Introduzione
Gli scaldabagni elettrici sono comunemente impiegati in ambito domestico per fornire acqua calda a edifici residenziali e commerciali di piccole dimensioni. Un'alternativa diffusa, e generalmente più datata, agli scaldabagni elettrici è rappresentata dagli scaldabagni a gas, che utilizzano il gas per generare calore anziché l'elettricità. Gli scaldabagni sono spesso installati nel seminterrato di un edificio e riscaldano l'acqua per l'uso nei lavelli della cucina, nelle docce del bagno e in qualsiasi altro luogo dove sia necessaria acqua calda.
Sistema di Acqua Calda
Gli scaldabagni elettrici riscaldano tipicamente l'acqua tramite elementi resistivi alimentati dall'elettricità. Tuttavia, esistono altri design di scaldabagni elettrici, come le caldaie a elettrodo, che però non sono utilizzate per applicazioni di acqua calda domestica. Poiché gli scaldabagni di tipo resistivo utilizzano elementi resistivi, sono anche noti come scaldabagni a resistenza elettrica.
Funzionamento degli Scaldabagni Elettrici
L'acqua fredda viene introdotta nella parte inferiore del serbatoio dello scaldabagno tramite un tubo di immersione e viene quindi riscaldata dagli elementi elettrici. Man mano che l'acqua si riscalda, sale verso la parte superiore del serbatoio grazie alla convezione naturale e viene erogata attraverso l'uscita dell'acqua calda per l'uso altrove nell'edificio.
Parti dello Scaldabagno Elettrico
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Componenti dello Scaldabagno Elettrico
Serbatoio del Riscaldatore & Isolamento
Il serbatoio del riscaldatore è solitamente realizzato in acciaio inossidabile, con la sua superficie interna protetta da un rivestimento in vetro o smalto. I rivestimenti polimerici sono utilizzati in alcuni modelli più recenti, ma non sono comuni.
Il serbatoio è circondato da isolamento per ridurre la dispersione di calore nell'ambiente, aumentando così la sua efficienza. L'immagine sotto mostra l'isolamento in fibra di vetro, un tipo comune di isolamento termico.
Isolamento Termico
Ingresso Acqua Fredda & Tubo di Immersione
L'acqua fredda viene introdotta nello scaldabagno tramite l'ingresso dell'acqua fredda, scorrendo attraverso il tubo di immersione fino al fondo del serbatoio. Grazie al processo di convezione naturale, l'introduzione di acqua più fredda nella parte inferiore del serbatoio assicura che salga naturalmente verso la parte superiore man mano che la sua temperatura aumenta; ciò avviene perché la densità dell'acqua diminuisce con l'aumento della temperatura. La convezione determina anche che la temperatura dell'acqua vari a diversi livelli nel serbatoio, con l'acqua più fredda che si raccoglie nella parte inferiore e quella più calda nella parte superiore.
Variazione della Temperatura dello Scaldabagno
L'ingresso dell'acqua fredda include una valvola – tipicamente una valvola a sfera – per controllare l'acqua che viene alimentata al serbatoio. Le valvole a sfera (note anche come valvole a quarto di giro) sono utilizzate perché sono semplici e rapide.
Valvola a Sfera
Uscita Acqua Calda
Una volta che l'acqua nel serbatoio è riscaldata, lascia il serbatoio tramite l'uscita dell'acqua calda. L'uscita dell'acqua calda avrà anche la sua valvola in modo che lo scaldabagno possa essere isolato idraulicamente; ciò si ottiene chiudendo le valvole di ingresso e uscita sullo scaldabagno.
Elementi Riscaldanti
Gli elementi riscaldanti sono installati perpendicolarmente alla lunghezza del serbatoio. Ogni elemento riscaldante è costituito da un resistore elettrico alloggiato all'interno di un tubo conduttore di calore e collegato a un alimentazione elettrica esterna. La corrente elettrica scorre attraverso il resistore e il calore viene generato perché il percorso di resistenza (misurato in ohm) è elevato; il calore generato viene trasferito all'acqua che circonda il tubo del resistore.
Negli scaldabagni a gas, un bruciatore a gas viene utilizzato per riscaldare l'acqua. Gli scaldabagni a gas sono progettati diversamente poiché richiedono sia un percorso di scarico che un ingresso d'aria. L'area di scambio termico all'interno di uno scaldabagno a gas è più grande di quella di un riscaldatore a resistenza elettrica, a causa del grande condotto dei gas di scarico all'interno del riscaldatore.
Elementi Resistivi
Termostato
Uno scaldabagno elettrico include almeno un termostato che viene utilizzato per controllare la temperatura dell'acqua nel serbatoio; lo fa controllando quando gli elementi riscaldanti vengono accesi e spenti. Se ogni resistore ha il proprio termostato, il resistore superiore è solitamente impostato per accendersi a una temperatura più alta rispetto al resistore inferiore; questa configurazione consente di compensare la differenza di temperatura che di solito esiste all'interno del serbatoio (entrambi i riscaldatori si accendono contemporaneamente se si tiene conto della differenza di temperatura nel serbatoio, piuttosto che il riscaldatore inferiore si accenda sempre per primo perché la parte inferiore del serbatoio ha una temperatura inferiore). Accendere e spegnere i resistori al momento giusto porta a un'usura uniforme tra i resistori, il che significa che tutti i resistori possono essere mantenuti allo stesso intervallo.
La temperatura dell'acqua all'interno di un serbatoio dello scaldabagno è solitamente di 50°C (120F), ma varia a seconda della temperatura desiderata e dell'applicazione.
Termostato
Sfiato Aria
Sebbene non presente in ogni modello di scaldabagno elettrico, uno sfiato aria può essere utilizzato per rilasciare aria dal serbatoio; ad esempio, dopo che è stata eseguita la manutenzione. Se non è presente una valvola di sfiato aria, l'aria può essere sfiatata dal serbatoio:
- Allentando i collegamenti dell'ingresso dell'acqua fredda, o dell'uscita dell'acqua calda, o dell'anodo sacrificale.
- Riempendo il serbatoio con acqua finché l'acqua non esce dalla parte superiore del serbatoio attraverso i collegamenti allentati.
- Stringendo nuovamente i collegamenti per evitare che altra aria entri nel sistema.
È possibile sfiatare l'aria nel punto di utilizzo, sebbene spesso ci voglia tempo per sfiatare completamente l'aria dal sistema (il flusso d'acqua irregolare e schizzante è il risultato). Un metodo alternativo è utilizzare una valvola di sfiato automatica; queste sono spesso installate in varie posizioni all'interno di sistemi idrici più grandi per garantire che l'aria venga continuamente sfiatata dal sistema.
Valvola di Sicurezza Temperatura/Pressione
Una valvola di sicurezza temperatura/pressione (valvola TPR) è installata vicino alla parte superiore del serbatoio. La valvola TPR si aprirà se l'acqua nel serbatoio raggiunge una temperatura troppo alta, o, se si verifica un sovrapressione (la pressione diventa troppo alta). In entrambi questi casi, la valvola si apre e rilascia acqua attraverso un tubo di scarico. Lo scopo del tubo di scarico è proteggere chiunque lavori nelle vicinanze che altrimenti potrebbe essere ustionato dall'acqua calda scaricata.
La valvola di sicurezza temperatura/pressione (TPR) può essere testata sollevando la sua leva, sebbene questo test verifichi solo il meccanismo operativo e non i corretti punti di impostazione di sovratemperatura e sovrapressione.
Valvola di Sicurezza Temperatura/Pressione con Leva Evidenziata
Anodo Sacrificale
Accanto al tubo di immersione c'è una lunga asta cilindrica; questo è l'anodo sacrificale. L'anodo si corrode nel tempo, prevenendo la corrosione galvanica su superfici metalliche più vitali e costose. Gli anodi sacrificali sono generalmente fabbricati in magnesio, alluminio, zinco, o una lega dei tre; il materiale dell'anodo circonda un'asta d'acciaio che è installata lungo l'asse centrale dell'anodo.
Gli anodi sono utilizzati per molte altre applicazioni perché la corrosione galvanica si verifica ogni volta che due metalli sono collegati elettricamente e un elettrolita è presente. Applicazioni comuni includono la protezione delle tubazioni e la protezione delle navi.
Anodi che Proteggono Parti della Nave dalla Corrosione Galvanica
Valvola di Scarico
Una valvola di scarico si trova nella parte inferiore del serbatoio di riscaldamento; questa sarà tipicamente una valvola a sfera. La valvola di scarico è utilizzata per scaricare l'acqua dal serbatoio, ad esempio, quando è necessario eseguire la manutenzione. Poiché la valvola si trova nella parte inferiore del serbatoio, può essere utilizzata per rimuovere eventuali sedimenti come calcare, ruggine, pezzi di anodo corroso ecc. che si sono raccolti alla base del serbatoio. Rimuovere i sedimenti dal fondo del serbatoio è una buona pratica e dovrebbe avvenire periodicamente, ad esempio ogni 6 mesi. Il processo di rimozione dei sedimenti è spesso indicato come 'lavaggio' perché i sedimenti vengono letteralmente 'lavati' fuori dal sistema.
Problemi Comuni & Risoluzione dei Problemi
Tubo di Immersione Rotto
Un tubo di immersione può rompersi e staccarsi dalla parte superiore del serbatoio di riscaldamento, quindi cadere sul fondo del serbatoio. Di conseguenza, l'acqua fredda entrerà nella parte superiore del serbatoio dello scaldabagno invece che nella parte inferiore e, se non rimane nel serbatoio abbastanza a lungo per essere riscaldata, verrà rimossa dall'uscita dell'acqua calda per la distribuzione ai rubinetti dell'acqua calda dell'edificio.
Tubo di Immersione Attaccato e Staccato
Come Sostituire un Tubo di Immersione Rotto
Per sostituire un tubo di immersione, lo scaldabagno deve essere isolato elettricamente e idraulicamente (alimentazione spenta e valvole di ingresso e uscita dell'acqua chiuse). Le pompe dell'acqua calda che prelevano dallo scaldabagno devono essere spente. La pressione dell'acqua all'interno del serbatoio deve essere alleviata aprendo lentamente la valvola di scarico. Una volta alleviata la pressione, chiudere la valvola di scarico e scollegare il tubo di ingresso dell'acqua fredda in modo che il tubo di immersione possa essere rimosso e sostituito. Dopo la sostituzione, sfiatare l'aria e rimettere in servizio lo scaldabagno.
Anodo Corroso
L'anodo sacrificale di uno scaldabagno deve essere monitorato, poiché si corroderà nel tempo. L'anodo deve essere valutato visivamente periodicamente e sostituito quando rimane poco dell'anodo. Lasciare un anodo troppo a lungo tra una sostituzione e l'altra può causare l'esposizione dell'asta d'acciaio al centro, il che può essere un segno che la protezione inadeguata delle superfici metalliche all'interno dello scaldabagno sta avvenendo. L'immagine sotto mostra un anodo nuovo rispetto a uno che è stato corroso/usurato; l'asta d'acciaio può essere vista come un sottile pezzo di metallo cilindrico sull'anodo usurato.
Anodo Nuovo e Corroso a Confronto
Come Sostituire l'Anodo dello Scaldabagno
Per sostituire l'anodo, lo scaldabagno deve essere isolato idraulicamente chiudendo le valvole di ingresso e uscita, in modo che non entri o esca acqua dallo scaldabagno. Le pompe dell'acqua calda che prelevano dallo scaldabagno devono essere spente prima dell'isolamento idraulico. Gli elementi riscaldanti devono essere spenti e la pressione all'interno dello scaldabagno deve essere rilasciata tramite lo scarico. Il tappo dell'anodo nella parte superiore del serbatoio dello scaldabagno può quindi essere allentato in modo che l'anodo possa essere sollevato/ritirato dallo scaldabagno. Una volta rimosso l'anodo, il suo corpo può essere ruotato in senso antiorario per svitare l'asta d'acciaio dal tappo, quindi un nuovo anodo può essere installato e lo scaldabagno riassemblato.
Accumulo di Calcare
Un accumulo di calcare (carbonato di calcio) e altri minerali solidificati all'interno dello scaldabagno, è comune in qualsiasi apparecchio che utilizza acqua; questi minerali solubili si separano dall'acqua e si solidificano sulle superfici all'interno dell'apparecchio. Incrostazione è un altro termine usato per i depositi minerali solidificati all'interno di un sistema idrico; l'incrostazione è composta da molti minerali mentre il calcare si riferisce solo al carbonato di calcio.
L'accumulo di incrostazioni e calcare è particolarmente problematico sugli elementi riscaldanti di uno scaldabagno. L'incrostazione agisce come un isolante termico, assorbendo il calore generato dall'elemento riscaldante, ma trasferendone poco all'acqua circostante. Ciò può portare a punti caldi sull'elemento riscaldante dove si surriscalda mentre tenta di riscaldare l'acqua alla temperatura desiderata. Questo uso inefficiente dell'energia elettrica può non solo portare a bollette elettriche più elevate, ma può anche causare la rottura e il guasto degli elementi riscaldanti; l'elemento riscaldante guasto deve quindi essere sostituito.
Un altro componente vulnerabile all'accumulo di incrostazioni è la valvola di sicurezza temperatura/pressione. Se ciò accade, il meccanismo operativo della valvola può bloccarsi, non riuscendo quindi ad aprirsi alla temperatura o pressione corretta. Ciò può portare a un'acqua molto calda nel serbatoio o a un'eccessiva pressione che viene costretta a fuoriuscire dal serbatoio altrove nel sistema idrico, potenzialmente danneggiando altri componenti e giunti delle tubazioni.
Elemento Riscaldante Coperto di Calcare/Incrostazioni
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Domestic_water_heating