimento.

Basicamente, quando a temperatura do fluido de aquecimento atinge o valor definido, o sensor envia um sinal para reduzir a atividade do queimador. Até que a temperatura caia para o valor definido, a caldeira permanece em modo passivo. Em seguida, o sensor envia novamente um comando ao sistema automático para ativar a válvula de fornecimento de combustível.

Esquema de ação da caldeira de duplo circuito

A presença do sistema de AQS complica um pouco o esquema de funcionamento de uma caldeira a gás de circuito duplo. O fluido de aquecimento aquecido pelo queimador, ao se mover pelo trocador de calor, aquece o trocador de calor de placas, pelo qual a água da rede de abastecimento flui.

Esquema construtivo de uma caldeira a gás de circuito duplo com um trocador bitérmico e dois trocadores comuns. Na primeira opção, não há necessidade de usar dois trocadores de calor.

O uso simultâneo de um modelo de circuito duplo no modo de aquecimento e água quente sanitária é impossível. Ao ativar a torneira de água quente sanitária, graças à válvula termostática de três vias, a circulação do fluido de aquecimento pelas tubulações de aquecimento é interrompida. A caldeira passa para o modo de movimentação de água pelo circuito com o trocador de calor de placas, que aquece a água para uso doméstico.

Com um consumo significativo de água quente por um longo período, o funcionamento da caldeira voltado para o aquecimento pode ser paralisado. O problema pode ser resolvido de duas maneiras – prever a instalação de um aparelho de aquecimento mais potente ou incluir no esquema de instalação um boiler de aquecimento indireto.

Com o uso ativo do sistema de AQS, é possível instalar uma caldeira de circuito duplo com boiler embutido. Nesse caso, o consumo de combustível aumenta ligeiramente, pois no intervalo entre os ciclos de funcionamento do sistema de aquecimento, a energia do queimador é usada para manter a temperatura da água em um aquecedor de água a gás adicional.

Uma reserva determinada de água quente no boiler embutido permite utilizar o sistema de água quente sanitária sem desligar o circuito de aquecimento. Como resultado, ambos os sistemas funcionam alternadamente, evitando o superaquecimento do líquido e prolongando a vida útil do trocador de calor.

A caldeira com boiler padrão embutido não só fornece um volume de reserva suficiente de água quente, mas também ajuda a evitar o desligamento prolongado do circuito de aquecimento.

O boiler padrão embutido permite obter água quente na temperatura desejada a qualquer momento, cuja reserva é fornecida automaticamente. Enquanto o sistema de água quente instantânea precisa de alguns minutos para aquecer a água até a temperatura necessária.

Tipos de execução de caldeiras a gás para dois circuitos

As características de funcionamento dos equipamentos a gás são amplamente determinadas pelo tipo de construção do aparelho de aquecimento. As caldeiras modernas são fabricadas em dois formatos: de piso e de parede.

Ao escolher o tipo de construção, deve-se considerar o tamanho da área aquecida e a frequência de uso do sistema de água quente. É preciso entender que as caldeiras de parede são mais compactas, mas têm potência muito menor.

A caldeira a gás de parede de dois circuitos se destaca pelo tamanho compacto e design moderno, mas é eficaz apenas no aquecimento de ambientes de pequena área com consumo moderado de água quente.

A escolha de uma caldeira de parede de dois circuitos pode ser justificada se a área aquecida não exceder 200 m² e a vazão total do sistema de água quente for no máximo 14 l/min.

Embora as dimensões compactas da caldeira de parede pareçam uma vantagem, na verdade escondem muitas desvantagens. A compacidade é alcançada pelo uso de tubos mais finos no trocador de calor. Além de terem uma vida útil mais curta, há risco de entupimento.

Em instalações de piso, são utilizados trocadores de calor de ferro fundido mais robustos e confiáveis. Isso não só aumenta a confiabilidade do aparelho de aquecimento, mas também prolonga sua vida útil.

Vantagens e desvantagens dos aparelhos de duplo circuito

As vantagens do conjunto de aquecimento de dois circuitos são as seguintes:

• Consumo econômico de combustível. O ponto de comparação é o uso de uma caldeira de dois circuitos ou de um circuito único com boiler de aquecimento indireto.
• Tamanho compacto. A grande maioria das caldeiras de dois circuitos são aparelhos de parede. Elas podem ser facilmente instaladas tanto em áreas de serviço quanto em cozinhas pequenas.
• Versatilidade. Não há necessidade de comprar equipamentos adicionais nem lidar com questões de compatibilidade com a caldeira.

Em um único conjunto, um aquecedor de água instantâneo, um aparelho de aquecimento e uma bomba de circulação são combinados com sucesso em um sistema automatizado unificado.

É evidente que, além das vantagens, também existem desvantagens:

• Impossibilidade de funcionamento simultâneo do aquecimento e do circuito de AQS. Devido a isso, um consumo significativo de água quente pode causar uma redução da temperatura na casa.
• Limitações de potência dos modelos de parede. Caldeiras de parede compactas, devido ao tamanho mínimo do queimador, não conseguem garantir o regime de temperatura necessário sob pressão máxima. Essa desvantagem é observada quando os pontos de captação de água estão localizados a uma distância.
• Sensibilidade à qualidade da água. O trocador de calor secundário de placas é exigente quanto à qualidade da água consumida. A presença de impurezas leva ao uso de produtos para reduzir a dureza da água e à realização da limpeza do fluido térmico.

Outro critério para avaliar uma caldeira de circuito duplo é o seu custo. O preço de um aquecedor de circuito duplo é maior do que o de um análogo de circuito único.

No entanto, se considerarmos a presença do sistema de AQS e as formas de resolver a questão no caso da instalação de uma caldeira de circuito único, ao incluir um boiler de aquecimento indireto no esquema de montagem, o preço da caldeira de circuito duplo será menor.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo a seguir apresenta os componentes estruturais e o princípio de funcionamento do equipamento de aquecimento a gás:

O autor do vídeo apresentará a tubulação da caldeira a gás de circuito duplo:

Um conhecimento detalhado das características e do princípio de funcionamento dos aparelhos a gás de circuito duplo permite determinar as vantagens da sua operação. A aquisição desses aquecedores ajuda a economizar na compra de equipamentos adicionais necessários para organizar o sistema de AQS.

Em caso de avaria de um dos circuitos, é possível utilizar o outro, e a substituição do circuito será sempre mais barata do que a reparação de um aquecedor separado. A caldeira de circuito duplo também pode ser usada na estação quente, operando apenas no modo de aquecimento de água para uso doméstico, o que traz conveniência e economia em comparação com a compra de aparelhos separados.

Conte-nos como você escolheu uma caldeira a gás de circuito duplo para equipar sua própria casa/apartamento/casa de campo. Qual foi o critério decisivo para você na escolha? Por favor, compartilhe informações úteis sobre o assunto, fotos no bloco abaixo e faça perguntas.