Sensores para caldeiras a gás: tipos, princípio de funcionamento, características

Uma caldeira a gás moderna é um conjunto de engenharia complexo, utilizado para aquecer água e ambientes residenciais. Sensores especiais para caldeiras a gás ajudam a controlar e interligar o funcionamento de todos os seus mecanismos. Vale a pena entender seu princípio de funcionamento. Concorda?

É exatamente graças aos sensores que os princípios-chave de operação dos equipamentos a gás são cumpridos – a segurança e a automatização do trabalho são garantidas. No artigo que apresentamos, todos os tipos desses dispositivos compactos e as características de sua instalação são descritos em detalhes. Com base em nossos conselhos, você poderá equipar a caldeira perfeitamente.

Principais tipos de sensores

O princípio principal de funcionamento de todos os sensores é a conversão do sinal e a interpretação do resultado para informar rapidamente o usuário sobre mudanças no funcionamento da caldeira a gás.

O equipamento a gás é equipado com um conjunto de dispositivos adicionais, graças aos quais pode ser programado para operar em um modo específico.

O sensor compacto de superaquecimento prolonga a vida útil da caldeira a gás e evita que ela se danifique devido à alta temperatura da água

Sensores-chave responsáveis pela segurança do equipamento:

• tiragem;
• temperatura (externa e interna);
• chama;
• sensores de pressão (pressostato);
• superaquecimento.

Vamos considerar as características e particularidades de operação de cada um deles.

Para determinar a força da tiragem no aparelho, utiliza-se um sensor de tiragem ou um termorelé para caldeira a gás, o mesmo também é responsável pela queima correta do gás.

Graças a este pequeno sensor de tiragem, o monóxido de carbono não entrará no ambiente, mas será expelido através da chaminé para fora

A tiragem é necessária para livrar a caldeira do monóxido de carbono. Uma tiragem normal 'remove' os produtos da combustão do ambiente, e não para dentro dele; uma tiragem fraca pode provocar a extinção da coluna e, consequentemente, um acidente.

Na maioria das vezes, esses sensores são instalados no captador de fumaça. Em caso de avaria do sensor, a fumaça dos produtos da combustão penetra no ambiente e cria uma ameaça à segurança da vida.

O tipo de sensor depende do tipo de caldeira ao qual você deseja conectá-lo. O primeiro tipo – caldeiras com tiragem natural, o segundo – com tiragem forçada.

No diagrama, a diferença no funcionamento das câmaras de combustão aberta e fechada em caldeiras a gás, bem como na estrutura da chaminé, é claramente ilustrada

Em dispositivos com tiragem natural, a câmara de combustão é aberta. Durante o funcionamento normal, o monóxido de carbono sai pela chaminé, e o termostato de segurança monitora a presença de tiragem e a temperatura dos gases de escape. Nesses aquecedores, utiliza-se um sensor na forma de uma placa metálica com um contato fixado a ela.

O princípio de funcionamento consiste em enviar um sinal à válvula, que, no momento adequado, interromperá o fluxo de gás para o queimador. Dentro do termorrelé, há uma tira metálica que reage à variação de temperatura.

O termorrelé é ajustado para uma temperatura específica de acordo com o combustível utilizado no aquecedor. Se for usado gás natural, os limites de temperatura serão de +75 °C a +950 °C; no caso de gás liquefeito, de +75 °C a +1500 °C.

Se ocorrer uma falha no processo de saída do monóxido de carbono (pela chaminé para o exterior), ou seja, se a força de tiragem for comprometida, o dispositivo é acionado. Quando isso acontece, a temperatura interna do aparelho aumenta, o metal se expande, o sensor é ativado e o aquecedor esfria.

Os proprietários de aparelhos a gás com tiragem natural devem prestar atenção ao conceito de 'tiragem reversa'. Em palavras simples, é o processo pelo qual o monóxido de carbono entra no ambiente, em vez de ser expelido pela chaminé.

A falha ocorre devido a variações de temperatura, instalação inadequada da chaminé ou seu entupimento; cálculos imprecisos das dimensões da chaminé também podem influenciar. Independentemente da causa da tiragem reversa, ela deve ser eliminada imediatamente para evitar envenenamento por monóxido de carbono.

Forte tiragem reversa em ação. Ela pode provocar o envenenamento dos moradores do apartamento ou da casa devido à grande quantidade de monóxido de carbono no ambiente.

Em dispositivos com tiragem forçada, há uma câmara de combustão fechada e o gás é expelido por meio de uma turbina-ventilador. Aqui, utiliza-se um sensor do tipo pneumorrelé, em forma de membrana.

Com tiragem normal, a membrana deforma-se ligeiramente sob a força dos gases de combustão. Quando o fluxo se torna muito fraco e a membrana permanece imóvel, os contatos se desconectam e a válvula de gás fecha. Esse sensor controla tanto o funcionamento do ventilador quanto a velocidade dos produtos da combustão.

Se houver dúvidas sobre o acionamento do dispositivo que interrompe o fornecimento de gás em caso de vazamento, é aconselhável instalar um sensor de monóxido de carbono próximo ao equipamento a gás. A instalação é fortemente recomendada, mas não obrigatória.

Causas do acionamento do sensor de tiragem: erros na instalação do aquecedor ou da chaminé, entupimento da chaminé ou parada do ventilador (apenas em aparelhos com tiragem forçada).

O princípio de funcionamento e os componentes do sistema de automação do aquecedor a gás são descritos em detalhes no próximo artigo, que recomendamos que você leia.

Princípio de funcionamento do pressostato

O pressostato, ou sensor de pressão, protege o aquecedor contra superaquecimento durante uma mudança brusca na pressão do gás ou redução do fluxo de água.

A instalação do pressostato protege o equipamento a gás contra variações bruscas ou excessivas de pressão e, se necessário, desligará o aparelho a gás.

Visualmente, é um sensor ou relé elétrico padrão, na maioria dos casos com dois circuitos elétricos corretores. São esses circuitos que determinam os dois modos principais de funcionamento do dispositivo:

• Modo 1 pressupõe pressão normal, durante a qual a membrana termostática do sensor não se desloca e o primeiro grupo de contatos fecha. A caldeira funciona em modo normal devido à passagem de corrente por este circuito. Além disso, está sempre ligada ao circuito geral do aparelho.
• Modo 2 é ativado quando algum parâmetro do sistema sai da normalidade. Dentro do relé, a membrana termostática se desloca e se deforma. O primeiro circuito do controlador é desconectado pela membrana, e o segundo é fechado. O equipamento da caldeira interrompe o funcionamento correto. O modo de espera, que informa o usuário da caldeira sobre uma falha, é ativado pelo circuito secundário do sensor.

O sensor é ativado mesmo no menor aumento de temperatura na câmara de combustão. Ele monitora os valores mínimo/máximo da pressão e também registra o início da condensação de umidade nos produtos da combustão ou diretamente no gás.

O que o sensor de superaquecimento controla?

O sensor de superaquecimento é um pequeno dispositivo que protege a caldeira a gás contra a ebulição, que pode ocorrer quando a temperatura ultrapassa +100 °C. Quando a temperatura limite no circuito de aquecimento é atingida, o sensor de superaquecimento abre os contatos e desliga o aparelho a gás.

O sensor NTC especial (a abreviatura significa 'coeficiente de temperatura positivo') é um dispositivo de imersão que controla a temperatura dentro da caldeira a gás.

A base do dispositivo é composta por termistores ou placas biométricas, às vezes podem ser sensores NTC operacionais.

Causas de superaquecimento da caldeira a gás e opções de solução:

1. Falta de circulação no circuito de aquecimento devido ao entupimento dos filtros. É necessário limpar cuidadosamente todos os filtros, lavá-los ou, se necessário, substituí-los por novos.
2. 'Presença de ar' no circuito de aquecimento. Pode-se eliminar isso simplesmente removendo o ar.
3. O fluxo ficou obstruído devido a uma grande camada de calcário, e ouve-se como se a caldeira 'batesse' ou emitisse estalos. O excesso é removido no aparelho com produtos químicos especiais ou ácidos.
4. Durante a partida da caldeira, ouvem-se ruídos e o dispositivo pode exibir o erro 'circulação insuficiente'. Essa situação é possível ao ligar a caldeira após um longo período de inatividade e sem uma prévia operação do sistema de ventilação. A causa pode ser o entupimento da bomba devido à inatividade. É necessário desmontar a bomba e lavá-la cuidadosamente, e depois repetir a partida.
5. O local de instalação do equipamento foi escolhido incorretamente. Nesse caso, se a umidade do ar no ambiente estiver elevada ou a temperatura baixa, o metal do qual a caldeira é feita começará a se deteriorar rapidamente.

Independentemente da causa do superaquecimento, ela deve ser eliminada imediatamente para evitar danos à caldeira ou explosão. O usuário pode eliminar o superaquecimento por conta própria ou utilizando os serviços de um técnico experiente.

Sensores de temperatura externos e internos

A principal função do sensor de temperatura para caldeira a gás é controlar a temperatura e informar prontamente sobre suas alterações. Os dispositivos modernos de resposta funcionam com base no princípio da resistência elétrica, que permite registrar as leituras operacionais.

Quanto ao modo de transmissão de informações, os sensores de temperatura podem ser:

• com fio (conectam-se ao controlador por meio de cabo);
• sem fio (utilizam comunicação de rádio sem fio para transmitir o sinal; esses modelos são compostos por 2 partes).

Quanto ao tipo de controle, eles se dividem em simples (mantêm a temperatura ambiente) e programáveis (possuem muitas funções que permitem influenciar o regime térmico da casa).

É conveniente colocar um sensor de temperatura programável complexo no ambiente e, usando alguns botões, ajustar o regime de temperatura

Em alguns modelos de sensores, há um termostato embutido que permite controlar o nível de umidade no ambiente. Há também uma função de diminuir/aumentar a umidade.

Quanto ao modo de instalação, distinguem-se os seguintes dispositivos:

• de superfície – fixam-se nos tubos do circuito de aquecimento;
• imersos – estão em contato constante com o fluido de aquecimento.

Já os internos estão localizados diretamente no ambiente, enquanto os externos são instalados do lado de fora e reagem às mudanças de temperatura externas.

Os dois primeiros tipos são usados para o fluido de aquecimento, ou seja, para a caldeira, e os dois últimos para controle da temperatura do ar. Os sensores de superfície são montados na superfície externa da tubulação com fita ou braçadeira especial.

Com um simples sensor de temperatura de superfície, o usuário poderá configurar facilmente os parâmetros de temperatura confortáveis, que a caldeira manterá.

Os sensores de aquecimento de água imersos para caldeira são instalados apenas em locais especiais dentro do aparelho, próximos ao fluido de aquecimento.

O elemento de resposta para medir o grau de temperatura pode ser um transdutor elétrico (termopar, termômetro de resistência) previamente ajustado a uma determinada faixa. Esses dispositivos podem ter display; em alguns modelos, a possibilidade de calibração já está incorporada.

O sensor de temperatura externo permite que a caldeira funcione não o tempo todo, mas apenas quando necessário. Isso aumenta a vida útil da caldeira a gás e o consumo do próprio gás. Na sua instalação, é necessário prever antecipadamente a proteção contra impactos mecânicos e climáticos (umidade, geada).

O kit do equipamento externo inclui:

• o próprio sensor;
• terminais para fixação do cabo elétrico;
• luva de cabo;
• caixa de plástico onde todas as peças do dispositivo serão alojadas.

Quando a temperatura externa muda, o sensor da caldeira a gás ativa um programa dependente do clima, que altera o regime de temperatura do aquecimento da água para o sistema de aquecimento.

O sensor de temperatura externo é fixado na parede externa do ambiente. Ao escolhê-lo, é necessário verificar antecipadamente os mecanismos de proteção do dispositivo.

O sensor interno reage às mudanças de temperatura no ambiente, depois envia as informações para a automação que controla a caldeira. E então ela dá o sinal para diminuir ou aumentar a potência de aquecimento do circuito de aquecimento.

O princípio de funcionamento é que o usuário precisa inicialmente definir a temperatura desejada no ambiente, e o equipamento por si só controlará o sistema a gás.

A caldeira só estará ligada se a temperatura do ar no ambiente aquecido estiver abaixo da definida anteriormente. Dessa forma, você reduzirá sua conta mensal de gás em cerca de um terço.

O sensor de temperatura interno permitirá que você defina os limites de uma faixa de temperatura confortável, e então o equipamento manterá essa faixa de forma constante.

Ao escolher um sensor de temperatura, preste atenção especial à faixa de temperaturas. A opção ideal será de –10 °C a +70 °C. Considere também a temperatura de limiar. Existem modelos que reagem a uma queda de temperatura de 1/4 de grau.

Isso não é muito conveniente, pois a caldeira desligará com frequência. No entanto, a maioria atua com uma variação de temperatura de 0,5 ou 1 grau.

As dimensões do próprio dispositivo são, em geral, pequenas: 2×3 cm. Nos modelos com fio, o comprimento do cabo deve ser de pelo menos 5 m. Se for usada comunicação sem fio, teste o sinal de rádio obrigatoriamente.

As regras e os detalhes do ajuste da automação do equipamento de aquecimento a gás são detalhadamente explicados no artigo, cujo material é inteiramente dedicado a esse tema.

Sensor de chama – proteção confiável da sua caldeira

Um dos principais garantidores de operação segura para uma caldeira a gás é o sensor de chama. Sua principal tarefa é enviar o mais rápido possível um sinal de apagamento da chama no queimador para o sistema de automação, a fim de interromper o fornecimento de gás, evitando vazamentos e explosão de todo o dispositivo. Além disso, esse sensor deve informar o controlador sobre a qualidade da combustão do gás, a presença da chama e a intensidade da queima.

Variedades de sensores de chama

Eles dependem do método de controle da chama durante a operação da caldeira a gás. O controle pode ser direto ou indireto. Termométrico, fotoelétrico, ultrassônico, de ionização e outros pertencem aos métodos diretos.

O controle indireto é considerado o monitoramento da formação de monóxido de carbono na fornalha, da pressão do combustível no duto pelo qual ele é fornecido, da força da pressão ou suas oscilações antes do queimador. Também inclui a verificação de uma fonte de ignição inesgotável.

O sensor baseado no método termoelétrico de controle inclui um termopar (que compreende um sensor e uma válvula eletromagnética). O termopar está localizado nas proximidades do queimador da caldeira, e a válvula eletromagnética é instalada na tubulação de gás que fornece gás ao queimador aceso.

A conexão do sensor de chama permite que você utilize a caldeira a gás ou o aquecedor de água em casa, sem temer pela sua própria vida.

Em muitos aparelhos modernos, são instalados sensores de ionização de chama. Seu princípio de funcionamento é que, durante a queima da chama, surge uma corrente de ionização entre o corpo e o eletrodo do sensor. Ela é formada pela atração de íons. Se essa corrente estiver ausente, isso se torna um sinal para interromper o fornecimento de gás.

Se, durante a combustão da chama do piloto, uma quantidade suficiente de elétrons livres e íons negativos for gerada, a automação ativa o dispositivo chave que permite a operação do queimador principal.

Observe que o funcionamento correto do sensor de ionização só é possível com a conexão de fase precisa da caldeira de aquecimento à rede elétrica.

Este mecanismo é muito mais eficaz do que outros no caso da combustão do gás, pois o gás praticamente não produz luz, então o fotoelemento nem sempre reage. A radiação infravermelha persiste por mais algum tempo, que pode ser suficiente para o acúmulo de uma grande quantidade de gás, o que automaticamente torna o sensor de chama infravermelho menos seguro.

O sensor de ionização é montado dentro da própria caldeira. Ele previne acidentes em equipamentos a gás e protege a vida e os bens dos proprietários da casa ou apartamento.

Fotossensores controlam a chama do queimador principal, mas não são utilizados para diagnosticar a chama do piloto devido ao tamanho insuficiente de sua chama. Esses sensores são diferenciados por sua resposta ao comprimento de onda do fluxo luminoso: alguns reagem ao espectro visível e infravermelho da luz da chama em chamas, outros 'veem' apenas seu componente ultravioleta.

Para o funcionamento correto, os fotossensores devem ter 'contato direto' com a chama do queimador, por isso são montados nas proximidades dela. Eles são instalados do lado do queimador em um ângulo de 20-30° em relação ao seu eixo. Devido a isso, os fotossensores estão sujeitos a superaquecimento pela radiação térmica das paredes do equipamento e ao aquecimento através da janela de observação.

Para proteger o fotossensor do superaquecimento, utilizam-se vidros de quartzo resistentes ao calor e ventilação forçada, que é realizada com ar comprimido de baixa pressão ou com ar produzido por um ventilador.

O sensor de chama pode disparar quando a relação chave gás-ar é perturbada ou quando há contaminação do dispositivo de ignição ou da válvula. Se o sensor de chama quebrar por qualquer motivo, ele deve ser substituído imediatamente. Isso preservará a vida e a saúde de você e sua família.

Equipar o equipamento de aquecimento a gás com um conjunto completo de sensores de segurança e dispositivos automáticos não elimina a necessidade de manutenção regular. Sobre como são realizadas as inspeções e reparos de unidades a gás, está detalhado no artigo que recomendamos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Mais informações interessantes sobre sensores para caldeiras – nos vídeos apresentados abaixo.

Sobre diferentes tipos de caldeiras e sensores adequados a elas. É mostrada a instalação do sensor de tiragem como exemplo.

O autor explica detalhadamente, com exemplos, sobre sensores de tiragem e temperatura: localização, princípios de funcionamento e detalhes úteis.

É demonstrada a verificação completa passo a passo do sensor de chama em condições domésticas, características do seu funcionamento.

Os sensores, se não vierem incluídos com a caldeira, devem ser escolhidos do mesmo fabricante do aparelho a gás. A falha de qualquer um deles pode causar acidentes ou danos à caldeira, portanto requer intervenção imediata.

Todos os sensores descritos são usados para um único objetivo – proteger o usuário da caldeira a gás de acidentes e situações de risco de vida. A compra de cada um deles é um investimento na segurança do equipamento, da casa e da vida humana.

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