Los variadores de frecuencia son sistema utilizados para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna. Un variador de frecuencia son vertientes de un variador de velocidad, ya que llevan un control de frecuencia de alimentación, la cual se suministra por un motor.
Otra forma en que son conocidos los variadores de frecuencia son como Drivers ya sea de frecuencia ajustable (ADF) o de CA, VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia), micro drivers o inversores; esto depende en gran parte del voltaje que se maneje.
Variadores de velociddad
¿Cómo funciona?
Se alimenta al equipo con un voltaje de corriente alterna (CA), el equipo primero convierte la CA en corriente directa (CD), por medio de un puente rectificador (diodos o SCR´s), este voltaje es filtrado por un banco de capacitores interno, con el fin de suavizar el voltaje rectificado y reducir la emisión de variaciones en la señal; posteriormente en la etapa de inversión, la cual está compuesta por transistores (IGBT), que encienden y apagan en determinada secuencia (enviando pulsos) para generar una forma de onda cuadrada de voltaje de CD a un frecuencia constante y su valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica al motor.
El proceso de conmutación de los transistores es llamado PWM "Pulse Width Modulation" Modulación por ancho de pulso.
Introducción del funcionamiento de una válvula 4 vías: Una bomba de calor es un sistema central que acondiciona el aire con el ciclo que es reversible.En la estación veraniega el gas refrigerante tiene el poder de absorción del calor del interior de la vivienda y lo saca al medio exterior. En cambio en la estación invernal dicho ciclo citado se invierte con lo cual el gas refrigerante tiene la función de la absorción del calor del medio exterior y lo introduce en el interior de la vivienda.El evaporador y el condensador están obligados a la intercambiar funciones o lo que es lo mismo, invierte el flujo del gas refrigerante.
Se comenzó como una solución de desescarche trabajando la inversión de ciclo y mandando al evaporador el gas caliente desde la descarga,con tal fin de descongelar el hielo que se genera por la condensación del agua en el exterior del evaporador. Actualmente la válvula 4 vías es el componente esencial para que pueda funcionar un equipo de aire acondicionado en función de calor.La técnica se basa en que la bobina electromagnética obra sobre un patín interior siendo un mecanismo con la capacidad de alterar el cambio de dirección del flujo.Con esta acción el evaporador se transforma en el condensador y de forma viceversa el condensador se transforma en el evaporador.
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Válvula de 4 vías
Esta válvula esta compuesta por la válvula principal y una válvula piloto, esta última tiene como función ayudar a desplazar el patín interior para realizar el cambio de ciclo. Por otro lado la válvula principal esta compuesta por cuatro vías que, para entender su funcionamiento fijaremos las posiciones que no varían en el circuito y así la comprensión en el funcionamiento del paso de refrigerante se simplifica. En primer lugar la descarga del compresor ira siempre sobre la tubería que esta sola y opuesta a las otras tres por tanto esta línea será gas a alta presión. En segundo lugar la aspiración del compresor será siempre la tubería central que está acompañada del las otras dos tuberías, las tuberías de los extremos serán las que cambien siendo en función del modo de empleo del equipo (frío o calor) será aspiración o descarga.
Funcionamiento válvula de 4 vías
Funcionamiento en modo frío
Desde el compresor descarga refrigerante hacia la válvula de 4 vías penetrará por la tubería que está sola, y pasará a la tubería lateral derecha donde entrará en el intercambiador exterior, aquí el refrigerante se licuará, después se expansionará en el elemento de expansión para entrar en el intercambiador interior y evaporarse saldrá hacia la válvula inversor donde se dirigirá a la tubería lateral izquierda pasara a través del patín interior a la tubería fijada como aspiración (tubería central), y llegará al compresor.
Funcionamiento en modo calor La compuerta deslizante a sido desplazada, entonces el refrigerante como en el caso anterior entra en la válvula de 4 vías penetrará por la tubería que está sola, y pasará a la tubería lateral esta vez izquierda dirigiéndose entonces al intercambiador interior donde condensará saldrá y posteriormente se expansionará para entrar en el intercambiador exterior y evaporarse, volverá a la válvula de inversión de ciclo y entrará a ella por la tubería de la derecha pasando a la central y llegando finalmente al compresor.
BobinasLas bobinas están especialmente diseñadas para trabajar en ambientes agresivos con alta humedad y fluctuaciones de temperatura, condiciones usuales en la mayoría de las instalaciones de refrigeración. Son como en el caso se las bobinas solenoides de montaje y desmontaje fácil, lo cual asegura una instalación sin errores. Las bobinas se montan sin ningún tipo de herramientas y para desmontarlas solo se precisa un destornillador.
Las válvulas de expansión termostáticas son desarrolladas para regular la inyección de refrigerante líquido a los evaporadores. Esta inyección de refrigerante estará siempre regulada por un elemento termostático que está situado en la parte superior de la válvula de expansión la cual es controlada en función del recalentamiento del refrigerante. Existe una gran variedad de válvulas de expansión termostáticas por ejemplo: R-507, R-410, R-404, R-717 (amoniaco). Con puerto balanceado, con carga MOP. En todas ellas el objetivo es entregar la máxima eficiencia del evaporador con un sobrecalentamiento adecuado.
Lo primero es analizar y conocer el funcionamiento de la válvula de expansión:
1.- Membrana.
2.- Bulbo conectado a través de un tubo capilar.
3.- Cuerpo con un asiento y orificio.
4.- Muelle.
Partes de una Válvula de expansión termostática
Funcionamiento
P1: la presión del bulbo que actúa en la parte superior de la membrana y en dirección de apertura de la válvula.
P2: la presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la dirección de cierre de la válvula.
P3: la fuerza del resorte, que influye en la parte inferior de la membrana y la única variable que es controlable por parte del técnico.
Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por la parte superior de la membrana y en contra se tendrá la presión del evaporador y la del resorte, esto con el fin de encontrar el sobrecalentamiento más adecuado de operación.
Funcionamiento de válvula de expansión termostática
Sobrecalentamiento
El concepto de sobrecalentamiento es el calor agregado al vapor después de la vaporización en la válvula de expansión. Esto se puede medir en el lugar donde está el bulbo que es la tubería de succión. La diferencia que existe entre la temperatura del termómetro y la presión de evaporación, traducida a temperatura que le corresponde, el resultado será el recalentamiento en el evaporador, el cual está diseñado para operar con un rango de recalentamiento de 5° C. Para obtener el sobrecalentamiento total basta con cambiar el termómetro hasta el final de la tubería de succión, 30 centímetros antes del compresor, y tomar la presión de succión a la entrada del compresor. La diferencia en temperatura será el sobrecalentamiento total el cual no deberá ser mayor a 15° C. Es muy importante aclarar que estas mediciones se deberán hacer cuando ya se haya obtenido la temperatura de cámara, si por algún motivo no se llega a la temperatura deseada se debe revisar bien el balance térmico o probables taponamientos por suciedad y/o humedad en el sistema de refrigeración.
La función del compresor en el ciclo de Refrigeración es elevar la presión del gas Refrigerante desde la presión de salida del Evaporador hasta la presión del Condensador.
Existen 3 clases de compresores:
a) Reciprocantes (alternativos)
- Herméticos. Motor y compresor en la misma carcasa.
- Semi-herméticos. La culata de los cilindros es desmontable.
- Abiertos. El cigüeñal se prolonga hacia fuera de la carcasa, el motor es exterior.
Un compresor alternativo utiliza un mecanismo de pistón accionado por descargas con resorte de carga y pasadores para elevar la placa de la válvula de succión de su asiento, permitiendo que la unidad pueda ser utilizada en cualquier relación de presiones. Esta acción es similar a un motor de combustión interna en un coche. Este tipo de compresor es eficiente a tiempo completo y carga parcial de trabajo. Otras ventajas incluyen controles simples y la capacidad de controlar la velocidad mediante el uso de correas de transmisión. El compresor de pistón se utiliza en aplicaciones de baja potencia.
b) Rotatorios
- tornillo.
Los compresores rotativos de tornillo tienen husillos que comprimen el gas a medida que entra en el evaporador. El compresor de tornillo cuenta con un funcionamiento suave y requisitos mínimos de mantenimiento, ya que generalmente estos compresores sólo necesitan cambios en el aceite, el filtro de aceite y el separador de aire/aceite. Basados en microprocesadores, los controladores también están disponibles para compresores rotativos normales que permiten la rotación al permanecer cargados el 100 por ciento del tiempo. Hay dos tipos de compresores de tornillo rotativo: individuales y dobles.
- Scroll.
Los compresores de desplazamiento funcionan moviendo un elemento en espiral dentro de otra espiral estacionaria para producir bolsas de gas que a medida que se hacen más pequeñas, aumentan la presión del gas. Durante la compresión, varios bolsillos se comprimen a la vez. Al mantener un número par de bolsas de gas equilibradas en lados opuestos, la compresión fuerza dentro el equilibrio de desplazamiento y reduce la vibración en el interior del compresor. Este tipo de compresor utiliza el diseño de desplazamiento en lugar de un cilindro fijo o un mecanismo de compresión del pistón o de una sola cara, eliminando el espacio desperdiciado en la cámara de compresión y la necesidad de comprimir el gas otra vez durante el ciclo (recomprensión). Esto reduce el consumo de energía.
c) Centrífugos
Los compresores centrífugos comprimen el gas refrigerante a través de la fuerza centrífuga creada por los rotores que giran a alta velocidad. Esta energía se envía a un difusor, que convierte una porción de él en aumento de la presión. Esto se hace mediante la ampliación de la región del volumen de flujo para desacelerar la velocidad de flujo del fluido energético. Los difusores pueden utilizar superficies de sustentación, también conocidos como paletas, para mejorar este aspecto. Los compresores centrífugos son adecuados para la compresión de grandes volúmenes de gas a presiones moderadas.
Para saber cómo funciona el ciclo de refrigeración antes tenemos que saber los componentes básicos y principales de los que está compuesto, y son los siguientes:
El Compresor El Condensador La válvula de expansión El evaporador
Estos son los cuatro elementos principales que componen el ciclo de refrigeración, sin alguno de ellos el ciclo es imposible que se lleve a cabo. A continuación veremos cuál es la misión de cada uno de ellos dentro del circuito frigorífico y su principio de funcionamiento.
EL COMPRESOR La función del compresor en el ciclo de refrigeración es aspirar el vapor del evaporador y ayudarlo a entrar en el condensador. Este trabajo lo consigue mediante la aportación de una energía exterior, como es la electricidad.
EL CONDENSADOR La misión del condensador es extraerle el calor al refrigerante. Este calor, en principio, es la suma del calor absorbido por el evaporador y el producido por el trabajo de compresión.
LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN La misión fundamental de la válvula de expansión en el ciclo de refrigeración es la de proporcionar la diferencia de presión establecida entre los lados de alta y de baja presión del circuito de refrigeración. La forma más simple para lograrlo es mediante un tubo capilar entre el condensador y el evaporador, de manera que este le produzca una pérdida de carga al refrigerante. Esta solución, del tubo capilar, es válida para pequeñas instalaciones, pero cuando se trata de regular grandes cantidades de refrigerante es conveniente el uso de la válvula de expansión. En tal caso se utilizan válvulas de expansión termostáticas, que utilizan un bulbo palpador que se coloca a la salida del evaporador, en contacto con la tubería, y que tiene en su interior una cantidad del mismo refrigerante que utiliza el circuito. Si se produce un enfriamiento del vapor que sale del evaporador, se enfría el bulbo y disminuye la presión que se transmite a la válvula, y ésta se cierra, por lo que llegará menos refrigerante al evaporador. Si llega menos refrigerante habrá más superficie de recalentamiento y aumentara la temperatura de recalentamiento.
EL EVAPORADOR Este elemento es un intercambiador de calor que, por sus necesidades caloríficas, absorbe calor del medio en el que se encuentra, con lo cual lo enfría. Normalmente es de circulación forzada de aire mediante ventilador, y se utilizan tubos de aletas para aumentar la superficie de intercambio. Llegados a este punto y sabiendo cuales son los principales elementos que forman el ciclo de refrigeración, ahora solo nos queda saber cuál es el comportamiento del refrigerante en dichos elementos.
Ciclo de refrigeración
COMPORTAMIENTO DEL REFRIGERANTE EN EL CICLO DE REFRIGERACIÓN
Situémonos en el punto 1 antes de la válvula de expansión en el que el refrigerante se encuentra en estado líquido a una cierta presión; su paso al evaporador lo controla la válvula de expansión termostática, cuyo funcionamiento está regulado por la temperatura y por la presión. Esta válvula le produce una pérdida de carga al refrigerante mediante una estrangulación brusca que hace que la presión descienda desde la que tenía en el punto 1 (salida del condensador), hasta la existente a la entrada del evaporador, entre el punto 2 y 3. La válvula es la que regula las dos partes del ciclo frigorífico, la zona de alta presión y la zona de baja presión. Esta bajada de presión en el evaporador hace que el refrigerante hierva y se produzca su evaporación, absorbiendo calor del recinto en que se encuentra a través del aire del mismo, y transfiriéndolo al líquido, que se va transformando en vapor en el interior de los tubos del evaporador, hasta que se evapora totalmente (final del punto 3)
El refrigerante entra en el compresor a baja presión y temperatura, en forma de gas, es comprimido, aumentando su presión y su temperatura, donde comienza el punto 4. Ahora entra en el condensador y mediante la acción de un fluido exterior (agua o aire), se le extrae calor al refrigerante, lo cual produce un enfriamiento del mismo favoreciendo su condensación hasta alcanzar el estado líquido; a partir de aquí es impulsado de nuevo hacia la válvula de expansión donde se repite el ciclo frigorífico.
