Principio de funcionamiento del calentador de agua a gas: características de su diseño y funcionamiento

Si en su casa no hay agua caliente sanitaria (ACS) o le cortan constantemente el agua caliente, la vida se vuelve muy incómoda. Pero eso no es motivo para renunciar a una ducha caliente en una noche fresca de otoño, ¿no cree? Puede resolver este problema instalando un calentador de gas, como hacen muchos usuarios. Pero, ¿cómo funciona este calentador de agua en miniatura y podrá cumplir con su tarea?

Hablaremos en detalle de todo esto en nuestra publicación: aquí se analiza el principio de funcionamiento del calentador de gas, los esquemas de su estructura. También se presta atención a las principales averías del equipo y las formas de solucionarlas. El material presentado se complementa con ilustraciones claras, diagramas y videos.

Estructura general de un calentador doméstico

El calentador de agua a gas es un dispositivo de calentamiento de agua de paso. Esto significa que el agua pasa a través de él y se calienta en su recorrido. Pero, antes de pasar al análisis de cómo está compuesto un calentador de agua a gas doméstico, recordamos que su instalación y reemplazo están relacionados con el sistema centralizado de suministro de gas.

Por lo tanto, debe presentar los documentos a la empresa de gas de su región junto con la solicitud correspondiente. Puede leer sobre las normas y los documentos necesarios en nuestros otros artículos, y ahora pasaremos al dispositivo.

Los diferentes modelos de calentadores de gas varían entre sí, pero la estructura general de un calentador de gas doméstico se ve aproximadamente de la siguiente manera:

• Quemador de gas.
• Encendedor/sistema de ignición.
• Extractor y conexión a la chimenea.
• Tubo de la chimenea.
• Cámara de combustión.
• Ventilador (en algunos modelos).
• Intercambiador de calor.
• Tubo de suministro de gas.
• Conjunto de agua.
• Tubos de entrada de agua.
• Tubo de salida de agua caliente.
• Panel frontal con controlador.

El elemento central del calentador es el quemador de gas, en el cual se mantiene la combustión del gas, lo que contribuye al calentamiento del agua. El quemador está instalado en la carcasa, donde se acumulan los productos de combustión calientes, cuyo propósito es calentar el agua.

La carcasa está hecha de metal y cubre completamente la parte frontal y los lados del calentador. Es importante que el material de la carcasa conduzca bien el calor, ya que la calidad del calentamiento depende de la transmisión del calor.

Componentes estructurales del calentador de agua a gas que se encuentran dentro del cuerpo. Aquí se muestra el equipo de gas de tipo cerrado.

En la parte superior del aparato se encuentran el extractor y la chimenea, a través de los cuales los productos de combustión salen del calentador y de la habitación. Su diseño depende de si el calentador es de tipo abierto o cerrado, como se mostrará a continuación.

Los tubos serpentinos se retuercen dentro del cuerpo; el agua pasa por ellos bajo presión natural y se calienta con los gases calientes. Todo este sistema de tubos se llama intercambiador de calor. En la parte inferior hay dos conexiones: a la derecha para la entrada de agua fría de la tubería, y por el lado izquierdo sale el agua caliente.

Entre la red de suministro de agua y el calentador de agua a gas a menudo se instala un filtro, que regula la dureza del agua. Sin el filtro, el calentador puede cubrirse de sarro a altas temperaturas del agua. Al entrar al calentador, el agua pasa a través del módulo de agua, que sirve como una especie de 'conexión' entre el flujo de agua y el flujo de gas. Hablaremos de esta conexión un poco más adelante.

Quemador de gas encendido con encendido eléctrico y sensor de llama. Los sensores juegan un papel importante en el funcionamiento del equipo. Hablaremos de sus funciones más adelante.

Mediante otro tubo, que también se encuentra en la parte inferior, el calentador se conecta a la red de gas.

Allí también se encuentra el panel frontal con la unidad de control. Está equipado con reguladores para controlar el consumo de gas y agua. Dependiendo del modelo, pueden ser simples perillas que hay que girar, o pantallas de cristal líquido donde se pueden ver muchas características del calentador, o incluso la naturaleza de su avería en caso de que no funcione.

¿Cómo funciona un calentador de gas?

Conozcamos el principio de funcionamiento del calentador de agua a gas en forma de un algoritmo simple:

• cuando el agua fluye a través del módulo de agua, la membrana se tensa y mueve hacia arriba el vástago conectado a la válvula de gas;
• luego la válvula abre el suministro de gas al quemador principal;
• el gas se enciende mediante un electrodo o un encendedor, se quema y calienta el agua que fluye por los tubos del intercambiador de calor;
• el flujo de agua caliente se suministra al grifo a través de la conexión izquierda;
• a través de la chimenea o el extractor se evacuan los productos de combustión del gas; aquí hay una diferencia fundamental entre los calentadores de tipo abierto y cerrado, lo cual se detallará más adelante.

Además, la potencia de la llama y el caudal de agua a través del calentador se pueden regular mediante los controles en el panel frontal.

Ahora veamos con más detalle cómo se produce el encendido del quemador y cómo está relacionado con el ya mencionado módulo de agua.

Elementos estructurales y principio de funcionamiento del módulo de agua. Coloquialmente se le llama 'rana'. En la figura, las flechas amarillas muestran la dirección del gas, las flechas azules – la dirección del agua.

Método de encendido del gas

En general, los calentadores de gas se basan en tres formas de encender el gas. Como se ve en el esquema, en los tres casos, la señal para el encendido del quemador principal es la reacción de la unidad de agua (rana).

Estos son los tres métodos de encendido:

• mediante un elemento piezoeléctrico;
• con pilas;
• mediante la rotación de una turbina hidráulica.

El encendido mediante un elemento piezoeléctrico es un encendido manual y requiere la presencia de un botón en el panel frontal. Al presionar el botón se produce el cierre del elemento piezoeléctrico, que enciende el piloto. Este, a su vez, enciende el quemador principal después de la señal del vástago, que se mueve mediante la membrana de agua cuando hay presión de agua activa.

El piloto continúa ardiendo con una llama pequeña hasta que se apaga manualmente. Esto conduce a un mayor consumo de gas y una mayor formación de sarro en las tuberías. Uno de los calentadores de agua a gas de paso con encendido manual es Bosch Therm 4000 O W 10-2 P.

Esquema de un calentador de gas con encendido piezoeléctrico. En la figura se muestran las «entrañas» del calentador: los componentes estructurales principales que se encuentran dentro de la carcasa, y los botones/perillas ubicados en el exterior.

Algunos modelos de calentadores de agua a gas funcionan con pilas. En este caso, el encendido se produce mediante una chispa eléctrica después de la señal del vástago. Así, en lugar del piloto, aquí hay electrodos que encienden directamente el quemador principal de gas.

Pero las pilas deben cambiarse en promedio cada 10 meses, y con uso constante — cada 2 meses, para evitar imprevistos. Uno de estos calentadores a pilas es Zanussi GWH 10 Fonte Glass La Spezia.

A veces el encendido se produce mediante la rotación de una turbina hidráulica (con el flujo de agua). El encendido también se produce mediante una chispa eléctrica, pero no es necesario cambiar las pilas, ya que la propia turbina genera electricidad mientras fluye el agua.

Pero para que funcione la hidroturbina se necesita una alta presión en las tuberías, al menos 0,3 bar. No todas las casas tienen esa presión. En Rusia y otros países de la CEI no se recomienda comprar estos calentadores debido a la presión de agua inestable. Como ejemplo de este modelo, el calentador de agua a gas Bosch Therm 6000 O WRD 15-2 G, que es notablemente más caro que los dos modelos mencionados anteriormente.

Estructura del conjunto de agua del calentador

La estructura del conjunto de agua es de particular interés. Su configuración se puede ver en el esquema de abajo; los rótulos de las piezas se encuentran debajo del esquema. Los demás elementos indicados sirven para fijaciones.

Elementos estructurales del kit de reparación del conjunto de agua del calentador de gas de la marca “Neva”: 1) membrana de silicona D 54 mm; 2) retén del conector de entrada de agua fría 19x14x2,5 mm; 3) retén de la válvula de drenaje 10x6x2 mm; 4) retén del regulador de caudal de agua 14,5x9,5x2,5 mm – 2 uds; 5) retén de sellado del vástago, rosca M12 x 1, 5,34x1,78x1,78 mm – 2 uds; 6) retén de sellado del casquillo del vástago M12 x 1, 14x11x1,5 mm; 7) retén del tornillo del regulador de presión subdiafragma 6,4x2,6x1,9 mm; 8) retén del tornillo del regulador de flujo de agua 7x3,2x1,9 mm; 9) retén de la conexión de los conjuntos de agua y gas 27,5x23,5x2 mm; 10) retén de la conexión del conjunto agua-gas con el quemador 18x13x2,5 mm; 11) retén del sensor de temperatura del agua 10x6x2 mm

Las piezas de trabajo principales son el vástago y el diafragma, bajo cuya acción se mueve cuando comienza el flujo de agua en la parte inferior. El vástago abre la válvula y deja pasar el gas al quemador, que luego se enciende.

Otro elemento de trabajo es una bola de PVC, que actúa como fusible. Esta corta el flujo de gas en caso de cambios bruscos de presión en las tuberías de agua — golpes de ariete, de los que también hablaremos más adelante.

Tipo de cámara de combustión

Según la disposición de las cámaras de combustión, los calentadores de gas son de dos tipos: de cámara abierta y de cámara cerrada.

Los calentadores con cámara de combustión abierta tienen acceso abierto de aire al quemador, y los productos de la combustión se eliminan a través de la campana extractora.

Estos modelos son más simples que los turbinados, de los que hablaremos más adelante, su funcionamiento es prácticamente silencioso y en la mayoría de los casos no requieren electricidad. Sin embargo, debido a la conexión abierta entre la cámara de combustión y la habitación, es posible la contaminación del aire interior si la campana extractora no funciona bien.

Los calentadores con cámara de combustión cerrada son turbinados. La cámara de combustión en ellos es hermética, además de los conductos para la entrada y salida de aire. El aire es impulsado por un ventilador a través de tuberías coaxiales y sale al exterior a través de la chimenea, junto con los productos de combustión.

Estos calentadores suelen estar completamente automatizados, carecen de elementos de control manual, y los sensores de tiro y temperatura son más sensibles. Estos calentadores son “modernos” y más seguros.

En las ilustraciones anteriores se mostraba un calentador de gas precisamente con cámara de combustión cerrada. A modo de comparación, en la siguiente ilustración se puede ver la disposición de los calentadores de los dos tipos lado a lado. Encontrará muchos elementos similares, pero el principio de eliminación de los productos de combustión difiere notablemente.

Comparación de las cámaras de combustión en los calentadores. A la izquierda se muestra la cámara de combustión del calentador de tipo abierto. A la derecha – un calentador de gas con cámara de combustión de tipo cerrado, donde el aire se insufla hacia el interior de la cámara mediante un ventilador.

Características principales de los calentadores

Ahora hablemos de los aspectos del uso práctico del calentador. Una de las características principales es el rendimiento. Se relaciona directamente con la potencia, que se indica en kW y muestra el volumen de agua calentado por minuto a 25 °C.

Las especificaciones generalmente se indican en el manual del dispositivo. Un calentador normal calienta de 10 a 20 litros de agua por minuto a 25 °C, aunque este valor puede variar significativamente.

Otra característica de los calentadores modernos — la modulación de potencia. Muestra cómo puede variar la potencia del calentador según el flujo de agua y se mide en porcentaje de la potencia inicial.

Para la modulación, los calentadores están equipados con un conjunto especial con una membrana que cambia el suministro de gas al quemador según el flujo. Se considera normal una modulación en el rango del 40-100% de la potencia del aparato.

En el esquema se muestra el conjunto de modulación y el principio de funcionamiento, que es similar al funcionamiento del conjunto de agua y su membrana.

Sensores de seguridad y su importancia

Un calentador de gas puede ser peligroso, ya que está conectado simultáneamente a las tuberías de agua y gas, cada una de las cuales por separado puede representar una amenaza.

En caso de problemas con el suministro de gas o agua, los sensores de seguridad detienen el funcionamiento del calentador, y las válvulas especiales cortan el suministro de agua o gas.

Generalmente, los calentadores de gas soportan una presión de hasta 10-12 bares, que es de 20 a 50 veces mayor que la presión normal en las tuberías. Estos picos bruscos son posibles durante los llamados golpes de ariete.

Pero si la presión es inferior a 0,1-0,2 bares, el calentador no podrá funcionar. Es necesario estudiar detenidamente las instrucciones y las especificaciones antes de comprar para entender si el calentador está optimizado para baja presión de agua en las tuberías de los países de la CEI y si funcionará correctamente. Y viceversa — si soportará cambios bruscos de presión, lo que también, lamentablemente, no es poco común en nuestras condiciones.

Esquema de encendido del quemador que funciona con chispa eléctrica. Ubicaciones de los principales sensores de seguridad de un calentador de gas doméstico.

En general, un calentador de gas moderno contiene muchos sensores de seguridad. Todos ellos, en caso de avería, pueden ser reemplazados.

Más detalles sobre la función y la ubicación de los sensores — en la tabla siguiente.

Principales averías y formas de solucionarlas

Al hablar de la estructura y los principios de funcionamiento del calentador de agua a gas doméstico, así como de los sensores incorporados, vale la pena mencionar brevemente las posibles fallas y problemas. Aquí no nos detendremos en la reparación completa o el reemplazo del calentador, sino que repasaremos rápidamente todos los elementos enumerados en la descripción del quemador y describiremos sus fallas, así como las formas de solucionarlas por sí mismo.

Como ya se mencionó, el elemento principal del calentador — el quemador de gas. A menudo, el quemador se apaga debido a la activación de los sensores de seguridad, de los que ya hemos hablado. Los problemas frecuentes que conducen a este escenario — son la contaminación del intercambiador de calor con hollín y sarro.

La causa de la presión débil — la formación de sarro en los tubos del intercambiador de calor. En ese caso, es necesario retirar el intercambiador de calor y lavar los tubos con líquidos especiales para eliminar el sarro.

En esta foto se muestra un intercambiador de calor sucio. En este caso, es necesario desmontarlo y limpiar el hollín. Si el calentador está ubicado cerca de la cocina, también es posible la contaminación del intercambiador de calor con grasas alimenticias.

Si la combustión del gas no es completa, o si el calentador se utiliza durante mucho tiempo, se acumula hollín en el exterior de la cámara, lo que reduce significativamente la conductividad térmica y la calidad del calentamiento del agua.

Para obtener más información sobre las causas de la presión débil y los detalles de la limpieza, por favor, haga clic en este enlace.

Si la válvula de gas no se abre debido a la baja presión del agua suministrada, es necesario extraer el filtro, verificar qué tan obstruido está y, si es necesario, lavarlo. Si la presión del agua o del gas es insuficiente, deberá contactar al servicio público correspondiente.

Si el agua gotea directamente del calentador, significa que la estanqueidad en las tuberías está comprometida. Es necesario desmontarlas y reemplazar los elementos de sellado. Si es necesario, habrá que reemplazar las propias tuberías.

Por separado, vale la pena recordar la avería de la membrana de agua. Si el calentador ha estado en funcionamiento durante mucho tiempo, la membrana del conjunto de agua se desgasta y su sensibilidad disminuye significativamente. Deja de responder a la baja presión del agua y, en consecuencia, no da la señal de que es necesario encender el quemador. En el mejor de los casos, debe reemplazarse cada 5-6 años.

Cuando la membrana se desgasta, se puede adquirir un kit de reparación y realizar el reemplazo por sí mismo. El conjunto de agua consta de elementos básicos como la membrana de goma, la tapa, el cuerpo y el plato de plástico con resorte.

A veces el problema también está en el vástago, que es movido por la membrana, y también se puede reemplazar si es necesario, ya que existen kits de reparación especiales para ello.

Para entender mejor el funcionamiento de su modelo de calentador de gas, es necesario estudiar atentamente el manual de uso y la ficha técnica del aparato. Esto no solo le ahorrará tiempo y nervios, sino que por sí mismo mejorará la comprensión de cómo funciona este dispositivo.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Para afianzar la comprensión de la estructura del calentador de gas, puede ver la revisión en video, donde se explica detalladamente la ubicación de todos los elementos del calentador con un ejemplo real:

En este material hemos estudiado la estructura del calentador de gas doméstico, su principio de funcionamiento. Luego examinamos el funcionamiento de los elementos principales. Y conociendo los componentes y elementos principales del equipo de gas, los sensores de su sistema de seguridad, se puede diagnosticar la avería por sus propios medios. Y si la causa del fallo resulta ser la contaminación de elementos individuales de la estructura, entonces también realizar el mantenimiento por cuenta propia del calentador de gas.

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