Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

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1 Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO FORMACI N PROFESIONAL A DISTANCIA Aparatos de Automatismo Unidad MÓDULO Máquinas y Equipos Frigoríficos

2 Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR Título del Módulo: MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS Dirección: Dirección General de Formación Profesional. Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente. Dirección de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera García Arturo García Fernández Ascensión Solís Fernández Juan Carlos Quirós Quirós Luis María Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antuña Yolanda Álvarez Granda Coordinación de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera Autor: Javier Cueli Llera Desarrollo del Proyecto: Fundación Metal Asturias Coordinación: Javier Maestro del Estal Monserrat Rodríguez Fernández Equipo Técnico de Redacción: Alfonso Fernández Mejías Ramón García Rosino Laura Fernández Menéndez Luis Miguel Llorente Balboa de Sandoval José Manuel Álvarez Soto Estructuración y desarrollo didáctico: Isabel Prieto Fernández Miranda Diseño y maquetación: Begoña Codina González Sofía Ardura Gancedo Alberto Busto Martínez María Isabel Toral Alonso Colección: Materiales didácticos de aula Serie: Formación Profesional Específica Edita: Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: Depósito Legal: AS Copyright: 200. Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Todos los derechos reservados. La reproducción de las imágenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicación se acogen a lo establecido en el artículo 32 (citas y reseñas) del Real Decreto Legislativo 1/2.99, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extraídas de documentos ya divulgados por vía comercial o por Internet, se hace a título de cita, análisis o comentario crítico, y se utilizan solamente con fines docentes. Esta publicación tiene fines exclusivamente educativos. Queda prohibida la venta de este material a terceros, así como la reproducción total o parcial de sus contenidos sin autorización expresa de los autores y del Copyright.

3 Unidad Aparatos de Automatismo Sumario general Objetivos... 4 Conocimientos... 5 Introducción... Contenidos generales... La automatización de un sistema frigorífico... 7 Los termostatos... 9 Los presostatos Las válvulas solenoide Los controles electrónicos... 3 Resumen Autoevaluación Respuestas actividades Respuestas de autoevaluación

4 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Objetivos Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de: Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Explicar el funcionamiento y las características constructivas de los aparatos colocados en los sectores de alta y baja presión de la instalación del sistema frigorífico. Describir la función de los distintos aparatos de automatismo estudiados. Analizar las características técnicas más relevantes de los diferentes aparatos de automatismo. Comprobar el funcionamiento de presostatos, termostatos y transmisores de presión y temperatura. Manejar documentación técnica de los aparatos de automatismo. Analizar los circuitos de conexionado de distintos aparatos de automatismo: presostatos, termostatos, transmisores de señal, presostato diferencial, etc. Identificar correctamente una serie de aparatos de automatismo. 4

5 Unidad Aparatos de Automatismo Conocimientos que deberías adquirir CONCEPTOSS Termostatos: tipos, aplicaciones, conexiones, características técnicas,º Presostatos: tipos, aplicaciones, conexiones, características técnicas,º Válvula solenoide. Transmisores de señal: tipos, aplicaciones, conexiones, características técnicas,º Dispositivos electrónicos de mando: control de desescarche, control de una cámara, tanques de leche,º Reguladores de velocidad para la presión de condensación. PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS Manejo de catálogos de fabricantes identificando las características principales de los distintos aparatos estudiados, seleccionando el dispositivo adecuado para las aplicaciones que se planteen. Manipular los distintos aparatos estudiados. Análisis de las instrucciones facilitadas por los fabricantes de los aparatos estudiados: conexiones, funcionamiento, instalación,... 5

6 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Introducción Una máquina frigorífica puede funcionar sólo con cuatro elementos básicos, desde el punto de vista teórico, pero en la práctica lleva asociados otros aparatos que permiten automatizar y mejorar sus prestaciones. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Para automatizar el funcionamiento de la máquina precisamos, por ejemplo, un termostato para controlar la temperatura del medio que se pretende enfriar. Si queremos, por ejemplo, proteger la máquina contra temperaturas excesivas del gas de descarga también utilizaremos un termostato. Las dos situaciones anteriores se podrían resolver empleando transmisores de señal con termorresistencias, por ejemplo. En cualquier caso vemos que han surgido dos términos distintos: automatizar y proteger. Estudiaremos en esta unidad una serie de dispositivos que permiten realizar estas dos funciones para que la máquina resulte más eficaz y segura: termostatos, presostatos, transmisores de señal, controladores electrónicos,º Contenidos generales A lo largo de esta unidad didáctica estudiaremos los distintos tipos de instrumentos utilizados en las máquinas frigoríficas para automatizar ciertas funciones o para garantizar determinadas funciones relacionadas con la seguridad de la máquina.

7 Unidad Aparatos de Automatismo La automatización de un sistema frigorífico La máquina frigorífica funciona de forma automática. Cuando la temperatura en el espacio que se quiere enfriar aumenta, el compresor se pone en marcha hasta que la temperatura disminuye por debajo del valor previsto, momento en el cual el compresor se detiene. Esta operación que en principio puede parecer sencilla, ya que con un termostato se podría resolver, en la práctica se complica debido a que es preciso optimizar el funcionamiento de la máquina. En unidades didácticas anteriores hemos comprobado cómo se puede formar escarcha en el evaporador; también sabemos que ésta se elimina de forma automática aportando calor o parando la máquina, pero qué aparatos son necesarios para llevar a cabo esta tarea? Por ejemplo podemos emplear válvulas solenoide, si el aporte de calor se realiza con el propio refrigerante descargado por el compresor. Pero cuando deberíamos detener el aporte de calor? Parece evidente que cuando no quede escarcha; aunque cómo sabremos que no queda escarcha? Para verificarlo podríamos utilizar un termostato o también podríamos comprobar el espesor de la escarcha mediante células fotoeléctricas. Otro ejemplo de utilización de aparatos para automatizar el funcionamiento de una máquina, y lograr así su correcto funcionamiento, es el uso de un presostato para controlar la presión de condensación mediante la puesta en marcha o paro de los ventiladores del condensador. Así se evitaría la disminución del rendimiento de la máquina provocado por una condensación excesiva. Éstos son ejemplos de aplicaciones de instrumentos con el fin de automatizar el funcionamiento de una máquina, pero también se utilizan presostatos y termostatos para protegerla de, por ejemplo, presiones o temperaturas de descarga muy elevadas. En una máquina frigorífica existen numerosos aparatos destinados a automatizar su funcionamiento, pero en esta unidad estudiaremos los recogidos en el siguiente cuadro. 7

8 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos APARATO Termostatos Presostatos Válvulas solenoide Controles electrónicos FUNCI N Regulación: control de la temperatura de la cámara. Seguridad: limitar la temperatura. Regulación: control del compresor y presión alta. Seguridad: limitar presión y diferencial de aceite. Automatizar funcionamiento máquina. Control y automatización máquina. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Tabla 1: Ejemplos de aplicaciones de instrumentos. Fig. 1: Presostatos, termostatos y transmisores de presión Danfoss. Fig. 2: Control electrónico y válvulas solenoide. 8

9 Unidad Aparatos de Automatismo Los termostatos Los termostatos cumplen numerosas funciones en la máquina frigorífica, pero qué termostato utilizar en cada caso? cómo regular el termostato? podemos conectar directamente un termostato a un motor monofásico? A estas y otras preguntas similares trataremos de responder en este capítulo. Podemos definir el termostato como un dispositivo que actúa sobre los contactos de un circuito eléctrico en función de la variación de temperatura del lugar dónde se encuentre su elemento sensor. En una máquina frigorífica el termostato tiene múltiples aplicaciones entre las que podemos citar las siguientes: Control de la temperatura ambiente del medio a enfriar. Control del desescarche: fin de desescarche por temperatura, retardo ventiladores... Control de la temperatura del aceite del compresor y del refrigerante en la tubería de descarga. Control de la temperatura de la resistencia de desescarche. Las dos aplicaciones citadas en primer lugar podemos clasificarlas como aplicaciones para automatizar la máquina, mientras que las dos últimas son aplicaciones de seguridad. El termostato puede cumplir una función de seguridad o de automatización. 9

10 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos En la figura 3 aparecen distintos modelos de termostatos de la casa Danfoss. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Fig. 3: Distintos modelos de termostatos de la firma Danfoss. En la figura 4 puedes ver un termostato sin carcasa en el que se aprecian las escalas para el ajuste del set point o punto de consigna (t max ) y para el ajuste del diferencial (Diff). También puedes apreciar los terminales para los contactos eléctricos (1,2,4). Fig. 4: Termostato sin carcasa. 10

11 Unidad Aparatos de Automatismo Características de los termostatos Qué características hemos de tener en cuenta a la hora de elegir o manejar un termostato? Fíjate en los datos que facilitan los fabricantes en sus catálogos (tabla 2) y analicemos después cada uno por separado. Gama de funcionamiento UT 72 (aplicación universal) UT 73 (contra hielo) C 0 40 C Temperatura ambiente C Rearme Diferencial Sistema de contactos Carga de los contactos Automático Fijo, 2.3 K Inversor unipolar SPDT AC 1: 10 A, 250/380 V (óhmica) AC 11: 2.5 A, 250/380 V (inductiva) Tabla 2: Datos técnicos de un termostato universal Danfoss. o Diferencial El diferencial es la diferencia entre la temperatura de conexión y desconexión, o dicho de otra forma, la diferencia entre las temperaturas a las que los contactos cambian de posición. El diferencial puede ser fijo, como el que aparece en los datos anteriores, 2.3 K, o ajustable. En éste caso debes prestar especial atención al ajuste, ya que éste varía con el ajuste de la consigna o set point. Los fabricantes suelen indicar la forma en que se produce dicha variación. En la figura 5 se muestra la información facilitada por DANFOSS para uno de sus termostatos con carga de vapor. Se indica a modo de ejemplo el valor del diferencial obtenido para un ajuste del set point y del diferencial. Fíjate en la gran diferencia que se produce, en este caso, entre el valor ajustado y el valor obtenido. Se puede concluir que no debes observar únicamente la escala para el ajuste del diferencial, ya que puede existir una diferencia importante entre el valor ajustado y el valor real. Fig. 5: Nomograma para ajuste del diferencial (DANFOSS). 11

12 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos o Gama de funcionamiento La gama de funcionamiento indica el intervalo de temperaturas que es posible ajustar en el set point o punto de consigna. Cuanto mayor es este intervalo menor es la sensibilidad del termostato. o Rearme El rearme de un termostato puede ser manual o automático e indica cómo retornan a la posición inicial, después de un cambio, los contactos del aparato. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Fig. : Detalle botón reset termostato DANFOSS. no deben emplearse para funciones de automatización. o Carga de los contactos Si el rearme es manual debemos accionar un botón para devolver los contactos a la posición original, cuando la temperatura haya superado el valor correspondiente. Si por el contrario el rearme es automático los contactos retornan automáticamente a su posición original cuando la temperatura supere dicho valor. En la figura puede verse el botón de reset de un termostato DANFOSS. Los termostatos con rearme manual Este parámetro indica la intensidad máxima que puede pasar por los contactos de forma permanente sin que sufran deterioro. rriente continua (AC1, AC 3,º) o bien señalando directamente el régimen de carga del motor. Generalmente se indica para una categoría de empleo dada, en corriente alterna o co- Este dato es muy importante si queremos conectar el termostato en serie con el motor (obviamente sólo es posible en motores monofásicos) ya que la intensidad nominal del motor no debe superar al valor de carga de los contactos. 12

13 Unidad Aparatos de Automatismo o Sistema de contactos Generalmente los termostatos incorporan un contacto conmutado unipolar (SPDT). En la figura 7 aparece el esquema de conexiones para los termostatos DANFOSS. o Carga del bulbo Fig. 7: Contactos para termostato DANFOSS. Las cargas del bulbo utilizadas en los termostatos son similares a las empleadas en las válvulas de expansión termostáticas (VETs) y por tanto no las describiremos aquí con detalle. Un aspecto importante que se debe tener en cuenta para las distintas cargas de bulbo es su tiempo de respuesta, compruébalo en siguiente tabla. CARGA BULBO Vapor Líquido Adsorción TIEMPO RESPUESTA Muy rápido Rápido Lento Tabla 3: Tiempos de respuesta característicos para los distintos tipos de carga de bulbo. Los catálogos de los fabricantes suelen indicar cuál es la carga del bulbo más adecuada para cada caso. Una diferencia a reseñar respecto a las VETs, es que cuando la carga del bulbo es del tipo vapor, y para evitar que el fuelle pueda encontrarse más frío que el bulbo, algunos fabricantes incorporan en el termostato una resistencia para calentamiento del fuelle, tal y como se puede observar en el circuito representado en la figura 8. Fig. 8: Termostato ALCO con resistencia para fuelle. 13

14 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Existen características que pueden aparecer en los datos técnicos de los termostatos y que debes interpretar correctamente, como por ejemplo rearme manual mínima o rearme manual máxima, pero no los comentaremos aquí. Debes investigar en los catálogos para encontrar todas estas alternativas. Te recomendamos la página web de Danfoss: ducts/categories.htm Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor En el siguiente enlace podrás encontrar la información técnica de los termostatos de este fabricante o la de Alco Controls: En este recurso puedes descargar el catálogo de este fabricante. Existen distintos tipos de bulbos según la aplicación. En los catálogos de los fabricantes aparece la información sobre los distintos tipos de bulbos, que generalmente están identificados con una letra. A modo de ejemplo, en la tabla 4 se muestran los distintos tipos de bulbo de los termostatos Danfoss serie KP. A B C Tubo capilar recto Tabla 4: Bulbos para los termostatos Danfoss serie KP. Tubo capilar remoto por aire, 9.5 x 70 mm C1: Sensor para aire 40 x 30 mm C2: Sensor para aire 25 x 7 mm (incorporado en el termostato) (Continúa) 14

15 Unidad Aparatos de Automatismo D E D1: Bulbo remoto de contacto doble 10 x 85 mm D2: Bulbo remoto de contacto doble 1 x 170 mm Nota: No puede utilizarse en vaina de sensor (bulbo) E1: Sensor remoto de conducto.4 x 95 mm EE2: Sensor remoto de conducto 9.5 x 115 mm E3: Sensor remoto de conducto 9.5 x 85 mm F E3: Sensor remoto de conducto 9.5 x 85 mm Tabla 4 (continuación): Bulbos para los termostatos Danfoss serie KP. Termostatos especiales Alguno de los termostatos utilizados en aplicaciones de refrigeración presentan determinadas particularidades que los hacen especiales. Vamos a describirlos a continuación. o Termostato doble Este tipo de termostato incorpora dos bulbos y se emplea para proteger la máquina contra temperaturas de descarga muy altas y para mantener la temperatura del aceite en valores adecuados. Fíjate en el esquema representado en la figura 9. Fig. 9: Contactos e instalación del termostato doble DANFOSS KP

16 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos o Termostato electrónico En la actualidad se emplean con mucha frecuencia los termostatos electrónicos, que además de llevar la función de termostato, suelen llevar la función de termómetro. Recuerda que un termostato no mide la temperatura, esa función la realizan los termómetros. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor En la figura 10 aparece un termostato electrónico de la firma AKO. Fig.10: Termostato electrónico AKO y esquemas de conexionado. Este tipo de termostatos son fáciles de manejar y es posible programar de forma sencilla el diferencial, el tipo de sonda a conectar, la calibración de la sonda, las alarmas,º por lo que su flexibilidad es muy grande. o Termostato con zona neutra Los termostatos con zona neutra (también llamada zona muerta) se emplean frecuentemente en instalaciones con bomba de calor. Existen numerosos modelos: con uno o dos contactos, electrónicos, con el ajuste de la zona neutra simétricamente respecto del set point, etc. 1

17 Unidad Aparatos de Automatismo Podemos definir la zona neutra de un termostato como la banda limitada por dos valores entre los cuales los dos contactos se encuentran en OFF (desactivados). En el caso de que el termostato sólo lleve un contacto, entonces éste tiene una posición en la que el borne común no se conecta a ninguna de las salidas tal y como se representa en la figura 11. En la figura 12 aparece el esquema de conexiones de un termostato para una bomba de calor que incorpora dos contactos, uno para frío y otro para calor. En este caso la zona neutra (ZN) se sitúa por encima del set point (SP). La diferencia en la conmutación de los contactos se debe al diferencial, que en este caso no es ajustable. Fig. 11: Contacto de un termostato cuando la temperatura se encuentra en la zona neutra. Fig. 12: Esquema de conexiones y diagrama de funcionamiento de un termostato con zona neutra. 1 ctividad a Indica cómo se encontrarán los contactos del termostato de la figura 12 si la temperatura varía como se indica en el siguiente gráfico y los ajustes son SP=19 C, ZN=4 C y el diferencial es de 2 C. 17

18 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Ajuste del termostato Recuerda que el termostato no mide temperatura y que, por tanto, para ajustarlo es recomendable utilizar un termómetro con el fin de contrastar los valores de temperatura con los puntos de corte ajustados en el termostato. Las escalas que aparecen en el termostato sólo debes utilizarlas de forma orientativa. Según el tipo de termostato, el ajuste puede variar. A modo de ejemplo te indicamos cómo se ajusta el termostato de la firma ALCO que aparece en la figura 13. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Fig. 13: Ajuste de un termostato ALCO. 2 ctividad a Indica cómo se encontraran los contactos del termostato mostrado en la figura 13 si los ajustes del set point y del diferencial son - C y 4 C y la temperatura varía como se indica en la figura. 18

19 Unidad Aparatos de Automatismo Instalación del termostato Los propios fabricantes facilitan las recomendaciones para la instalación de los termostatos y debes seguirlas convenientemente. A modo de ejemplo te indicamos algunas de dichas recomendaciones para los termostatos Danfoss de la serie KP. Ejemplo Instalación del bulbo en un termostato con carga de vapor. Observa que el bulbo debe encontrarse en el lugar más frío, como ya hemos comentado anteriormente, y que el capilar no debe montarse formando un sifón. Ejemplo Forma de colocar el tubo capilar en función de su longitud. 19

20 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Los presostatos Al igual que el termostato, el presostato es un dispositivo de control y seguridad habitual en las máquinas frigoríficas. Sabes cuáles son sus aplicaciones más usuales? Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Conociendo las características principales de los presostatos podrás interpretar correctamente los datos suministrados por los fabricantes y las instrucciones de montaje. Podemos definir el presostato como un dispositivo que actúa sobre los contactos de un circuito eléctrico en función de la variación de presión del lugar dónde se encuentre su elemento sensor. En las instalaciones frigoríficas podemos encontrar distintos tipos de presostatos: presostato de baja, presostato de alta, presostato combinado de alta y baja, presostato diferencial de aceite. Fig. 14: Presostatos. 20

21 Unidad Aparatos de Automatismo En una máquina frigorífica el presostato se emplea para realizar las funciones siguientes: Control del compresor, tanto por alta como por baja presión. Control de los ventiladores del condensador según la presión de alta. Control de la presión para evitar posibles congelaciones durante el enfriamiento de líquidos. Control de la presión diferencial de aceite. Te has fijado que estas funciones son tanto de control como de seguridad? Sin embargo hay un aspecto importante que debes tener en cuenta: el reglamento de instalaciones frigoríficas prohíbe la utilización de los dispositivos de seguridad como dispositivos de control y regulación. El dispositivo de seguridad limitador de presión ha de ser conforme con la Norma EN En dicho reglamento se establecen las siguientes definiciones: Presostato automático. Dispositivo de desconexión de rearme automático, que se denomina PSH para protección contra una presión alta y PSL para protección contra una presión baja. Presostato con rearme manual. Dispositivo de desconexión de rearme manual sin ayuda de herramientas, denominado PZH si la protección es contra una presión alta y PZL si la protección es contra una presión baja. Presostato de seguridad con bloqueo mecánico. Dispositivo de desconexión accionado por presión, con bloqueo mecánico y rearme manual, únicamente con la ayuda de una herramienta. Se denomina PZHH si la protección es contra una presión muy alta y PZLL si la protección es contra una presión muy baja. Dispositivo de seguridad limitador de presión máxima sometido a un ensayo de tipo. Dispositivo sometido a un ensayo de tipo, diseñado para que en caso de fallo o disfunción del propio instrumento, éste interrumpa el suministro de tensión al equipo. 21

22 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Características de los presostatos Al igual que hemos hecho con los termostatos, vamos a analizar las principales características de los presostatos a partir de los datos que aparecen en los catálogos de los fabricantes. Observa la tabla 5, en ella aparecen los datos de una serie de presostatos de la firma Danfoss. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Tabla 5: Datos de catálogo de presostatos Danfoss. o Presión Los presostatos pueden colocarse en el lado de baja presión (Baja), en el lado de alta presión (Alta) o combinados (Dual). o Gama de regulación La gama de regulación indica la escala de ajuste del set point, en baja (LP) o en alta (HP). En el caso de los presostatos de baja puedes ver como la gama de ajuste va desde, por ejemplo, -0,2 a 7,5 bar. El signo negativo se debe a que se trata de presiones relativas. Recuerda la relación entre presión relativa y presión absoluta: P absoluta = P relativa + P atmosférica = -0,2 + 1 = 0,8 bar 22

23 Unidad Aparatos de Automatismo o Diferencial El concepto de diferencial en el caso del presostato es similar al caso del termostato. Puede ser fijo o ajustable. Fíjate como en el caso de los presostatos combinados, en el lado de alta, el diferencial es fijo. En el apartado dedicado al ajuste del presostato comentaremos algo más sobre el diferencial. o Rearme El rearme puede ser automático, manual o convertible. En este último caso el usuario decide, según la instalación donde se coloque el presostato, si el rearme es manual o automático. En la figura 15 se representan las distintas posibilidades para seleccionar el rearme en un presostato Danfoss combinado. Recuerda que un rearme manual en una instalación de automatización no tiene sentido. Fig. 15: Ajuste del rearme en un presostato combinado Danfoss. o Carga de los contactos Al igual que ocurre con los termostatos, en el caso de los presostatos debemos conocer el dato de la carga de los contactos, sobre todo en el caso de que el presostato se conecte directamente al motor en el caso de equipos monofásicos. Estos datos se suelen facilitar en función de la categoría de empleo y suelen aportar, además, datos de corriente de arranque o a rotor bloqueado (LR) del motor; aquí tienes una muestra. Corriente alterna AC1 AC3 AC15 Carga de los contactos 1 A, 400 V 1 A, 400 V 10 A, 400 V Corriente de arranque max. (L.R.): 112 A, 400 V Tabla : Datos correspondientes a la carga de los contactos. 23

24 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos o Sistema de contactos Los contactos en los presostatos son del tipo SPTD (ya comentados al describir los termostatos). En el caso del presostato DANFOSS, según el tipo de presostato, existen distintas posibilidades tal como puedes ver en la figura 1. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Recuerda cómo interpretar la simbología que aparece en esta figura (puedes repasarla en el módulo Automatismos y Cuadros Eléctricos en la unidad Conocimiento del Material ): La flecha indica que cuando la presión sube por encima de la ajustada, el contacto del presostato cambia de posición. La flecha indica que el contacto cambia de posición cuando la presión disminuye por debajo de la ajustada. Ajuste del presostato Fig. 1: Contactos de los presostatos KP Danfoss. Para el ajuste del presostato se aconseja la utilización de un manómetro, ya que el presostato no mide presión y los datos que aparecen en las escalas son sólo aproximados. A modo de ejemplo te indicamos como se procedería al ajuste del presostato Danfoss representado en la figura 17. Interpretemos la información que recoge: CUT IN. En esta escala ajustamos la puesta en marcha del compresor. Cuando la presión sube por encima del valor ajustado, el motor del compresor se pone en marcha. CUT OUT. Situado en el lado de alta presión se refiere al valor al que se desconectará el compresor cuando la presión aumente por encima del valor ajustado. DIFF. Es una escala para el ajuste del diferencial. La presión de parada del compresor se obtiene como la diferencia entre la presión de marcha y el diferencial. CUT OUT is CUT IN min us DIFF El diferencial en el lado de alta presión es fijo y tiene un valor de 4 bar. 24

25 Unidad Aparatos de Automatismo Fig. 17: Presostato combinado Danfoss. Los valores de ajuste del presostato dependen de la función que esté realizando y del refrigerante utilizado. Instalación del presostato Con los presostatos ocurre igual que con los termostatos: siempre han de seguirse las instrucciones del fabricante. Observa la figura 18; en ella aparece alguna de las instrucciones para la instalación de los presostatos Danfoss. Fíjate que cuando el presostato se encuentre situado por debajo de la tubería, la conexión del tubo debe realizarse por la parte superior de la tubería para evitar la posible llegada de líquido al fuelle. Fig. 18: Conexión del presostato. 25

26 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos 3 ctividad a El esquema eléctrico que te mostramos a continuación corresponde a un presostato de baja presión con el set point ajustado a 4 bar y el diferencial a 2,5 bar. Si la presión del lado de baja es de 2 bar y se encuentra bajando, indica cómo se encontrarán los contactos del presostato. Razona la respuesta. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor 4 ctividad a Consulta de nuevo la figura 1. Qué presostato seleccionarías para controlar la presión de condensación utilizando los ventiladores del condensador? Señala cómo lo conectarías a un ventilador con motor monofásico. 2

27 Unidad Aparatos de Automatismo Presostato diferencial de aceite La misión del presostato diferencial de aceite en un compresor es la de interrumpir su funcionamiento cuando la diferencia de presión entre la salida de la bomba de lubricación y el carter es muy baja. Cuando la presión diferencial de aceite cae por debajo del mínimo aceptable, el presostato debe detener el compresor transcurrido un retardo que suele variar entre 45 y 120 segundos. El presostato se rearmará de forma manual una vez eliminada la causa que provocó el fallo. En la figura 19 puedes ver un presostato diferencial de aceite conectado en un compresor. El esquema de conexiones de este presostato es el representado a continuación. Fig. 19: Presostato diferencial de aceite MP 55 Danfoss. Fig. 20: Esquema de conexiones del presostato MP 55 Danfoss. Cuando el contacto T1 T2 se encuentra cerrado durante un tiempo suficientemente largo, como consecuencia de una diferencia de presión excesivamente baja, el contacto A B pasa de la posición A a la posición B interrumpiéndose la corriente en la bobina del contactor C1 y parando el compresor. Los datos correspondientes a las presiones de arranque y parada del compresor debido a la actuación del presostato diferencial, así como los presostatos diferenciales aptos para cada compresor, se encuentran incluidos en su documentación técnica. 27

28 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Las válvulas solenoide En la práctica totalidad de las máquinas frigoríficas resulta imprescindible controlar de forma automática el flujo del refrigerante o del líquido del medio de enfriamiento, abriendo o cerrando su paso por la tubería. Esta función la realiza la válvula solenoide, que no es más que una válvula controlada por una señal eléctrica. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor La señal eléctrica puede proceder de un termostato, para abrir o cerrar el paso de refrigerante hacia el evaporador; de un reloj programador, para un desescarche por gas caliente... Las válvulas solenoides se emplean para controlar el paso de un fluido por una tubería. A diferencia de las válvulas motorizadas, que regulan el paso del fluido (recuerda la válvula de expansión termostática con motor paso a paso) éstas sólo pueden trabajar en modo todo nada, es decir, sólo pueden estar completamente abiertas o completamente cerradas. La válvula solenoide, como su propio nombre indica, esta accionada por una bobina o solenoide que hace que la válvula abra o cierre. Cuando se hace circular corriente eléctrica por la bobina aparece un campo magnético que desplaza un émbolo móvil abriendo o cerrando la válvula; observa la figura 21 y comprenderás su funcionamiento. Fig. 21: Campo magnético y sección de una válvula solenoide NC. 28

29 Unidad Aparatos de Automatismo En al figura 22 puedes ver una representación de una válvula solenoide Danfoss seccionada; en ella se aprecian las distintas partes que la forman. Fig. 22: Sección de una válvula solenoide Danfoss. Clasificación de las válvulas solenoide Existen distintos criterios de clasificación de las válvulas solenoide: CLASIFICACI N SEG N: Capacidad del sistema De acción directa Pilotadas Tabla 5: Clasificación de válvulas solenoides. (Continúa) 29

30 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Posición > en reposo Normalmente abiertas Normalmente cerradas Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor CLASIFICACI N SEG N: De dos vías N de conexiones De tres vías a las tuberías De cuatro vías Tabla 7 (continuación): Clasificación de válvulas solenoides. Veamos a continuación cuáles son las principales características de algunas de estas válvulas. o Válvulas de acción directa Este tipo de válvulas se utilizan en sistemas de poca capacidad ya que para capacidades grandes sería necesario utilizar bobinas de gran tamaño. En las válvulas de acción directa cuanto más grande es la diferencia de presión entre la entrada y la salida, más difícil resulta abrir la válvula. Al valor máximo de la diferencia de presión con la que se puede lograr abrir la válvula se le llama MOPD y es uno de los datos que aparecen en los catálogos de los fabricantes. Observa los siguientes datos; corresponden a un catálogo Danfoss y si los analizas comprobarás que cuanto mayor es la bobina mayor es el MOPD. Fig. 23: Catálogo Danfoss. 30

31 Unidad Aparatos de Automatismo o Válvulas pilotadas Se utilizan cuando la cantidad de fluido que se quiere controlar es grande (mayor diámetro de la tubería). En este tipo de válvulas la bobina no actúa sobre el orificio principal, sino sobre un orificio de menor tamaño que en combinación con la presión de la línea hace que una válvula de mayor tamaño cambie de posición. En la figura 24 puedes ver una válvula piloto de cuatro vías, fíjate como la bobina actúa sobre una válvula de menor tamaño, que a su vez actúa sobre la válvula principal. Fig. 24: Válvula piloto de cuatro vías. Las válvulas pilotadas suelen llevar incorporadas la opción de abrirlas o cerrarlas de forma manual para el caso de que se produjese un fallo de origen eléctrico. Fig. 25: Válvula solenoide con apertura manual. 31

32 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos o Válvulas de cuatro vías Este tipo de válvula se emplea fundamentalmente en sistemas con bomba de calor, para seleccionar el funcionamiento como calefacción o refrigeración. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor También es posible realizar un desescarche por inversión de ciclo utilizando una de estas válvulas (recuerda la unidad Intercambiadores de Calor). Generalmente se trata de válvulas pilotadas. Para comprender mejor su funcionamiento observa la figura 27. Fig. 2: Válvula de cuatro vías. Denominación de sus tuberías. En ella se representa una válvula conectada a un compresor y dos intercambiadores de calor que aparecen con la denominación INTERIOR y EXTERIOR, en referencia al lugar físico que ocupan. Fíjate en que cuando la máquina invierte el ciclo, la unidad que se encuentra en el interior, pasa de ejercer de condensador a actuar como evaporador o viceversa, de ahí que resulte más conveniente la denominación de los intercambiadores de calor en función del lugar físico que ocupan que, lógicamente, no cambia al invertir el ciclo. Fig. 27: Válvula de cuatro vías Danfoss-Saginomiya. 32

33 Unidad Aparatos de Automatismo EL REFRIGERANTE PASA DESDE LA LÍNEA DE DESCARGA A LA TUBERÍA SITUADA A LA IZQUIERDA A TRAVÉS DE ESTE ORIFICIO. LAS TUBERÍAS DE ASPIRACIÓN Y DEL INTERCAMBIADOR EXTERIOR SE ENCUENTRAN UNIDAS POR MEDIO DE ESTA CONEXIÓN Fig. 28: Válvula de cuatro vías seccionada. En esta figura puedes ver una válvula de cuatro vías seccionada. La posición en la que se encuentra la válvula es la correspondiente al dibujo de la izquierda de la figura 27 (bobina excitada) como podrás comprobar fácilmente. Selección de la válvula Para seleccionar una válvula solenoide debemos tener en cuenta la capacidad requerida y el lugar donde se va a instalar. El fabricante indica la capacidad nominal de la válvula en función del refrigerante y de la línea donde se instale: líquido, aspiración o gas caliente. Las capacidades de la válvula se indican en función de distintos parámetros como temperatura del líquido, temperatura de evaporación, caída de presión en la válvula,º En los catálogos existen además tablas o fórmulas que permiten calcular las capacidades para valores distintos de dichos parámetros. Además de conocer la capacidad, para seleccionar una válvula, también debemos tener en cuenta otros aspectos como los relacionados con las conexiones de las tuberías, tensión de la bobina, posibilidad de apertura manual, NA o NC,º Al igual que ocurría con la válvula de expansión, Danfoss dispone de una herramienta muy sencilla para seleccionar la válvula solenoide de forma simple. 33

34 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Aplicación informática para la selección de válvula solenoide Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Aplicaciones de la válvula solenoide Aunque la válvula solenoide tiene múltiples aplicaciones, la más frecuente es el funcionamiento en pump-down o vaciado del evaporador, que consiste en controlar la válvula solenoide por medio del termostato, de forma que cuando se ha alcanzado la temperatura deseada éste desconecta la alimentación de la válvula cerrando el paso de líquido hacia el evaporador. El compresor continúa funcionando absorbiendo el refrigerante que aún queda en el evaporador, hasta que la presión disminuye y alcanza el valor ajustado en el presostato de baja; en ese momento se desconecta el compresor. Cuando el termostato detecta un aumento de temperatura, la válvula solenoide abre de nuevo, sube la presión de baja y arranca de nuevo el compresor. Otra aplicación típica de la válvula solenoide es el desescarche por gas caliente como ya hemos comentado en la unidad de intercambiadores de calor. 34

35 Unidad Aparatos de Automatismo 5 ctividad a En la figura aparece un esquema de una instalación frigorífica tomado del Manual de Automatización de instalaciones de refrigeración comerciales de Danfoss, que se ha modificado ligeramente, para el propósito de la actividad. Indica qué función tiene el presostato KP 5 y qué elemento controla la válvula solenoide EVR. 35

36 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Los controles electrónicos Los componentes electrónicos en los últimos años han alcanzado un desarrollo muy grande y se comercializan a unos precios muy competitivos, razón por la cual cada vez se utilizan más en las máquinas frigoríficas. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor 3 Hasta hace poco tiempo los circuitos de control de las máquinas frigoríficas estaban basados en la tradicional tecnología de relés, pero en la actualidad existen numerosas aplicaciones que permiten mejorar significativamente el control y mantenimiento de las máquinas a partir de una programación muy sencilla: señales de alarma vía móvil, registros de temperaturas, control de desescarche, control de la presión de condensación, regulación PIDº; éstas son algunas de las funciones que podemos encontrar para este tipo de dispositivos. En el mercado existen muchos y variados modelos de controles electrónicos; en esta unidad comentaremos sus principales características. En cualquier caso suelen ser sencillos de manejar. Funciones de los controles electrónicos Son numerosos los fabricantes de dispositivos de control electrónico para cámaras frigoríficas y existe en el mercado una gran cantidad de modelos, pero básicamente son todos muy similares. Las funciones que incorporan suelen ser las mismas y únicamente cambia la denominación de los distintos parámetros. Como no es posible estudiar los modelos de varios fabricantes hemos elegido uno de Danfoss y a partir de él deberías ser capaz de entender los modelos de otras marcas. El modelo elegido es el que muestra la figura 29, el EKC 204A Controlador de temperatura. Entre las funciones más habituales de estos controladores podemos encontrar las que se describen a continuación. Fig. 29: Controlador electrónico Danfoss EKC 204 A.

37 Unidad Aparatos de Automatismo o Termostato Mediante un control electrónico es posible ajustar el set point y el diferencial, de forma similar a como se hace con un termostato convencional. Además suelen incorporar una función que limita los valores superior e inferior de las temperaturas de corte del termostato, para evitar posibles errores por parte del usuario, de forma que no es posible programar temperaturas por encima o por debajo de estos valores. También es posible seleccionar las unidades en las que se mide la temperatura ( C o F). Por otro lado para compensar la longitud de los cables de las sondas pueden incorporar una función que permite calibrarlas. Al igual que ocurre con los termostatos convencionales (ver la unidad Conocimiento del Material del módulo Automatismos y Cuadros E éctricos) l es posible seleccionar que la máquina funcione permanentemente o se encuentre siempre parada, independientemente de la lectura de las sondas. Este modelo de controlador incorpora más funciones para el termostato pero no las comentaremos aquí por tratarse de opciones menos generales, aunque en ningún caso deben considerar inútiles. Te recomendamos que consultes el manual de este equipo si quieres obtener más información. o Alarmas Una de las ventajas de los controles electrónicos es la posibilidad de realizar múltiples funciones que de otra forma no sería posible con un coste razonable, como por ejemplo: alarma por temperatura muy alta o muy baja, puerta abiertaº Las alarmas se pueden retardar un tiempo para evitar emitir la señal de alarma cuando en realidad no exista tal situación. Por ejemplo, si abrimos la puerta de la cámara la alarma de puerta abierta no debería activarse de forma inmediata ya que no se ha producido ninguna situación anómala. En cambio, sí deberá activarse la alarma si nos dejamos la puerta abierta. o Desescarche Los controladores electrónicos incorporan la posibilidad de seleccionar el tipo de desescarche: por resistencias, gas caliente, dejando en marcha los ventiladores del evaporador (para cámaras de temperatura positiva)º 37

38 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Además de seleccionar el tipo de desescarche, también es posible ajustar otros parámetros para lograr que dicho desescarche resulte lo más eficaz posible. Entre las funciones más habituales podemos citar las siguientes: Inicio del desescarche. Para esta función existen varias posibilidades: Inicio a intervalos de tiempo fijos. Inicio a determinadas horas del día. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor El inicio del desescarche depende del tiempo que la máquina lleve produciendo frío, de forma que si la máquina funciona poco tiempo porque la carga frigorífica sea baja, los desescarches se retrasan. Recuerda que durante el desescarche se produce un gasto de energía, por lo que no resulta conveniente realizar desescarches de forma innecesaria. Manual, generalmente actuando sobre una de las teclas del programador. Utilizando una de las entradas digitales para dar la señal de inicio de desescarche, por ejemplo a partir de una célula fotoeléctrica o cualquier otro sistema que detecte el espesor de la escarcha acumulada. A través del bus de datos que conecta el controlador con un PC o un autómata programable. Tiempo de goteo para retardar la inyección de líquido en el evaporador una vez que ha finalizado el desescarche. Retardo de los ventiladores, para evitar que éstos se pongan en marcha una vez finalizado el desescarche, de forma que no se produzca un choque entre el aire caliente que sale del evaporador y el aire frío que se encuentra en la cámara. Fin de desescarche por tiempo, temperatura o una combinación de los dos. o Compresor En el compresor es posible programar algunos parámetros, como por ejemplo el mínimo tiempo entre dos arranques consecutivos, lo que resulta muy útil en compresores con motor monofásico y bajo par de arranque, como veremos posteriormente. o Ventiladores del evaporador Es posible programar el retardo en la parada del ventilador del evaporador tras la parada del compresor o bien hacer que se detenga si la puerta de la cámara se encuentra abierta. 38

39 Unidad Aparatos de Automatismo o Monitorización y registro de temperaturas El controlador da opción a registrar las temperaturas excesivas que puedan producirse, registrando el momento en que ha ocurrido. o Otras funciones Con los controles electrónicos es posible seleccionar el tipo de sonda (Pt100, NTC, termopar,º) o la función de la entrada digital (puerta abierta, pulsador para desescarche, etc.). Como has podido comprobar son muchas las funciones que incorporan los controladores electrónicos. Sus numerosas prestaciones y su bajo coste hacen que cada vez sean más utilizados. En el módulo Automatismos y Cuadros Eléctricos te proponemos una práctica para que manejes uno de estos dispositivos. Cabe señalar que la programación de estos dispositivos suele ser bastante sencilla ya que se organizan en carpetas (alarmas, desescarche, ventiladoresº) y en cada una de ellas existe una serie de parámetros que se pueden ajustar. Conexionado de los controles electrónicos El conexionado de un control electrónico depende de sus prestaciones, pero de forma general podemos indicar lo siguiente: 1. Los controles electrónicos incorporan varias señales de entrada de tipo analógico: Pt, NTC, termoparº, generalmente para medir distintas temperaturas tales como ambiente, fin de desescarche, salida aire evaporador, etc. 2. Disponen, así mismo, de alguna entrada digital, con las que es posible programar distintas situaciones como hemos visto anteriormente. Este tipo de entrada es un contacto procedente de un interruptor, final de carrera,º 3. Pueden llevar entradas 4 20 ma ó 0 10 V para la conexión de un transmisor de señal, generalmente de presión. 4. Las salidas suelen ser de tipo digital aunque también pueden incorporar una salida tipo TRIAC para el control de válvulas de expansión electrónicas. 5. Suelen incorporar conexiones para una red local. 39

40 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Fig. 30: Circuitos de conexión de dos controladores electrónicos (DANFOSS y ALCO). Control electrónico de los condensadores Los controles electrónicos se utilizan hoy en día para controlar la presión de condensación en los condensadores refrigerados por aire. Como sabes la presión de condensación aumenta al aumentar la temperatura ambiente y una forma de controlarla es regulando el caudal del aire que refrigera los condensadores. En el esquema de la figura 31 se representa un controlador sencillo para los ventiladores del condensador. A medida que aumenta la necesidad del caudal de aire se ponen en marcha uno, dos, tres o cuatro ventiladores. Para medir de forma continua el valor de la presión de condensación se emplea un transmisor de presión (5) que convierte la señal de presión en una señal eléctrica, normalmente de 0 10 V o de 4 20 ma. En esta figura puedes observar el aspecto físico de un transmisor de presión ALCO, este transmisor convierte una señal de presión que puede variar entre 0 y 30 bar en una señal de corriente comprendida entre 4 y 20 ma. Fig. 31: Control electrónico de la presión de condensación (ALCO-CONTROLS). Fig. 32: Transmisor de presión (ALCO-CONTROLS). 40

41 Unidad Aparatos de Automatismo Fíjate que si el cable de corriente se rompe, el valor de la señal sería 0 ma y el circuito electrónico podría distinguir el valor 0 ma (rotura del cable) del valor 4 ma (valor mínimo de la señal de presión). Fig. 33: Relación presión-corriente en un transmisor de presión ALCO. Este tipo de transmisor de presión no sólo se utiliza para el control de los condensadores sino que tiene su lugar en numerosas aplicaciones, como por ejemplo en el colector de aspiración de una central frigorífica para enviar el valor de la señal de presión al control electrónico, tal como puedes ver en la figura 34. Fig. 34 a) y b): Transmisor de presión y control electrónico para una central frigorífica. Otro caso típico de aplicación de este tipo de transmisores de presión es el control de cámaras con válvula de expansión electrónica. Recuerda que para la medida del recalentamiento se puede emplear el método presión temperatura, y para ello se necesita conocer la presión de aspiración y la temperatura a la salida del evaporador. Observa la posición del transmisor en la figura 35. Fig. 35: Control de una cámara con válvula de expansión electrónica (ALCO-CONTROLS). 41

42 Módulo: Máquinas y Equipos Frigoríficos Controladores con regulación PID No vamos a estudiar con detalle en esta unidad didáctica los distintos tipos de reguladores que existen pero sí comentaremos brevemente algunas de sus características dado que cada vez aparecen con más frecuencia en aplicaciones donde la temperatura o la humedad deben permanecer lo más estables posible. Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor Describiremos aquí los sistemas de control basados en reguladores PID (Proporcional Integral Diferencial). Se trata de sistemas complejos y están basados en la existencia de una señal de realimentación, de modo que un Fig.3: Variación de temperatura para distintos ajustes PID. captador, por ejemplo una sonda de temperatura (Pt 1000), detecta continuamente el valor de la señal que estamos regulando y la envía a un controlador. Éste compara el valor medido en cada instante con el valor deseado y actúa sobre el sistema, es decir actúa en función del error que exista en el sistema. En un controlador PID los valores de la parte proporcional, integral y diferencial pueden ajustarse, pero generalmente incorporan una función de autosintonizado de forma que es el propio controlador el que ajusta estos parámetros. Ajustando convenientemente estos parámetros, podemos obtener distintas aproximaciones de la variable regulada al valor deseado, tal como aparece en la figura 3. Fig. 37: Influencia de la acción de control en la variación de la variable controlada. Los sistemas con control PID consiguen ajustar la variable que se esta controlando al valor deseado con unos márgenes de error muy bajos. En al figura 37 se comparan los resultados obtenidos aplicando distintas acciones de control (P, PI o PID) para alcanzar un determinado valor de temperatura (indicada en color rojo en la figura). Puedes comprobar que cuando se aplica control únicamente proporcional siempre aparece error, es decir, no se alcanza el valor deseado de la variable regulada. Cuando se aumenta la acción P, el error disminuye pero aumentan las oscilaciones de dicha variable. Cuando la acción de control es PI o PID el error desaparece. 42