Componentes De Arranque Del Sistema De Refrigeracion 1g1u1b

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COMPONENTES DE ARRANQUE I.

ANTECEDENTES. El sistema de refrigeración es un sistema muy eficiente gracias a que está integrado por componentes de arranque, rios y controles. Esto es una forma de diferenciar solo para una mejor compresión de su operación. Lo importante,

es

que

el

sistema

de

refrigeración

pueda

funcionar

eficientemente, a través de los componentes que usa este sistema, para proteger y controlar la seguridad de que el compresor no va sufrir daños, mejorando el rendimiento y el arranque por lo cual son muy indispensables II.

estos componentes de arranque en cualquier sistema de refrigeración. DESARROLLO DEL TEMA. A. ¿Que son los componentes de arranque? Los componentes de arranque en un sistema de refrigeración, son aquellos dispositivos o componentes necesarios para el arranque adecuado del compresor que forma parte fundamental en cualquier sistema de refrigeración. Estos dispositivos, de manera sistemática se conectan uno a uno en los diferentes tipos de arranque para sistemas de refrigeración, los mismos mejoran el rendimiento y par de arranque en el funcionamiento de equipos frigoríficos. B. Componentes Eléctricos. El uso de los componentes eléctricos en la refrigeración doméstica, implica la disposición de diferentes componentes eléctricos los que son importantes para efectivizar los arranques en compresores y además de la protección que proporcionan para que tenga una vida útil extendida, su utilización en la refrigeración comercial y la electrónica aplicada en la refrigeración.1 Antes de describir cada componente eléctrico, es importante indicar que los compresores en general utilizan componentes eléctricos diferentes, es decir, no existe un componente universal. Por lo tanto, es necesario considerar las especificaciones técnicas de cada compresor para poder arrancar el circuito en sistemas de refrigeración cada modelo. 2 1. Tipos de componentes.

1 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos 2 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 1 - 15

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a. Dispositivos de arranque. Para la refrigeración doméstica, los dispositivos auxiliares de arranque utilizados normalmente son: 1) Relé electromecánico o amperométrico (Rele de corriente). El relé electromecánico es más conocido, por ser usado hace mucho tiempo. Opera por medio de la corriente que pasa por la bobina principal. Durante el arranque del compresor existe el pico de corriente y en ese momento los os del relé se cierran, accionando la bobina auxiliar. Luego que el compresor está en funcionamiento, la corriente disminuye, abriendo los os del relé cuando esa corriente se reduce, evitando que la bobina auxiliar se quede encendida. Pero ese tipo de relé tiene limitaciones, como la imposibilidad de utilizarlo en conjunto con capacitor de funcionamiento, normalmente aplicado en compresores domésticos.3 Fig. 1 Relé de Corriente

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Este tipo de relé se compone de una bobina de pocas vueltas de

alambre

grueso,

un

juego

de

os

eléctricos

normalmente abiertos (N.A.) y un núcleo de hierro. Al núcleo están anclados los os móviles que cerrarán el circuito al devanado de arranque. La bobina del relay siempre se conecta en serie con el devanado de marcha.4 a) Principio de funcionamiento del Relé de corriente. 3 IBIDEM 4 http://refrigeracionyaireacond.blogspot.com/2013/04/relay-de-corriente.html “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 2 - 15

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Cuándo se energiza el conjunto unidad relay, todo el LRA (Locked Rotor Amperage) circula por la bobina del relé, este alto amperaje produce un campo magnético fuerte que hace que el núcleo del relé sea atraido por esta fuerza magnética haciendo que los os del relé se cierren dando paso de corriente al devanado de arranque, en este momento se inicia el movimiento del rotor del motor, el cual a su vez induce en los devanados del estator una F.C.E.M, que va reduciendo el amperaje de arranque al de trabajo del Motor ( RLA ). Cuando el motor a alcanzado aproximadamente un 75

%

de

su

velocidad

la

F.C.E.M.

ha

considerablemente el amperaje que pasa por

reducido la bobina,

esta reducción de amperaje debilita el campo magnético de la bobina del relay el cual no es capaz de sostener el nucleo y éste cae por gravedad abriendo los os. El motor queda funcionando solamente con el devanado de marcha. Es importante tener en cuenta que este relé se debe intalar en una posición única, puesto que la apertura de los os se efectúa al caer el núcleo por gravedad. 5 LRA = Amperaje de arranque del Motor (Locked Rotor Amperage). RLA = Amperaje de trabajo del motor (Run Load Amperage).

Fig 2. Diagrama de conexión del relé al compresor

5 IBIDEM “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 3 - 15

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El circuito está diseñado para adicionarle un capacitor de arranque éste se conecta entre los 2 terminales que muestra el relay pero si analizamos la foto cuidadosamente podemos observar, que hay un puente eléctrico entre estos 2 terminales, este puente es indispensable removerlo cuando se instala el capacitor de arranque.6 2) Relé voltimetrico o relevador de potencial. Los relés voltimétricos se utilizan en compresores de mayor porte, que requieren tanto el capacitor de arranque cuanto el de marcha. Ese tipo de relé también es llamado de relé de potencial, relé de tensión magnética o relé de tensión y se caracteriza por mantener sus os cerrados. Su bobina es conectada en paralelo con la bobina de arranque del compresor. La tensión en la bobina de arranque aumenta a la medida que sube la velocidad del motor. Cuando se alcanza la rotación proyectada, se abren los os del relé voltimétrico y el capacitor de arranque es desconectado del circuito.7 Fig. 3 Relay Voltimetrico.

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3) Relé PTC.

6 http://refrigeracionyaireacond.blogspot.com/2013/04/relay-de-corriente.html 7 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos-2 “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 4 - 15

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Una opción más reciente, que conquistó espacio en el mercado, es el PTC. Se trata de un dispositivo termo resistivo, lo que significa que su resistencia al paso de corriente se altera conforme su temperatura. En esos modelos, cuando el compresor está desconectado el PTC está a una temperatura más baja, próxima a la del ambiente. Cuando el compresor se enciende, la pastilla termorresistiva permitirá el paso de corriente para la bobina auxiliar y el compresor arrancará. Luego la pastilla se calentará e impedirá el paso de corriente para el devanado auxiliar.8 Fig. 4 Relé PTC

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Los PTCs no generan disturbios eléctricos, son más silenciosos que los relés convencionales y se pueden utilizar en conjunto con capacitores de marcha.9 Ahora que ya conocemos los dos tipos de dispositivos de arranque más comunes, es importante resaltar que la función principal de esos componentes es auxiliar en el momento del arranque, generando el torque necesario para la rotación del motor. Después de ese período, ellos desconectan el devanado auxiliar. Además de su función básica, el dispositivo de arranque puede permitir la conexión del capacitor de marcha y/o del capacitor de arranque. Una falla en ese dispositivo provoca siempre una parada en el 8 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos 9 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 5 - 15

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sistema de refrigeración, pues el compresor no arranca, o arranca y se detiene por la acción del protector térmico.10 Fig. 5 diagrama monofásico del Relé PTC.

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En los pequeños compresores para refrigeración de bajo porte (fracciones de H.P.) se utilizan mucho los Relés denominados PTC, cuyo significado en inglés es: “Positive Temperature Coefficient”, La función del relé es la de suministrar momentáneamente intensidad al devanado de arranque para producir el torque necesario para el arranque

del

motor,

tan

pronto

éste

haya

alcanzado

aproximadamente el 75 % de su velocidad, se interrumpe el paso de energía al devanado de arranque y el motor queda funcionando solamente con el devanado de marcha.11 a) Principio de funcionamiento del Relé PTC. El PTC va conectado entre el terminal de marcha y el de arranque del compresor, siempre en serie con el terminal de arranque. Es un simple elemento redondo parecido a una moneda, fabricado de material cerámico, cuándo por el PTC circulan electrones, su temperatura sube rápidamente y en proporción directa su resistencia eléctrica, por consiguiente, si hay aumento de la resistencia eléctrica el paso de electrones (intensidad) hacia el devanado de arranque es prácticamente nula y en consecuencia se desactiva el devanado de arranque. Cuando colocamos en funcionamiento un compresor con rélé 10 IBIDEM 11 http://refrigeracionyaireacond.blogspot.com/2013/04/relay-ptc.html “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 6 - 15

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PTC, la desconexión del devanado de arranque se produce en fracciones de segundo12 b. Capacitores. Los capacitores tienen como principal función almacenar cargas eléctricas en sus electrodos. Se caracterizan por la capacitancia, cuyo símbolo es el F, normalmente referida en el mercado como MFD o µF, llamado de micro Farad. La otra característica importante de los capacitores es la tensión de ruptura, simbolizada por el V. Ese es el límite de tensión que se puede aplicar al capacitor para que mantenga sus propiedades y el buen funcionamiento.13 La especificación de los capacitores de arranque y marcha considera aspectos de los motores de los compresores e impacta directamente en la acción del protector térmico. De esa manera, no se recomienda hacer la instalación de un capacitor diferente del especificado o la adición de capacitor de arranque o marcha, pues eso perjudicará la seguridad y el desempeño del compresor.14 Los dos tipos de capacitores, que son: 1) Capacitor de marcha. Los capacitores de marcha (o funcionamiento) permiten el paso de corriente por la bobina auxiliar del compresor luego de su arranque, haciendo con que el devanado auxiliar también contribuya para el funcionamiento del motor. Se debe recordar que los motores que utilizan el capacitor de marcha fueron proyectados para eso y que esos dispositivos no se pueden aplicar en compresores que usan relé electromecánico. La aplicación equivocada de un capacitor de marcha puede provocar la sobrecarga de la bobina auxiliar, que, a su vez, puede llevar a la quema del compresor.15 Fig. 6 Capacitor de marcha o trabajo.

12 IBIDEM 13 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos 14 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos 15 IBIDEM “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 7 - 15

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2) Capacitor de arranque. Existen también los capacitores de arranque, que auxilian los compresores en los momentos de arranque. Sin embargo, son poco relevantes en la refrigeración doméstica. Hablaremos de ellos en la próxima edición. Por ahora, es suficiente saber que son usados sólo en compresores con relé electromecánico o relé voltimétrico. Debe ser destacado que cada modelo de compresor tiene su capacitor específico. Antes de utilizarlo es necesario verificar si es del tipo recomendado. Eso porque el uso incorrecto del capacitor puede perjudicar la actuación del protector térmico y causar la quema del compresor.16 Fig. 7 Capacitor de arranque

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c. Protectores Térmicos. Esos componentes tienen la función de proteger el compresor, evitando que trabaje en condiciones adversas y diferentes de aquellas para las cuales fue proyectado. Su principal objetivo es evitar que el motor del compresor alcance una temperatura que lo 16 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 8 - 15

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dañe o queme. El protector térmico actúa cuando la corriente del compresor y/o la temperatura de la bobina (motor) o de la carcasa del compresor están llegando a un nivel crítico. Ese es, así, un componente esencial para la seguridad del compresor.17 Existen protectores térmicos externos, montados junto al terminal fusite del compresor, que son los más conocidos. Sin embargo, algunos modelos de compresores cuentan con protectores internos, que vamos explicar con más detalles en la próxima edición.18 Fig. 8 Protector Térmico FTE: http://www.clubedarefrigeracao.com.componentes-electricos

Las principales causas de actuación del protector térmico son: 1) Temperatura de condensación elevada, causada por una parada del ventilador u obstrucción del condensador; 2) Tensiones de funcionamiento muy bajas

o

arriba

del

especificado. 3) Arranques con presiones desecualizadas; 4) Funcionamiento continuo del compresor (sin ciclos). Cada compresor tiene su protector térmico específico, probado en diversas condiciones de temperatura y tensión para permitir que el refrigerador trabaje en su condición normal. Por lo tanto, se debe siempre aplicar el protector térmico indicado, colocándolo en la posición descripta en el manual. Con eso, se evita que el protector sea accionado indebidamente o no actúe – lo que puede provocar la quema del compresor.19 17 IBIDEM 18 IBIDEM 19 http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/s/componentes-electricos “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 9 - 15

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C. Circuitos de Arranque en Equipos de Refrigeración. 1. Capacitor permanente dividido (D). Un motor con capacitor permanente dividido (D), se encuentra comúnmente en los sistemas de aire acondicionados, no utiliza un relevador y la corriente fluye a través de ambos devanados tanto por el de arranque como por el de operación cuando se conecta la energía. Nótese el capacitor de operación conectado entre las terminales de arranque y operación ( S y R en ingles). El capacitor de operación está en serie con el devanado de arranque. Ambos permanecen en el circuito durante la operación del motor. El capacitor de operación es el único componente de arranque que se usa en un motor D.20 Fig. 9 Arranque por Capacitor Permanente Dividido

FTE: www.cifp-mantenimiento.es

2. Arranque por capacitor operación por inducción ( ACOI) El motor de arranque por capacitor y operación por inducción ( ACOI), se emplea cuando se necesita un mayor par de arranque. Los ACOI son muy populares para unidades de refrigeración. Se encuentran comúnmente en motores de hasta 1 hp. Este motor utiliza un relevador de corriente para arranque y trabaja como el motor AROI; pero el capacitor se coloca en serie con el devanado de arranque cuando se cierran los os del relevador, se obtiene un mejor par de arranque debido al empuje de la corriente que pasa por el devanado de arranque. Un capacitor de arranque solo puede dejarse en el circuito durante un corto periodo de tiempo. Debe descargarse antes del siguiente arranque del motor. El capacitor se descarga lentamente 20 Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 10 - 15

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por sí mismo. Si el motor se sujeta a las condiciones de arranque antes de que el capacitor tenga oportunidad de descargarse. Fluirá una corriente excesiva a través de los os del relevador. Esto originara que los os se fundan y se peguen, lo cual, a su vez puede fundir el capacitor de arranque y quemar el propio devanado de arranque.21 Fig.10 Arranque por capacitor operación por inducción (ACOI)

FTE: Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela

3. Arranque por resistencia, operación por inducción (AROI) Es un diagrama eléctrico de un motor con arranque por resistencia y operación por inducción (AROI), es el tipo básico de motor que se emplea

para

pequeñas

unidades

condensadoras

herméticas.

Normalmente es el más barato debido a que no se necesitan dispositivos adicionales. Un relevador de arranque del tipo de corriente, con los os normalmente abiertos, es el único componente de arranque que se usa en los AROI. Es un motor con bajo par de arranque, relativamente ineficiente. Su operación es simple ya que solo tiene dos devanados. Uno se usa para el arranque y el otro para la operación. Debido a que el par de arranque es bajo, los AROI se usan normalmente en sistemas con bajas cargas de arranque. La mayoría de las veces se usan en motores de hasta 1/3 de 21 Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 11 - 15

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hp, la bobina del relevador está conectada en serie con el devanado de operación, el relevador de corriente deja fuera del devanado de arranque hasta que pasa suficiente corriente por la bobina del relevador, la corriente forma un campo magnético alrededor de la bobina que magnetiza al embolo, se cierran los os y arranca el motor, el motor sube de velocidad y la corriente baja, puesto que el campo magnético no puede sostener por más tiempo el peso del embolo, los os se abren. Si no se monta apropiadamente el relevador, los os cerraran automáticamente y permanecerán cerrados, el devanado de arranque no está hecho para permanecer en el circuito, en consecuencia, si el relevador de corrientes no abre sus os después de que el motor llega a su velocidad de operación, el devanado de arranque se quemara.22 Fig. 11 Arranque por resistencia, operación por inducción (AROI)

FTE: Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela

4. Arranque y operaciones por capacitor ( AOC) Muestra un motor con arranque y operaciones por capacitor (AOC) con un relevador de arranque de potencial. El motor ACOC se fabrica en tamaño hasta 10 hp. (Los motores D, AROI y ACOI se usan en compresores herméticos de 1hp o menos).23 Los diagramas de alambrado que hemos mostrado incluyen una cantidad mínima de controles, el motor AOC es un poco más complicado,

generalmente

utiliza

dos

capacitores,

ambos

22 Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela 23 IBIDEM “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 12 - 15

se

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encuentran en el circuito del devanado de arranque, la acción del capacitor produce un desplazamiento de fase más definido que el proporcionado por los dos juegos de devanados. En consecuencia, se mejorara el factor potencia. Un termostato (T) arranca y detiene el motor cerrando y abriendo el circuito y detienen el flujo de corriente que proviene del potencial de voltaje entre la línea 1 y la línea 2. 24 El protector externo de sobrecarga (OL) está conectado en serie con el termostato. Este detecta y reacciona ante el flujo de corriente y a las temperaturas superiores a los límites del motor. El OL debe seleccionarse de acuerdo con las características de la corriente del motor. Sus os se abrirán y desconectaran el motor si el flujo de corriente sobrepasa aproximadamente en un 10% los amperes de plena carga (APC) para los que está diseñado el motor. La bobina del relevador de corriente está instalada en serie con el devanado de operación y reacciona al flujo de corriente. Por lo tanto, el relevador debe seleccionarse para la potencia y el voltaje del motor. Debe montarse en forma apropiada para que los os puedan abrir y cerrar. Si se monta con la parte superior hacia abajo, los os permanecerán cerrados y el devanado de arranque se arruinara. De aquí que se marque la parte que va hacia arriba( UP) en la cubierta del relevador. 25 Fig. 12 Arranque y operaciones por capacitor ( AOC)

FTE: Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela

24 Fundamentos de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire/Raimond havrela 25 IBIDEM “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 13 - 15

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III.

ANÁLISIS. Los componentes de arranque en un sistema de refrigeración, son aquellos dispositivos o componentes necesarios para el arranque adecuado del compresor

que

forma

parte

fundamental

en

cualquier

sistema

de

refrigeración. Estos dispositivos, de manera sistemática se conectan uno a uno en los diferentes tipos de arranque para sistemas de refrigeración, los mismos mejoran el rendimiento y el funcionamiento de equipos frigoríficos El uso de los componentes eléctricos en la refrigeración, implica la disposición de diferentes componentes eléctricos los que son importantes para efectivizar los arranques en compresores y además de la protección que proporcionan, su utilización en la refrigeración comercial y la electrónica aplicada en la refrigeración. Antes de describir cada componente eléctrico, es importante indicar que los compresores en general utilizan componentes eléctricos diferentes, es decir, no existe un componente universal, por lo tanto, es necesario considerar las especificaciones técnicas de cada compresor para poder arrancar el circuito en sistemas de refrigeración conociendo los principios de funcionamiento y especificaciones de los componentes de arranque como ser: Relé de corriente, relay, capacitores de arranque y marcha considerando los aspectos de seguridad y el desempeño de los IV.

compresores. CONCLUSIÓN. El conocimiento de los dispositivos de arranque en un sistema de refrigeración, es necesario para el arranque adecuado del compresor, asimismo la protección que proporcionan a estos equipos frigoríficos lo cual PERMITIRÁ que el compresor tenga un mejor funcionamiento y una vida útil

V.

extendida. SUGERENCIA. Se sugiere implementar un taller de electricidad en la Escuela de Suboficiales y Sargentos “LITORAL”, A FIN DE que el Sargento estudiante pueda tener un aprendizaje más practico que teórico, donde el sargento técnico demostrara el conocimiento aprendido en las diferentes unidades de la institución en prestigio de la Armada Boliviana “Documento elaborado en la gestión 2016, con fines académicos” 14 - 15

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