Sensores para calderas de gas: tipos, principio de funcionamiento, características

La caldera de gas moderna es un complejo equipo de ingeniería utilizado para calentar agua y espacios habitables. Los sensores especiales para calderas de gas ayudan a controlar y coordinar el funcionamiento de todos sus mecanismos. Vale la pena comprender su principio de funcionamiento. ¿Está de acuerdo?

Gracias a los sensores se cumplen los principios clave de funcionamiento de los equipos de gas: se garantizan la seguridad y la automatización del trabajo. En el artículo que presentamos se describen detalladamente todos los tipos de estos dispositivos compactos y las particularidades de su instalación. Siguiendo nuestros consejos podrá equipar la caldera de manera impecable.

Tipos principales de sensores

El principio de funcionamiento de todos los sensores es la transformación de la señal y la interpretación del resultado para informar rápidamente al usuario sobre los cambios en el funcionamiento de la caldera de gas.

El equipo de gas está equipado con un conjunto de dispositivos adicionales que permiten programarlo para funcionar en un modo determinado.

El compacto sensor de sobrecalentamiento prolonga la vida útil de la caldera de gas y evita que se dañe debido a la alta temperatura del agua

Sensores clave responsables de la seguridad del equipo:

• de tiro;
• de temperatura (de exterior e interior);
• de llama;
• sensores de presión (presostato);
• de sobrecalentamiento.

Analicemos las características y particularidades de funcionamiento de cada uno de ellos.

Para determinar la fuerza de tiro en el aparato se utiliza un sensor de tiro o un termorrelé para la caldera de gas, que también se encarga de la combustión correcta del gas.

Gracias a este pequeño sensor de tiro, el monóxido de carbono no entrará en la habitación, sino que será expulsado al exterior a través de la chimenea

El tiro es necesario para eliminar el monóxido de carbono de la caldera. Un tiro normal «expulsa» los productos de combustión fuera de la habitación, no hacia adentro; un tiro débil puede provocar la extinción del calentador y, como consecuencia, un accidente.

La mayoría de las veces, estos sensores se instalan en el captador de humo. En caso de avería del sensor, el humo de los productos de combustión penetra en la habitación y crea una amenaza para la seguridad de la vida.

El tipo de sensor depende del tipo de caldera a la que desee conectarlo. El primer tipo son las calderas con tiro natural, el segundo, con tiro forzado.

En el diagrama se muestra claramente la diferencia entre el funcionamiento de las cámaras de combustión abierta y cerrada en calderas de gas, así como en el diseño de la chimenea.

En los dispositivos con tiro natural, la cámara de combustión es abierta. En condiciones normales, el monóxido de carbono sale a través de la chimenea, y el termostato de seguridad supervisa la presencia de tiro y la temperatura de los gases de escape. En estas calderas se utiliza un sensor en forma de placa metálica con un contacto fijado a ella.

El principio de su funcionamiento consiste en enviar una señal a la válvula, que en el momento adecuado cortará el flujo de gas al quemador. Dentro del termorrelé hay una tira metálica que reacciona a los cambios de temperatura.

El termorrelé se ajusta a una temperatura específica según el combustible de la caldera. Si se utiliza gas natural, los límites de temperatura serán de +75 °C a +950 °C; en caso de usar gas licuado, de +75 °C a +1500 °C.

Si se produce una falla en el proceso de salida del monóxido de carbono (a través de la chimenea hacia el exterior), es decir, se altera la fuerza del tiro, el dispositivo se activa. Cuando esto sucede, la temperatura dentro del aparato aumenta, el metal se expande, el sensor se activa y la caldera se enfría.

Los propietarios de aparatos de gas con tiro natural deben prestar atención al concepto de «tiro inverso». En palabras sencillas, es el proceso en el que el monóxido de carbono ingresa al recinto en lugar de ser expulsado por la chimenea.

La falla ocurre debido a fluctuaciones de temperatura, una instalación incorrecta de la chimenea o su obstrucción; también pueden influir cálculos inexactos de las dimensiones de la chimenea. Independientemente de la causa del tiro inverso, es necesario eliminarlo de inmediato para evitar una intoxicación por monóxido de carbono.

Fuerte tiro inverso en acción. Puede provocar una intoxicación de los residentes del apartamento o la casa debido a la gran cantidad de monóxido de carbono en el recinto.

En los dispositivos con tiro forzado hay una cámara de combustión cerrada y el gas se evacua mediante una turbina-ventilador. Aquí se utiliza un sensor-presostato, fabricado en forma de membrana.

Con un tiro normal, la membrana se deforma ligeramente bajo la fuerza de los gases de combustión. Cuando el flujo se vuelve demasiado débil y la membrana permanece inmóvil, los contactos se separan y la válvula de gas se cierra. Este sensor controla tanto el funcionamiento del ventilador como la velocidad de los productos de combustión.

Si tiene dudas sobre el funcionamiento del dispositivo que interrumpe el suministro de gas en caso de fuga, es recomendable instalar un detector de monóxido de carbono cerca del equipo de gas. Su instalación está firmemente recomendada, pero no es obligatoria.

Causas de activación del sensor de tiro: errores en la instalación de la caldera o la chimenea, obstrucción de la chimenea o parada del ventilador (solo en aparatos con tiro forzado).

El principio de funcionamiento y los dispositivos del sistema de automatización de la caldera de gas se describen detalladamente en el siguiente artículo, que recomendamos leer.

Principio de funcionamiento del presostato

El presostato o sensor de presión protege la caldera del sobrecalentamiento durante un cambio brusco de la presión del gas o una disminución del caudal de agua.

La instalación del presostato protege el equipo de gas de saltos de presión bruscos o excesivamente grandes y, si es necesario, desconectará el aparato de gas.

Visualmente, es un sensor o relé eléctrico estándar, en la mayoría de los casos con dos circuitos eléctricos correctores. Estos circuitos determinan los dos modos clave de funcionamiento del dispositivo:

• Modo 1 supone una presión normal, durante la cual la membrana termostática del sensor no cambia de posición y se cierra el primer grupo de contactos. La caldera funciona en modo normal gracias al paso de corriente a través de este circuito. También está siempre conectado al circuito general del equipo.
• Modo 2 se activa cuando algún parámetro del sistema sale de los valores normales. Dentro del relé, la membrana termostática se desplaza y se deforma. El primer circuito del controlador se desconecta gracias a la membrana, y el segundo se cierra. El equipo de caldera deja de funcionar correctamente. El funcionamiento del modo de espera, que informa al usuario de la caldera sobre una avería, se activa mediante el circuito secundario del sensor.

El sensor se activa incluso ante el más mínimo aumento de temperatura en la cámara de combustión. Supervisa el valor mínimo/máximo de la presión y también registra el inicio de la condensación de humedad en los productos de combustión o directamente en el propio gas.

¿Qué controla el sensor de sobrecalentamiento?

El sensor de sobrecalentamiento es un dispositivo pequeño que protege la caldera de gas contra la ebullición, que puede ocurrir cuando la temperatura supera los +100 °C. Cuando se alcanza la temperatura límite en el circuito de calefacción, el sensor de sobrecalentamiento desconecta los contactos y apaga el aparato de gas.

El sensor especial NTC (la abreviatura significa 'coeficiente de temperatura positivo') es un dispositivo de inmersión que controla la temperatura dentro de la caldera de gas.

La base del dispositivo son termistores o placas bimetálicas, a veces pueden ser sensores NTC de trabajo.

Causas del sobrecalentamiento de la caldera de gas y opciones para solucionarlas:

1. Falta de circulación en el circuito de calefacción debido a la obstrucción de los filtros. Es necesario limpiar cuidadosamente todos los filtros, lavarlos o, si es necesario, reemplazarlos por otros nuevos.
2. Presencia de aire en el circuito de calefacción. Se puede eliminar simplemente purgando el aire.
3. El caudal se obstruyó debido a una gran capa de sarro, y se oye como si la caldera «golpeara» o emitiera chasquidos. Se elimina el exceso en el aparato con productos químicos especiales o ácidos.
4. Durante el encendido de la caldera se escuchan ruidos, y el dispositivo puede mostrar el error «circulación insuficiente». Esta situación puede ocurrir al poner en marcha la caldera después de un largo período de inactividad y sin haber purgado previamente el sistema de ventilación. La causa puede ser un bloqueo en la bomba debido a la inactividad. Es necesario desmontar la bomba y limpiarla a fondo, y luego repetir el encendido.
5. El lugar de instalación del equipo fue elegido incorrectamente. En tal caso, si en el local hay alta humedad o baja temperatura, el metal del que está fabricada la caldera comenzará a deteriorarse rápidamente.

Ante cualquier causa de sobrecalentamiento, es necesario eliminarla de inmediato para evitar una avería de la caldera o una explosión. El usuario podrá eliminar el sobrecalentamiento tanto por sí mismo como mediante los servicios de un técnico experimentado.

Sensores de temperatura de exterior e interior

La función principal de un sensor de temperatura para una caldera de gas es controlar la temperatura e informar oportunamente sobre sus cambios. Los dispositivos de respuesta modernos funcionan según el principio de resistencia eléctrica, permitiendo registrar las lecturas de funcionamiento.

Según el método de transmisión de información, los sensores de temperatura pueden ser:

• cableados (se conectan al controlador mediante un cable);
• inalámbricos (para la transmisión de señales se utiliza comunicación por radio inalámbrica; estos modelos constan de dos partes).

Según el tipo de control, se dividen en simples (mantienen la temperatura en el local) y programables (disponen de muchas funciones que permiten influir en el régimen térmico de la casa).

Es conveniente colocar un sensor de temperatura programable complejo en la habitación y, usando varios botones, regular el régimen de temperatura.

En algunos modelos de sensores hay un termostato integrado que permite controlar el nivel de humedad en el local. También hay una función de disminución/aumento de la humedad.

Según el método de colocación se distinguen los siguientes dispositivos:

• de superficie – se fijan a las tuberías del circuito de calefacción;
• de inmersión – están en contacto constante con el fluido caloportador.

Además, los interiores están ubicados directamente en el local, mientras que los exteriores se instalan en el exterior y reaccionan a los cambios de temperatura fuera de la ventana.

Los dos primeros tipos se utilizan para el fluido caloportador, es decir, para el calentador de agua, y los dos segundos, para controlar la temperatura del aire. Los de superficie se montan en la superficie exterior de la tubería con una cinta especial o una abrazadera.

Con un simple sensor de temperatura de superficie, el usuario podrá configurar sin dificultad unos valores de temperatura confortables, que la caldera mantendrá.

Los sensores de inmersión para calentar agua de la caldera solo se colocan en lugares especiales dentro del aparato, muy cerca del medio de transferencia de calor.

El elemento de respuesta para medir el grado de temperatura puede ser un transductor eléctrico (termopar, termómetro de resistencia), preconfigurado para un rango determinado. Estos dispositivos pueden tener pantalla; en algunos modelos se incluye la posibilidad de calibración.

El sensor de temperatura exterior permite que la caldera funcione no todo el tiempo, sino solo cuando sea necesario. Esto aumenta la vida útil de la caldera de gas y el consumo de gas. Al instalarlo, debe preverse protección contra impactos mecánicos y climáticos (humedad, heladas).

El conjunto del equipo externo incluye:

• el propio sensor;
• terminales para sujetar el cable eléctrico;
• un acoplamiento de cable;
• una carcasa de plástico que contendrá todas las piezas del dispositivo.

Cuando cambia la temperatura exterior, el sensor de la caldera de gas activa un programa dependiente del clima, que modifica el régimen de temperatura de calentamiento del agua para la calefacción.

El sensor de temperatura exterior se fija a la pared exterior del local. Al elegirlo, debe verificar de antemano los mecanismos de protección del dispositivo.

El sensor de ambiente reacciona al cambio de temperatura en la habitación, luego envía la información a la automatización que controla la caldera. Y esta da la señal para disminuir o aumentar la potencia de calefacción del circuito de calefacción.

El principio de funcionamiento consiste en que el usuario debe establecer inicialmente la temperatura deseada en la habitación, y el equipo controlará por sí mismo el equipo de gas.

La caldera se encenderá solo si la temperatura del aire en la habitación calefactada es inferior a la establecida previamente. De este modo, reducirá su factura mensual de gas aproximadamente en un tercio.

El sensor de temperatura ambiente le permitirá configurar los límites del régimen de temperatura confortable, y luego el equipo lo mantendrá de forma constante.

Al elegir un sensor de temperatura, preste especial atención al rango de temperaturas. La opción óptima será de –10 °C a +70 °C. También tenga en cuenta la temperatura umbral. Hay modelos que reaccionan a una disminución de temperatura de 1/4 de grado.

Esto no es muy conveniente, ya que la caldera se apagará con frecuencia. Sin embargo, la mayoría se activan con un cambio de temperatura de 0,5 o 1 grado.

Las dimensiones del dispositivo en sí son, en general, pequeñas: 2×3 cm. En los modelos con cable, la longitud del cable debe ser de al menos 5 m. Si se utiliza comunicación inalámbrica, pruebe la señal de radio.

Las reglas y los matices del ajuste de la automatización del equipo de calefacción de gas se exponen detalladamente en el artículo, cuyo material está completamente dedicado a la cuestión mencionada.

Sensor de llama: protección fiable para su caldera

Uno de los garantes clave para el funcionamiento seguro de una caldera de gas es el sensor de llama. Su tarea principal es enviar lo más rápido posible una señal sobre la extinción de la llama en el quemador al sistema automático para cerrar el gas, con el fin de evitar su fuga y la explosión de todo el dispositivo. Además, este sensor debe informar al controlador sobre la calidad de la combustión del gas, sobre la presencia de llama y sobre la intensidad de la combustión.

Variedades de sensores de llama

Dependen del método de control de la llama durante el funcionamiento de la caldera de gas. El control puede ser directo o indirecto. Los métodos termométrico, fotoeléctrico, ultrasónico y de ionización pertenecen a los métodos directos.

Se considera indirecto el control de la formación de monóxido de carbono en la cámara de combustión, la presión del combustible en la tubería a través de la cual ingresa, la fuerza de la presión o sus fluctuaciones frente al quemador. También incluye la verificación de la fuente inagotable de ignición.

El sensor basado en el método de control termoeléctrico incluye un termopar (que contiene el sensor y una válvula electromagnética). El termopar está ubicado muy cerca del quemador de la caldera, y la válvula electromagnética se monta en la tubería de gas a través de la cual se suministra gas al quemador que se enciende.

La conexión del sensor de llama le permite utilizar una caldera de gas o un calentador de agua en el hogar sin temer por su propia vida.

En muchos aparatos modernos se instalan sensores de ionización de llama. Su principio de funcionamiento consiste en que, al quemar la llama, surge una corriente de ionización entre el cuerpo y el electrodo del sensor. Se forma en caso de atracción de iones. Si dicha corriente está ausente, esto se convierte en una señal para detener el suministro de gas.

Si durante la combustión de la llama del piloto se forma la cantidad necesaria de electrones libres e iones negativos, el sistema automático activa el dispositivo clave que permite el funcionamiento del quemador principal.

Tenga en cuenta que el correcto funcionamiento del sensor de ionización solo es posible con una conexión de fase precisa de la caldera de calefacción a la red eléctrica.

Este mecanismo es mucho más eficaz que otros en el caso de la combustión de gas, ya que el gas prácticamente no produce luz, por lo que el fotoelemento no siempre reacciona. La radiación infrarroja se conserva durante un poco más de tiempo, lo que puede ser suficiente para acumular una gran cantidad de gas, lo que automáticamente hace que el sensor de llama infrarrojo sea menos seguro.

El sensor de ionización se monta dentro de la propia caldera. Previene accidentes en el equipo de gas y protege la vida y la propiedad de los propietarios de la casa o apartamento.

Los fotosensores controlan la llama del quemador principal, pero no se utilizan para diagnosticar la llama del piloto debido al tamaño insuficiente de su llama. Estos sensores se clasifican según su reacción a la longitud de onda del flujo de luz: unos responden al espectro visible e infrarrojo del flujo de luz de la llama ardiente, mientras que otros «ven» solo su componente ultravioleta.

Para un funcionamiento correcto, los fotosensores deben tener un «contacto directo» con la llama del quemador, por lo que se montan muy cerca de ella. Se instalan en el lado del quemador con un ángulo de 20-30° respecto a su eje. Debido a esto, los fotosensores son propensos al sobrecalentamiento por la radiación térmica de las paredes del equipo y al calentamiento a través de la ventana de inspección.

Para proteger el fotosensor del sobrecalentamiento, se utilizan vidrios de cuarzo resistentes al calor y ventilación forzada, que se realiza mediante aire comprimido a baja presión o aire generado por un ventilador.

El sensor de llama puede activarse cuando se altera la relación clave gas-aire o se produce suciedad en el dispositivo de encendido o en la válvula. Si el sensor de llama se ha estropeado por alguna razón, debe reemplazarse inmediatamente. Esto le salvará la vida y la salud a usted y a su familia.

El equipamiento del equipo de calefacción de gas con un conjunto completo de sensores de seguridad y dispositivos de automatización no excluye la necesidad de mantenimiento regular. Sobre cómo se realizan las inspecciones técnicas y las reparaciones de los aparatos de gas se describe detalladamente en el artículo que recomendamos.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Aún más información interesante sobre sensores para calderas – en los videos presentados a continuación.

Sobre los diferentes tipos de calderas y los sensores adecuados para ellas. En el ejemplo se muestra la instalación de un sensor de tiro.

El autor, mediante un ejemplo, explica detalladamente sobre los sensores de tiro y temperatura: ubicación, principios de funcionamiento y detalles útiles.

Se demuestra la verificación completa paso a paso del sensor de llama en condiciones domésticas, las particularidades de su funcionamiento.

Los sensores, si no vienen incluidos con la caldera, deben seleccionarse del mismo fabricante que el equipo de gas. El mal funcionamiento de cualquiera de ellos puede provocar un accidente o una avería de la caldera, por lo que requiere una intervención inmediata.

Todos los sensores descritos se utilizan con un solo propósito: proteger al usuario de la caldera de gas de accidentes y situaciones peligrosas para la vida. La compra de cada uno de ellos es una inversión en la seguridad del equipo, la vivienda y la vida humana.

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