Eletrodomésticos com elementos de aquecimento (ART506)

Eletricidade por gerar calor. Este fato é a base de funcionamento de inúmeros eletrodomésticos comuns. Como trabalhar com esses eletrodomésticos é algo que todo o técnico, praticante profissional ou amador da eletrônica deve conhecer. Neste artigo vamos falar desses eletrodomésticos, focalizando alguns aspectos que muitos talvez não conheçam, mas que serão muito importante quando precisamos fazer reparos, ajustes ou a instalação de tais aparelhos.

Quando uma corrente elétrica encontra uma oposição à sua passagem, o trabalho que as cargas em movimento realizam para atravessar o meio que lhes oferece a oposição, resulta em uma conversão de energia.

Assim, a energia elétrica se converte em calor que pode ser aproveitado com finalidades úteis ou não, conforme o caso.

Muitos eletrodomésticos geram calor como conseqüência de seu funcionamento, ou seja, um forma indevida em que ele deve ser simplesmente dissipado no meio ambiente, não sendo aproveitado com finalidade útil.

E o caso de refrigeradores, em que o calor retirado dos alimentados deve ser "jogado fora", no meio ambiente através de um dissipador colocado na sua parte traseira, conforme mostra a figura 1.

 

Esquema de uma geladeira.
Esquema de uma geladeira.

 

No entanto, existem eletrodomésticos em que o calor é aproveitado, e nesta categoria temos os chuveiros, secadores de cabelos, torneiras elétricas, aquecedores de ambiente, fogareiros, fornos, etc.

Como funcionam esses eletrodomésticos é algo simples de entender, mas nem todos os técnicos sabem exatamente como explicar, e principalmente como trabalhar com eles.

 

O ELEMENTO DE AQUECIMENTO

Normalmente os eletrodomésticos que geram calor a partir da energia elétrica, usam elementos de nicromo. Este material oferece uma boa resistência elétrica, aquecendo-se portanto com facilidade pela circulação de correntes intensas e, além disso, pode suportar temperaturas bastante elevadas.

O nicromo é uma liga de níquel com cromo, mas existem muitas variações desta liga que empregam outros elementos, de modo a mudar suas características elétricas e mesmo térmicas.

O nicromo, entretanto, é o mais popular e, é ele que encontramos na maioria dos elementos de aquecimentos de eletrodomésticos comuns.

O elemento de aquecimento normalmente é formado por fios enrolados em espiral e que, ao ser percorrido por uma corrente elétrica, se aquece. Na figura 2 temos os elementos de aquecimento de alguns eletrodomésticos comuns.

 

Meios de aquecimento de alguns aparelhos.
Meios de aquecimento de alguns aparelhos.

 

Evidentemente, pela temperatura de centenas de graus que estes elementos atingem, não podemos isolá-los usando meios comuns. Assim, devemos levar em conta que estes elementos, quando em funcionamento, não possuem isolamento elétrico, o que quer dizer que, além do perigo de queimadura num toque acidental, temos ainda o perigo do choque elétrico.

Para evitar que eles entrem em contacto com outras partes do aparelho, devem ser usados suportes ou isoladores que suportem temperaturas muito altas. Dois materiais predominam nestes isolamentos.

Nos ferros elétricos de passar roupa, por exemplo, encontramos a mica, que é um minério que normalmente aparece na forma de folhas pouco flexíveis, com excelente condutibilidade térmica mas ao mesmo tempo um excelente isolante elétrico.

Na figura 3 mostramos um isolador de mica usado num ferro de passar roupas tradicional antigo.

 

Isolador de mica.
Isolador de mica.

 

Outro isolador de uso bastante freqüente nos casos em que deve-se ter temperaturas muito altas é a porcelana. Encontramos este material nos elementos de aquecimento de fogareiros elétricos, pequenos fornos, aquecedores de ambientes, conforme mostra a figura 4.

 

Fogareiro elétrico.
Fogareiro elétrico.

 

Para os casos em que a temperatura atingida não é das mais elevadas (não passa dos 100 graus centígrados) como, por exemplo, em chuveiros e torneiras elétricas, isoladores menos resistentes podem ser usados. Podemos encontrar até mesmo algumas espécies de plásticos mais resistentes.

Existem até os casos em que a temperatura de funcionamento do elemento é sµFicientemente baixa para permitir que isoladores comuns sejam usados.

Nesse caso incluímos os cobertores elétricos e toucas térmicas de secagem de cabelos em que o aquecimento é distribuído de tal forma, que o elemento de aquecimento não estar mais do que uma ou duas dezenas de graus acima da temperatura ambiente.

Nesses aparelhos temos um longo fio de elemento resistivo que percorre toda a superfície de aquecimento, conforme mostra a figura 5.

 

Touca térmica.
Touca térmica.

 

QUANTO CALOR É GERADO

A temperatura que um elemento de aquecimento atinge depende basicamente de dois fatores: das suas características elétricas e do meio para o qual ele deve transferir este calor.

Analisemos os dois casos:

 

a) Características elétricas

A quantidade de calor produzido depende da potência elétrica que é entregue ao elemento de aquecimento.

Essa potência é medida em watts e vai depender tanto da resistência do elemento, como a tensão a que ele é submetido.

Podemos calcular essa potência pela fórmula:

 

P = (V x V)/R

 

Onde: P é a potência em watts

R é a resistência em ?

V é a tensão em volts

 

Supondo que um elemento seja ligado a uma tensão constante, por exemplo, 220 V, o que acontece se aumentarmos ou diminuirmos sua resistência?

Se tivermos um elemento com uma resistência de 22 ?, a potência convertida em calor será:

 

P = (220 x 220)/22

P = 480000/22

P = 2200 watts

 

Se diminuirmos a resistência desse elemento, qual será a nova potência gerada? Supondo que a nova resistência seja de 20 ?:

 

P = (220 x 220)/20

P = 480000/20

P = 2400 watts

 

Observe que diminuindo a resistência, a potência aumenta, ou seja, o elemento vai aquecer mais!

É por este motivo que, se desejamos que um chuveiro ou torneira aqueça mais, usamos uma resistência "mais curta" ou "encurtamos" a que já existe.

No comércio, normalmente são vendidos elementos com diversas potências que se diferenciam justamente pela resistência que apresentam.

Assim, dependendo da potência, que vai influir na quantidade de calor gerado, é que se fixam as características elétricas do elemento de aquecimento.

 

b) Meio aquecido

A temperatura final do elemento de aquecimento ou temperatura durante o funcionamento depende também do meio que o envolve.

Se o elemento funciona dentro de um meio que o refrigera, ao mesmo tempo em que se aquece, como a água numa torneira ou chuveiro elétrico, esse elemento normalmente não atinge temperaturas elevadas.

Na figura 6 mostramos como o fluxo de água de um chuveiro mantém esse elemento em temperatura baixa, ao mesmo tempo em que aquece a água.

 

O funcionamento de um chuveiro.
O funcionamento de um chuveiro.

 

Nos eletrodomésticos em que o ar é aquecido, ou simplesmente se deseja calor por radiação e convecção como, por exemplo, em fornos, aquecedores de ambientes, ferros de passar, ferros de soldar e outros, a temperatura atingida pelo elemento de aquecimento é muito maior, conforme sugere a figura 7.

 

O funcionamento do ferro de soldar.
O funcionamento do ferro de soldar.

 

Nesses eletrodomésticos, o elemento de aquecimento chega a ficar "em brasa" emitindo luz avermelhada ou mesmo amarelada.

Veja que existe uma diferença entre os elementos de aquecimento usados nos dois casos: os elementos de aquecimento usados nos chuveiros não devem operar sem o contacto com a água, pois podem "queimar".

É por esse motivo, que, quando instalamos um desses eletrodomésticos, ou trocamos sua resistência, devemos antes de ligá-lo a rede, deixar a água preenchê-lo de modo que não haja aquecimento sem o contacto com ela, o que causaria sua queima.

Deve-se considerar também que, quanto maior o aquecimento maior é a dilatação que o elemento sofre.

Quando um aquecedor é ligado podemos ver claramente como as espirais do fio de nicromo se expandem com o calor.

 

TRABALHANDO COM AQUECEDORES

Diversos são os cuidados que o técnico deve ter quando trabalha com os elementos de aquecimento dos eletrodomésticos. Analisemos alguns deles:

 

a) Como fazer a troca.

O elemento de aquecimento de um eletrodoméstico deve ter as mesmas especificações de tensão que o original com problemas.

Eventualmente pode ser interessante fazer alterações de potência. Por exemplo, se um chuveiro não aquece o sµFiciente, pela pressão muito grande da água ou por outro motivo, pode-se trocar seu elemento de aquecimento por um "mais curto" e que, portanto aqueça mais.

Da mesma forma, se aquecer demais pelo fato da água ter pouca pressão, poderemos usar um elemento de menor potência.

Para um chuveiro podemos reduzir o comprimento do elemento cortando-o e prendendo-o com cuidado nas extremidades, conforme mostra a figura 8.

 

Aumentando o aquecimento de um chuveiro.
Aumentando o aquecimento de um chuveiro.

 

Nem sempre esse tipo de operação é possível para os chuveiros mais modernos em que os elementos de aquecimento têm maiores potências e possuem modos de prender suas extremidades que dificultam essa operação. O ponto de contacto nas extremidades é muito importante, pois o calor gerado e a dilatação podem comprometer a passagem da corrente gerando problemas de funcionamento.

Observamos que o fio de nicromo não aceita a solda comum, mesmo porque, na temperatura de funcionamento ela derreteria. Assim, não há meio de fazer emenda por soldagem quando queimado.

Da mesma forma, a emenda direta, como mostra a figura 9 pode trazer problemas de contactos, tanto devido a própria flexibilidade do material como ao fato de que na dilatação com o calor ele tende a soltar.

 

A emenda não é aconselhável.
A emenda não é aconselhável.

 

O melhor procedimento é sempre a troca e sempre pelo elemento original.

 

b) Teste

Sempre que fizer a troca de um elemento de aquecimento teste a continuidade do aparelho, e também se não existe contacto com a carcaça do aparelho em que ele funciona.

Na figura 10 mostramos como isso pode ser feito com a ajuda do multímetro.

 

Testando a continuidade do aparelho.
Testando a continuidade do aparelho.

 

CONCLUSÃO

As potências dos eletrodomésticos que trabalham gerando calor podem variar entre alguns watts, para os aquecedores de aquário, até milhares de watts nos chuveiros, aquecedores de ambiente e torneiras elétricas.

O contacto direto com a rede de energia, a impossibilidade de isolamento, nos casos mais comuns fazem destes eletrodomésticos aparelhos que apresentam perigos em potencial.

Tanto no reparo de tais aparelhos como no uso, os cuidados com eventuais contactos com esses elementos, os isolamentos internos, e a utilização de forma correta devem ser observados.

 


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