Como conectar uma caldeira de aquecimento elétrico: diferenças entre diferentes esquemas

Para aquecer um edifício residencial individual, os sistemas que usam a transferência de líquido de refrigeração através de tubulações para baterias de aquecimento, nos quais o calor é transferido para o ar circundante e o retorno do líquido refrigerado para o aquecimento subsequente, estão se tornando cada vez mais usados.

Nesse caso, uma caldeira é geralmente entendida como um recipiente de metal selado no qual o transportador de calor é aquecido, e o termo "elétrico" define o tipo de energia utilizada.

De acordo com o princípio do uso de eletricidade, as caldeiras são:

1. aquecimento indireto;

2. ação direta;

3. tipo de indução.

Eles têm um design completamente diferente, diferem em graus de segurança, exigem uma atitude diferente quando conectados à fiação.

Caldeira elétrica indireta

O termo "ação indireta" refere-se ao aquecimento indireto realizado por uma corrente elétrica que passa através de um elemento de aquecimento com uma resistência puramente resistiva. Como resultado desse fenômeno, de acordo com a lei de Joule - Lenz, a temperatura de um condutor especialmente colocado em um líquido aumenta.

O calor liberado na resistência é removido pelo transportador de calor. Elementos térmicos de aquecimento ou abreviados como TENY, estão disponíveis em diferentes capacidades para operação em circuitos CA ou CC com tensões diferentes.

Recursos de design

Dentro da carcaça de metal da caldeira, elementos de aquecimento elétrico são montados e lavados pelo líquido de arrefecimento.

Eles consistem em um corpo tubular de metal selado com um fio de liga de nicrómio montado no interior, com uma certa resistência elétrica e capaz de suportar a potência de aquecimento nominal.

Esta rosca, com as duas extremidades, é montada dentro de um tubo de metal e conectada aos conectores de saída feitos por rosca para conectar os fios elétricos.

A cavidade entre o corpo do tubo e a rosca nicrômica é separada por uma camada de material condutor de calor com altas propriedades dielétricas - um tipo especial de areia. As extremidades do elemento são seladas e equipadas com dicas para montagem na tampa da caldeira.

Um aquecedor em funcionamento, portanto, possui uma certa resistência elétrica, que pode ser medida com um ohmímetro ou testador comum, ou calculada a partir do valor de energia fornecido no gabinete.

Por exemplo, um conversor de voltagem de 1 kW consome uma corrente de I = 1000/220 = 4,54 amperes ao operar a uma voltagem de 220 volts e tem uma resistência elétrica de R = 220 / 4,54 = 48,5 Ohm.

O segundo parâmetro de integridade do aquecedor é a qualidade da resistência de isolamento entre a rosca nicrômica condutora e a carcaça. Para medir, você deve usar um dispositivo especial - megaohmímetro.

Para aquecimento doméstico, geralmente são usados ​​modelos de 220 volts com uma potência de carga da ordem de um quilowatt. Quando é necessária uma quantidade maior de calor, os elementos de aquecimento são coletados em cadeias paralelas em uma rede monofásica ou conectados em grupos idênticos em uma rede trifásica.

Duas flanges são feitas na caldeira para comunicação com as linhas de refrigerante:

1. na entrada inferior, é bombeada uma corrente de água fria;

2. o líquido aquecido sai da saída superior.

Quando a corrente passa pela resistência do elemento de aquecimento, o calor é liberado, que é transmitido através da camada de isolamento para o invólucro de metal e é removido do elemento de aquecimento pelo fluxo do líquido de arrefecimento. Devido a isso, durante o trabalho, é criado um equilíbrio entre o calor liberado pela energia elétrica e o líquido removido bombeado pela caldeira.

Cada elemento de aquecimento com sua parte de trabalho deve ser completamente imerso no líquido para que a remoção do calor passe de maneira eficiente e uniforme. Se isso for violado, por exemplo, devido à formação de congestionamento de ar ou vazamento de líquido, o que levou a uma diminuição de seu nível na caldeira, é possível que a rosca, o isolamento ou o alojamento do elemento de aquecimento queime e destrua.

Uma simples caldeira elétrica caseira no vídeo:

 

Esquema de conexão hidráulica

A caldeira elétrica indireta indireta é fabricada na fábrica em um belo edifício moderno, que pode:

• instale no chão da sala;

• pendure na parede.

Depois de firmemente fixado à construção do edifício, o circuito hidráulico do sistema de aquecimento da casa é coletado.

Para seu uso:

• radiadores de aquecimento conectados por correntes paralelas entre as linhas de pressão e drenagem (retorno) do transporte de refrigerante;

• tanque de expansão, projetado para drenar bolhas de ar do líquido bombeado;

• válvulas de fechamento, permitindo alternar o circuito hidráulico em vários modos de operação;

• bomba de circulação de circuito fechado;

• válvula: contrapressão, segurança, desvio;

• sensores do sistema de controle dos principais processos tecnológicos;

• equipamentos de automação, lógica de controle e proteções.

Se a bomba de circulação for excluída da operação, o circuito poderá funcionar devido à circulação natural, quando o transportador de calor frio descer e o aquecido subir. No entanto, isso exigirá cálculos hidráulicos e térmicos complexos, o que, além disso, exigirá configuração adicional do equipamento.

A bomba sempre fornece bombeamento rápido do líquido de arrefecimento ao longo da rede e aumenta a eficiência do aquecimento.

Caldeira elétrica de ação direta

O termo "ação direta" significa que, para garantir o aquecimento, é criado um caminho para a corrente elétrica passar diretamente através do líquido de refrigeração, ignorando quaisquer elementos intermediários.

Para isso, os eletrodos para suprir a fase e o zero de trabalho são montados diretamente na linha de água bombeada através do corpo da caldeira. Como sua resistência específica depende fortemente da concentração de sais dissolvidos, o grau de pureza do líquido de refrigeração afeta a magnitude da corrente elétrica que passa e o grau de aquecimento.

Recursos de design

Os dispositivos de ação direta em sua forma e dimensões diferem significativamente da definição clássica da palavra "caldeira". Seu corpo é feito na forma de um segmento de um tubo comum, equipado com:

1. bicos para conexão com linhas de pressão e retorno;

2. conectores de fase e zero de trabalho para conectar aos eletrodos do circuito elétrico.

Devido a isso, as dimensões do dispositivo são muito pequenas em tamanho e peso, o que economiza significativamente espaço na sala da caldeira em comparação com análogos de ação indireta.

A corrente elétrica passada através do refrigerante através dos eletrodos é limitada apenas pela resistência da salmoura, que depende de várias características operacionais, e pode em algum momento exceder o valor nominal.

Como o calor gerado pela eletricidade é gerado diretamente no líquido de refrigeração sem perda de transmissão por outros meios adicionais, a redução de energia no circuito em questão é menor do que no anterior e a eficiência é maior.

Devido à simplicidade das estruturas mecânicas, esses dispositivos são bastante baratos, o que é a sua vantagem. Nesse caso, um dos eletrodos deve ser colocado diretamente no corpo da tubulação e o segundo deve ser incorporado ao fluxo do líquido de refrigeração.

O método de eletrodo de aquecimento do líquido requer a criação de um meio especial para a passagem de corrente elétrica - salmoura. Quando usado em dispositivos domésticos, as seguintes desvantagens aparecem:

• o líquido de arrefecimento na forma de soluções líquidas entra em processos eletroquímicos com todos os materiais metálicos. Ao usar o alumínio, o corpo do radiador sofre corrosão em alguns anos e as estruturas de ferro fundido duram um pouco mais, mas também obstruem constantemente e requerem limpeza;

• As bombas de circulação para sistemas de aquecimento são projetadas para trabalhar em água limpa ou anticongelante com vários aditivos anticorrosivos. Não foram realizados testes de seus projetos para operação a longo prazo em salmoura.

Diagrama de fiação

Fundamentalmente, o sistema de aquecimento hidráulico de uma caldeira de ação direta não é diferente de um circuito de aquecimento indireto. Como antes, uma linha de água fria é montada no tubo de entrada e uma linha de pressão quente é instalada no tubo de saída.

Os demais elementos do circuito, dependendo das tarefas de aquecimento local, podem copiar completamente o projeto anterior.

Ambas as imagens mostram o arranjo mais simples e típico dos elementos do circuito hidráulico. Um projeto real criado para condições específicas de aquecimento das instalações sempre terá alguns desvios e acréscimos.

Frequentemente, não é usado um circuito reduzido de circuito único, mas um mínimo que consiste em dois grupos com órgãos executivos e de governo independentes. Um exemplo simples é um circuito adicional que produz água quente para fins domésticos, por exemplo, no banheiro e na cozinha.

Caldeira elétrica tipo indução

Para aquecer o líquido de refrigeração, este projeto usa correntes de Foucault induzidas em um elemento de aquecimento especial - um indutor.

Recursos de design

A tensão de alimentação é fornecida à bobina de uma bobina feita de um fio elétrico isolado. Devido ao fenômeno de indução, correntes de indução que passam por um circuito fechado são induzidas no núcleo magnético do núcleo. Nesse caso, o metal do indutor é aquecido.

O líquido de refrigeração é constantemente bombeado através deste espaço e remove o calor do sistema hidráulico.

Durante a operação da caldeira de indução, ocorrem pequenas vibrações do indutor, que protegem as paredes da formação de incrustações.

Ao usar correntes de frequência industrial, são obtidas construções de dimensões impressionantes. Para reduzir as dimensões e o peso da caldeira, é usada a conversão de tensão de alta frequência de até 1 ÷ 20 kHz, que forma o campo magnético correspondente.

A caldeira de indução pode ser colocada em uma caixa de proteção com bom isolamento.

Garantir condições seguras de operação para caldeiras diretas e indiretas

Ao comparar o princípio de operação de um elemento de aquecimento com uma descarga elétrica de corrente em um líquido de arrefecimento, são criadas várias condições para sua aplicação quando, para todos os tipos de caldeiras, o invólucro é feito de metal e preenchido com um líquido condutor.

Ao usar um elemento de aquecimento, a corrente flui através de um filamento de nicromo, é isolada do alojamento por uma camada de dielétrico, que não permite que o potencial de fase passe para o alojamento.

Em uma caldeira de aquecimento direto, é gerada corrente no líquido refrigerante em contato com a superfície do corpo da caldeira. Como resultado, existe um potencial de fase, que viola certas regras de segurança, cria o pré-requisito para uma pessoa receber ferimentos elétricos.

Os problemas de projeto das proteções elétricas de alta velocidade para essas estruturas ainda não foram resolvidos. O uso de projetos RCD convencionais ou diflavtomatos que controlam a aparência de correntes de fuga no circuito não faz sentido, porque eles operam constantemente, bloqueando o suprimento do potencial de fase para o alojamento.

Nos projetos de caldeiras indiretas, o uso de RCDs é bastante razoável e apropriado. Não permitirá que uma pessoa caia na ação do potencial de fase. Isso pode ser entendido com a ajuda de figuras explicativas.

Sob condições normais de operação, a corrente flui exclusivamente ao longo do circuito interno isolado da carcaça.

Quando o isolamento de uma caldeira elétrica com aquecimento indireto é interrompido, a corrente de fuga através do alojamento penetrará no condutor PE e, através dele, no circuito de aterramento. O ponto de ajuste do RCD é configurado para que o dispositivo de corrente residual desarme e com seus contatos de potência remova a tensão de alimentação do circuito, o que elimina lesões humanas.

Assim, sob condições de uso seguro, as caldeiras de aquecimento direto perdem significativamente. Se eles forem danificados mecanicamente por qualquer motivo, é criado um circuito aberto para a corrente fluir, o que deixará um potencial de fase perigoso na carcaça. E então o caso decide tudo ...

Esquema de conexão ao sistema elétrico

Consideraremos todo o circuito de aquecimento da caldeira como atuador de aquecimento:

• ação direta - entre os eletrodos integrados na carcaça;

• aquecimento indireto - conectado em paralelo aos elementos de aquecimento;

• caixa de terminais de indução com enrolamentos.

O restante do circuito pode ser representado por uma visão simplificada com elementos de automação, controle e proteção de corrente contra sobrecarga e curto-circuito.

A tensão de alimentação do quadro de distribuição através do corpo regulador é fornecida ao atuador de aquecimento e à fonte de alimentação (proteções e lógica).

Com seus sensores, as proteções varrem os principais parâmetros técnicos e, quando ultrapassam os limites de uma possível regulação, colocam a caldeira fora de operação.

Recentemente, o corpo lógico de automação foi cada vez mais executado com base em tecnologias de microprocessador que fornecem funcionalidade avançada. Ele recebe informações dos sensores para a temperatura do líquido refrigerante, ar interno, pressão do fluido no interior do sistema, processa e mantém a temperatura dentro da caldeira, ajustando a tensão no atuador.

Veja também: Como escolher um termostato para uma caldeira de aquecimento elétrico

Conclusão: o artigo tenta generalizar os diagramas de conexão de caldeiras elétricas de vários modelos sem especificar os fabricantes, dividindo-os em grupos principais de acordo com o princípio de operação, para analisar seus lados fracos e positivos. E quanto isso ajudou você - compartilhe sua opinião nos comentários.