4.7: Calentamiento de Agua
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El calentador de agua residencial más común tiene una capacidad de tanque de almacenamiento de 40 o 50 galones. Están disponibles en modelos eléctricos, gas natural y propano (GLP). La altura y diámetro de un calentador de agua varía con la capacidad del galón. Al seleccionar calentadores de agua, es importante conocer las mediciones del espacio que ocupará el aparato y verificar las especificaciones y códigos del fabricante del calentador de agua para conocer los requisitos de espacio para ventilación, espacios libres y otros requisitos de instalación. Las versiones más cortas de los calentadores de agua se conocen como un “chico bajo”. que puede caber en espacios de clóset o debajo de escaleras, o como un calentador de agua “en cuclillas” que puede caber debajo de las encimeras. Los calentadores de agua en cuclillas generalmente se ofrecen en configuraciones eléctricas que van de 5 a 40 galones, y el gas no se usa debido a problemas de ventilación y monóxido de carbono.
Todos los calentadores de agua deben instalarse según los códigos locales y las instrucciones del fabricante:
- Se debe instalar una válvula de aislamiento en la tubería de agua fría cerca de la entrada.
- Un calentador de agua residencial típico tiene conexiones de suministro de agua roscadas macho o hembra de 3/4”.
- La mayoría de los códigos dictan que cualquier calentador de agua ubicado sobre un área terminada debe instalarse en una sartén de seguridad.
- La mayoría de las conexiones de válvula de alivio de un calentador de agua residencial son hembra de 3/4” y requieren que un plomero instale un adaptador macho de 3/4”.
Calentadores de Agua Eléctricos
Un calentador de agua eléctrico solo requiere que un plomero conecte las tuberías de agua fría y caliente desde las salidas de entrada a la conexión designada de entrada y salida. No requieren ventilación ni tuberías de gas y son menos costosas de comprar. La mayoría de los códigos permiten que la sartén de seguridad para un calentador de agua eléctrico sea de plástico debido a la falta de calor generado externamente desde el calentador de agua en comparación con los modelos de gas.
Un calentador de agua eléctrico residencial estándar se clasifica como un calentador de agua no simultáneo de 240 voltios y 450 vatios. Los modelos con tasas de recuperación más rápidas pueden tener elementos de mayor potencia. Cuanto mayor sea la clasificación de potencia, más rápido puede calentar el agua un calentador de agua. Aunque la mayoría de los calentadores de agua eléctricos tienen dos elementos, cada uno nominal en 4500 vatios, un ciclo de calentamiento no simultáneo tiene solo uno de los elementos operando a la vez. Cada cable que proporciona electricidad a un calentador de agua se conoce como pata. Los dos cables diferentes (patas) que se conectan al dispositivo de límite alto se identifican como voltaje de línea uno y dos. Un cable eventualmente proporciona 120 voltios de electricidad a un lado de un elemento calefactor y el segundo cable finalmente completa el circuito proporcionando 120 voltios adicionales al mismo elemento.Los tornillos que aseguran la conexión del cable a los dispositivos eléctricos se conocen como terminaciones, polos o postes.
Ningún calentador de agua debe tener el gas o la electricidad encendidos energizados antes de llenar el sistema con agua y eliminar todo el aire atrapado del sistema.
Componentes de calentadores de agua eléctricos y sus funciones
Válvula de alivio de temperatura y presión (T & P )- Aplicaciones eléctricas, de gas y solares, alivia a150 psig y/o 210° F. (Las válvulas de alivio de temperatura (solo) se utilizan en los paneles colectores de techo de los sistemas solares de agua).
Mythbusters- calentador de agua
Consulta\(\PageIndex{1}\)
Tubo de inmersión: a medida que aumenta el calor y el suministro de salida de agua caliente a los accesorios se alimenta desde el punto más caliente en la parte superior del calentador de agua, el fabricante instala un dispositivo conocido como tubo de inmersión en la conexión de agua fría de un calentador de agua alimentado por la parte superior para enrutar el agua fría entrante a la parte inferior del calentador. Si no se usara un tubo de inmersión, el agua fría entrante se mezclaría con el agua caliente ubicada en la parte superior del calentador de agua, enfriando el agua que sale durante el uso.
Drenaje: se usa para lavar el tanque de almacenamiento del calentador de agua durante el mantenimiento.
Válvula de bola- Se utiliza para cerrar el suministro de agua al tanque.
Válvula mezcladora: permite que el agua fría ingrese a la corriente de agua caliente para templar el agua a temperatura excesiva para evitar quemaduras. Normalmente se requiere que las válvulas mezcladoras se instalen en los sistemas solares de calentamiento de agua, ya que las temperaturas pueden alcanzar potencialmente más de 160°.
Varilla de ánodo de tanque- Un tanque de almacenamiento de calentador de agua residencial está fabricado con acero al carbono, con los calentadores de agua residenciales más comunes que incorporan una capa muy delgada de esmalte de porcelana llamada revestimiento de “vidrio”, diseñado para llenar cada grieta interna creada por el proceso de fabricación del tanque, para evitar que el tanque de acero al carbono se corroa. Sin embargo, con el tiempo, este revestimiento se descompone y el tanque de acero comienza a corroerse. Una varilla de ánodo es un dispositivo de sacrificio que se disuelve (corroe) durante un período de tiempo. El fabricante instala una varilla de ánodo para evitar la oxidación y corrosión del interior del tanque debido a imperfecciones del revestimiento de vidrio o daños menores durante el envío y manejo. Las varillas a base de magnesio y aluminio son más vulnerables al óxido y a los minerales que normalmente atacarían las paredes de acero de un tanque y atraerían corrosivos para atacar la varilla del ánodo en lugar del tanque.
Varilla de ánodo nueva versus gastada de Cory Early está licenciada bajo CC BY 4.0
Cubierta de acceso superior: el termostato y el botón rojo se encuentran aquí. El elemento calefactor superior también se encuentra aquí.
Cubierta de acceso inferior: el termostato inferior y el elemento calefactor se encuentran aquí.
Termostato Superior— Limita la temperatura a la que el elemento calentará el agua. Ambos termostatos, superior e inferior, se aseguran en su lugar y se sujetan contra la superficie del tanque con un clip de retención, manteniendo el termostato en contacto con la porción externa del tanque de almacenamiento. La mayoría de los estándares de seguridad no permiten que un plomero establezca la temperatura por encima de los 120 grados Fahrenheit para evitar quemaduras. El termostato superior de un diseño de siete polos solo tiene tres postes. Este diseño de tres postes combinado con los cuatro postes del interruptor de límite alto es como se reconoce el diseño de siete polos. El termostato superior tiene una función de ajuste de temperatura que normalmente se identifica alfabéticamente de la A a la D, o se identifica como cálido, caliente y muy caliente.
Reemplazo del Termostato Superior
Consulta\(\PageIndex{2}\)
Termostato Inferior- El termostato inferior solo tiene dos postes y numerados 1 y 2. También tiene una función de ajuste de temperatura que es del mismo diseño que el termostato superior. Al igual que el termostato superior, los termostatos inferiores pueden ser ajustables y tener puntos de ajuste marcados de manera similar.
Dispositivo Hi-Limit (termostato de botón rojo sobre temperatura): el dispositivo de límite alto detiene la corriente eléctrica a los termostatos y elementos si hay una temperatura del agua insegura. La mayoría de los dispositivos de límite alto tienen un botón de reinicio diseñado para salir si la temperatura alcanza los 190°. Estos dispositivos se pueden restablecer una vez que la temperatura del tanque se enfríe por debajo de la temperatura de “pop-off”.
Elemento calefactor- Los elementos convierten la energía eléctrica en energía térmica y transfieren calor al agua en el tanque. Están clasificados en vatios y seleccionados para tanques de acuerdo con el tamaño del tanque y la tasa de recuperación. Los elementos de calentamiento de agua eléctricos residenciales suelen ser de tipo atornillado, pero los tipos atornillados se utilizan para ciertos modelos de calentadores de agua. Los elementos pueden variar en longitud, siendo 12” la longitud típica proporcionada por un fabricante en la mayoría de los calentadores de agua. El voltaje eléctrico y las clasificaciones de potencia del elemento son indicadas por un fabricante en el elemento por lo que su identificación de las especificaciones de las piezas de repuesto está disponible en el exterior.
Niples de tubería forrada y dieléctrica- Muchos calentadores de agua se fabrican con boquillas para tuberías que están revestidas con material resistente a la corrosión como PEX. Estas boquillas de tubería están fabricadas para resistir la corrosión debida a la electrólisis de unir metales diferentes al tanque de hierro (cobre a hierro = óxido). Los accesorios de tubería de latón también se pueden usar entre los accesorios de tubería de hierro y el cobre para resistir la electrólisis. Un plomero debe tomar precauciones al conectar el tubo de cobre a una boquilla forrada ya que calentar el revestimiento de la boquilla de la tubería directamente con una antorcha o conectando un accesorio que ha sido soldado y no se le permite enfriar puede fundir el revestimiento interno del pezón. Las uniones de latón a cobre proporcionan el mismo beneficio en aplicaciones no ocultas.
Tanque de Expansión- Cada sistema de calentamiento de agua debe estar protegido contra ocurrencias peligrosas que existen cuando se calienta el agua. A medida que ocurre un ciclo de calentamiento, el agua se expande y puede hacer que la válvula de alivio de presión comience a gotear. Se instalan tanques de expansión, principalmente en sistemas solares de agua, para absorber la expansión de un sistema. Un tanque de expansión utilizado para un sistema de agua caliente potable tiene una membrana interna de goma conocida como vejiga. La mayoría de los códigos requieren que se instale un tanque de expansión cerca de un calentador de agua para proteger el sistema de tuberías de la alta presión causada por el ciclo de calentamiento.
Calentadores de Agua a Gas
El gas natural y el propano (GLP) son los dos tipos de gas que se utilizan para calentar el agua. Un calentador de agua diseñado para gas natural no se puede usar con propano a menos que se pueda convertir el calentador de agua en particular. El orificio interno de regulación de gas es diferente para cada tipo de gas. Los requisitos de ventilación de un calentador de agua a gas están dictados por código. Los humos de escape de un calentador de agua a gas contienen monóxido de carbono. Los humos de monóxido de carbono son inodoras y pueden matar a los ocupantes de una casa o edificio. Los calentadores de agua a gas convencionales se ventilan atmosféricamente, es decir, al exterior del edificio. La ventilación del calentador de agua atmosférico debe terminar en ubicaciones específicas a través de, y alturas por encima de un techo. Los calentadores de agua a gas deben tener un espacio adecuado alrededor del calentador de agua y aire de reemplazo para crear condiciones de tiro adecuadas que permitan que los humos sean evacuados al exterior del edificio. Si no se proporciona aire adecuado en la habitación donde se encuentra un calentador de agua atmosférico ventilado, los humos de escape podrían ingresar al espacio ocupado.
La selección de un calentador de agua a gas en función de sus capacidades requiere las especificaciones del fabricante para el aparato específico y el conocimiento de la demanda de carga. La tasa de recuperación es el aspecto más importante para determinar si un determinado calentador de agua a gas es capaz de ser instalado para un hogar o uso específico. Los calentadores de agua a gas están clasificados por los galones de agua caliente que pueden producir. Una Unidad Térmica Británica (BTU) es la cantidad de calor requerida para elevar una libra de agua en un grado Fahrenheit. Un galón de agua pesa 8.33 libras y se requieren 8.33 btus para elevar la temperatura de un galón de agua en un grado Fahrenheit. El aumento de temperatura es la diferencia entre el agua fría entrante y la temperatura deseada esperada de un calentador de agua. El aumento de temperatura determina las capacidades de una determinada clasificación Btu de un calentador de agua a gas. Se utiliza un período de tiempo para aclarar las capacidades de recuperación de un calentador de agua a gas, y galones por hora (gph) es el método más común utilizado para calificar un calentador de agua caliente.
- Los códigos varían en relación con las conexiones de suministro de gas y las regulaciones de ventilación.
- Un calentador de agua a gas utiliza una sartén de seguridad metálica.
- La configuración del suministro de gas es bastante consistente con la mayoría de los calentadores de agua residenciales: tubería de hierro negro o tubería de poliuretano aprobada, accesorios de latón, llave de gas, línea de suministro flexible y regulador
Reguladores de gas
Un regulador de gas es un dispositivo automatizado que controla el flujo de gas a un conjunto de quemador. La tubería de suministro de gas está conectada al regulador de gas que regula el flujo de gas al quemador Un termopar debe detectar una llama piloto para permitir que el gas fluya a través de un regulador de gas. El diseño de un regulador de gas se basa en la seguridad, y la mayoría de los códigos no permiten que nadie no certificado repare un regulador de gas desmonte uno para su reparación. Otra característica del regulador es controlar el flujo de gas a una llama piloto. El regulador de gas para un calentador de agua a gas residencial normalmente tiene una conexión roscada hembra de 1/2”.
Cómo volver a encender una luz piloto de calentador de agua a gas
Consulta\(\PageIndex{3}\)
Calentadores de agua sin tanque
Un diseño de calentador sin tanque puede ser adecuado para muchas aplicaciones residenciales. El flujo de agua se regula para asegurar que la temperatura deseada salga del calentador. Se están volviendo más deseables y se consideran amigables con el medio ambiente. Los modelos sin tanque también se conocen como calentadores de agua instantáneos.
Los dos tipos básicos de calentadores de agua sin tanque son interiores o exteriores, definiendo si la ubicación de la instalación está dentro o fuera de la estructura del edificio. Los calentadores de agua sin tanque están disponibles en modelos eléctricos para aplicaciones interiores. Los calentadores de agua sin tanque se pueden instalar dentro o fuera de un edificio, pero las unidades instaladas en el exterior deben ser de gas. Las unidades no son intercambiables. Las unidades interiores requieren ventilación del gas de combustión y las unidades exteriores pueden requerir protección contra congelamiento en ciertos climas.
Calentadores de Agua Solares
Aunque un sistema de calentamiento de agua termosolar puede ahorrar una residencia hasta un 40% de ahorro en facturas de servicios públicos, la inversión inicial para instalar un sistema solar de calentamiento de agua puede disuadir a muchos propietarios. Los créditos fiscales federales, y a veces estatales, están disponibles para instalar sistemas de energía alternativa y los ahorros de servicios públicos a lo largo del tiempo son un buen retorno de la inversión (ROI).
Los sistemas solares de agua utilizan paneles colectores solares, generalmente montados en el techo para calentar el agua del sistema. Cuando la temperatura del agua en el colector alcanza una temperatura específica más alta que el agua en el tanque, una bomba hace circular el agua más fría del tanque que empuja el agua más caliente en el panel del techo de nuevo al tanque hasta que la temperatura del panel y la temperatura en el tanque son iguales.
La ubicación y el ángulo del panel solar (orientación e inclinación para una óptima exposición solar) es crucial para obtener una eficiencia óptima de todo el sistema. La mayoría de los sistemas solares están conectados directamente al gas o a un solo elemento de calentamiento eléctrico para proporcionar agua caliente adecuada durante los períodos de calentamiento no solar.
Diagnóstico de problemas comunes del calentador de agua
Los calentadores de agua deben lavarse anualmente para eliminar los contaminantes y las incrustaciones del tanque. La varilla del ánodo debe inspeccionarse cada 2 años y reemplazarse aproximadamente cada 5 años, o antes si las condiciones muestran una corrosión significativa de la varilla. La solución de problemas de los calentadores de agua a gas y eléctricos debe ser realizada por individuos calificados Se deben conocer los conocimientos eléctricos básicos para solucionar problemas de manera segura un calentador de agua eléctrico, y un plomero debe tener un medidor de voltaje/amperaje eléctrico para diagnosticar y dar servicio a un calentador de agua eléctrico. Recuerde siempre que un calentador de agua debe estar siempre lleno de agua antes de encender el suministro de gas o energizar eléctricamente el sistema y solo un técnico certificado puede reparar los reguladores de gas.
Diagnóstico de calentador de agua eléctrico
| SÍNTOMA | POSIBLE CAUSA | POSIBLE SOLUCIÓN |
|---|---|---|
| Sin agua caliente | No hay electricidad de la fuente |
Disyuntor de comprobación |
| Sin agua caliente | Problemas eléctricos con termostatos |
Probar y reemplazar los termostatos apropiados |
| Sin agua caliente | Elemento (s) de calentamiento fallido |
Probar y reemplazar los elementos/s apropiados |
| Poca agua caliente | Fallo del tubo de inmersión | Inspeccione el tubo de inmersión y reemplácelo |
| Poca agua caliente | Termostato inferior o falla del elemento | Reemplazar termostato inferior y/o elemento |
| Poca agua caliente | Fallo del termostato/s | Probar y reemplazar los termostatos apropiados |
| Agua demasiado caliente | Fallo del termostato/s | Probar y reemplazar los termostatos apropiados |
| Botón de descanso disparado | Agua demasiado caliente | Probar y reemplazar los termostatos apropiados |
| Huevo podrido olor a agua |
Varilla de ánodo gastada | Inspeccionar y reemplazar |
| Ruido de estallido al calentar |
Acumulación de incrustaciones en elemento (s) |
Reemplazar elemento (s) |
Calentador de agua ¿No se calienta? Pruebas de Termostato
Consulta\(\PageIndex{4}\)
Procedimiento de diagnóstico del elemento calefactor
- Apague la alimentación al calentador de agua en el panel eléctrico principal.
- Localice los paneles de acceso eléctrico, uno cerca de la base del tanque y otro más cerca de la parte superior (los sistemas solares de agua solo tienen un elemento de respaldo y termostato ubicado en el acceso superior). Comenzando con el elemento superior, retire los tornillos del panel con un destornillador. Retire el panel y retire el aislamiento detrás de él para destapar el elemento calefactor.
- Desconecte cualquiera de los dos cables eléctricos atornillados en los terminales del elemento. No es necesario desconectar ambos cables para probar el elemento.
- Ajuste el multímetro u Ohmetro para que lea Ohmios y ajuste la escala a RX1. Toque una sonda a cada uno de los dos tornillos terminales. Si la aguja se mueve en absoluto, o si hay alguna lectura además de “infinito” en una lectura digital, el elemento es bueno. Si no se mueve, o muestra “infinito”, no fluye electricidad a través del elemento y debe ser reemplazada.
- Repuesto completo o reparaciones según sea necesario. Vuelva a conectar el cable al terminal del elemento. Reemplace el aislamiento y vuelva a instalar el panel de acceso.
- Repita el proceso en el elemento inferior. Restaure la energía al calentador de agua desde el panel eléctrico principal.
Cómo reemplazar un elemento calefactor de calentador de agua eléctrico
Consulta\(\PageIndex{5}\)
Diagnóstico del calentador de agua a gas
| SÍNTOMA | POSIBLE CAUSA | POSIBLE SOLUCIÓN |
|---|---|---|
| No hay gas para pilotar | No hay gas del medidor o la polla de gas | Apagado en el medidor o en la polla de gas |
| No hay gas para pilotar | No hay gas del regulador | Escombros en regulador. Limpie o reemplace el regulador defectuoso |
| No hay gas para pilotar | Regulador defectuoso | Reemplazar regulador |
| No hay gas para pilotar | Tubo piloto prensado | Reparar o reemplazar el tubo |
| No hay gas para pilotar | Fuga en tubo piloto | Reemplazar tubo |
| Sin llama piloto | Sin flujo de gas del regulador | Escombros en regulador. Limpie o reemplace el regulador defectuoso |
| Sin llama piloto | Termopar defectuoso | Reemplazar termopar |
| Sin llama piloto | Aire en tuberías de gas | Purgar el aire de la tubería |
| Sin gas al quemador | Regulador defectuoso | Reemplazar regulador |
| Sin gas al quemador | Tubo de quemador prensado | Reparar o reemplazar el tubo del quemador |
| Sin gas al quemador | Obstrucciones en el tubo del quemador | Retire el tubo y limpie |
| Sin gas al quemador | Retirar y limpiar | Ejecutar el agua para enfriar el tanque |
| Sin gas al quemador | Dispositivo de límite alto defectuoso | Reemplazar dispositivo o regulador |
| Fuga de válvula de alivio de temperatura y presión (T&P) | El agua está demasiado caliente | Ejecutar el agua para enfriar el tanque |
| Fuga de válvula de alivio de temperatura y presión (T&P) | Válvula de alivio defectuosa | Reemplazar la válvula de alivio |
| Fuga de válvula de alivio de temperatura y presión (T&P) | Presión excesiva | Instalar tanque de expansión |
| Fuga de válvula de alivio de temperatura y presión (T&P) | Presión excesiva | Verifique la válvula reguladora de presión al suministro del sistema |
| Baja temperatura del agua | Termostato demasiado bajo | Ajustar el ajuste de temperatura en el termostato |
| Baja temperatura del agua | Fallo del tubo de inmersión | Inspeccione y reemplace si es necesario |
| Baja temperatura del agua | Termostato defectuoso | Probar y reemplazar los termostatos apropiados |
| Tiempo de recuperación lento | Sedimento en tanque | Tanque de drenaje y descarga |
| Tiempo de recuperación lento | Ensamblaje de quemador sucio | Ensamblaje de quemador limpio |
| Tiempo de recuperación lento | Llama pobre | Ajuste el suministro de aire del quemador |
| Tiempo de recuperación lento | Llama pobre | Suministrar más aire de combustión |
| No hay suficiente agua caliente | Calentador de tamaño insuficiente | Calcular la carga de demanda y reemplazar con un sistema de calentamiento de agua de tamaño apropiado |
| No hay suficiente agua caliente | Ver síntomas de baja temperatura del agua y recuperación lenta | Ver síntomas de baja temperatura del agua y recuperación lenta |
| Ruidos de revento/golpes | Acumulación de calcio o sedimento | Tanque de drenaje y descarga |
| Ruido de golpeo | Cierre de válvula de retención cuando se abre o cierra un grifo o válvula | Instalar un dispositivo amortiguador |
| Olor a humos | Calado deficiente en el sistema de humos | Examine la instalación del tubo de combustión y asegúrese de que la ubicación de la terminación proporcione suficiente |
| Olor a gas | Fuga en el sistema de tuberías | Prueba de jabón todas las juntas de tuberías y líneas de suministro para detectar fugas y reparar según sea necesario |
| Acumulación de hollín | Calado deficiente en el sistema de humos | Ver olor a humos, instalar un ventilador de campana de tiro |
| Acumulación de hollín | Aire de combustión insuficiente | Instalar conductos de suministro de aire o respiraderos |
| Acumulación de hollín | Mala llama del quemador | Limpiar y ajustar el quemador |
| Flame Back Flash | Presión de aire negativa | Aislar aire del calentador |