Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío

Técnico en Montaje y Mantenimiento
de Instalaciones de Frío,
Climatización y Producción de Calor
Unidad
FORMACI‡N PROFESIONAL A DISTANCIA
CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO
6
Aparatos de Automatismo
MÓDULO
Máquinas y Equipos Frigoríficos
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: 84-690-1471-4
Depósito Legal: AS-0591-2006
Copyright:
© 2006. 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 1/2.996, 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.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Sumario general
Objetivos ..............................................................................................
4
Conocimientos .......................................................................................
5
Introducción...........................................................................................
6
Contenidos generales ............................................................................
6
La automatización de un sistema frigorífico .........................................
7
Los termostatos ....................................................................................
9
Los presostatos..................................................................................... 20
Las válvulas solenoide ........................................................................ 28
Los controles electrónicos.................................................................... 36
Resumen ............................................................................................... 47
Autoevaluación ..................................................................................... 49
Respuestas actividades .......................................................................... 51
Respuestas de autoevaluación. ............................................................... 53
3
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Objetivos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:
4
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.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Introducción
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
6
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.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
APARATO
• Regulación: control de la temperatura de la cámara.
Termostatos
• Seguridad: limitar la temperatura.
• Regulación: control del compresor y presión alta.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Presostatos
8
FUNCI‡N
• Seguridad: limitar presión y diferencial de aceite.
Válvulas solenoide
• Automatizar funcionamiento máquina.
Controles electrónicos
• Control y automatización máquina.
Tabla 1: Ejemplos de aplicaciones de instrumentos.
Fig. 1: Presostatos, termostatos y transmisores de presión Danfoss.
Fig. 2: Control electrónico y válvulas solenoide.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
En la figura 3 aparecen distintos modelos de termostatos de la casa Danfoss.
10
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 (tmax) y para el ajuste del diferencial
(Diff).
También puedes apreciar los terminales
para los contactos eléctricos (1,2 ,4).
Fig. 4: Termostato sin carcasa.
Unidad
6
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)
• -30 Æ 30°C
• 0 Æ 40°C
Temperatura ambiente
-30 Æ 55 °C
Rearme
Automático
Diferencial
Fijo, 2.3 K
Sistema de contactos
Inversor unipolar SPDT
Carga de los contactos
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
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
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
12
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 6 puede verse el botón
de reset de un termostato DANFOSS.
Fig. 6: Detalle botón reset termostato DANFOSS.
Los termostatos con rearme manual
no deben emplearse para funciones de automatización.
o Carga de los contactos
Este parámetro indica la intensidad máxima que puede pasar por los contactos de forma
permanente sin que sufran deterioro.
Generalmente se indica para una categoría de empleo dada, en corriente alterna o corriente continua (AC1, AC 3,º) o bien señalando directamente el régimen de carga del
motor.
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.
Unidad
6
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.
Fig.
7:
Contactos
para
termostato DANFOSS.
o Carga del bulbo
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
TIEMPO RESPUESTA
Vapor
Muy rápido
Líquido
Rápido
Adsorción
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
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:
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
http://www.Danfoss.com/Spain/BusinessAreas/Refrigeration+and+Air+Conditioning/Pro
ducts/Categories.htm
14
En el siguiente enlace podrás encontrar la información técnica de los termostatos de
este fabricante o la de Alco Controls:
http://www.ecopeland.com/alcoliterature.cfm?section=alco3
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
Tubo capilar recto
B
Tubo capilar remoto por aire,
∅ 9.5 x 70 mm
C
C1: Sensor para aire ∅ 40 x 30 mm
C2: Sensor para aire ∅ 25 x 67 mm
(incorporado en el termostato)
Tabla 4: Bulbos para los termostatos Danfoss serie KP.
(Continúa)
Unidad
6
D
E
F
Aparatos de
Automatismo
D1: Bulbo remoto de contacto doble
∅ 10 x 85 mm
D2: Bulbo remoto de contacto doble
∅ 16 x 170 mm
Nota: No puede utilizarse en vaina
de sensor (bulbo)
E1: Sensor remoto de conducto ∅
6.4 x 95 mm
EE2: Sensor remoto de conducto ∅
9.5 x 115 mm
E3: Sensor remoto de conducto ∅
9.5 x 85 mm
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 98.
15
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.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Recuerda que un termostato no mide la temperatura, esa función la realizan los
termómetros.
16
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.
Unidad
6
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.
Aparatos de
Automatismo
Fig. 11: Contacto de un
termostato cuando la temperatura
se encuentra en
la zona neutra.
1
ctividad
Fig. 12: Esquema de conexiones y diagrama de funcionamiento de un termostato con zona neutra.
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Ajuste del termostato
18
Fig. 13: Ajuste de un termostato ALCO.
2
ctividad
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
a
Indica cómo se encontraran los contactos del termostato mostrado en la figura 13 si los ajustes del set point y del diferencial son -6 °C y 4 °C y la temperatura varía como se indica en
la figura.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Los presostatos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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?
20
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.
Unidad
6
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 12263. 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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Características de los presostatos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
22
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:
Pabsoluta = Prelativa + Patmosférica = -0,2 + 1 = 0,8 bar
Unidad
6
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 equiCarga de los contactos
pos monofásicos.
Corriente alterna
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.
AC1
16 A, 400 V
AC3
16 A, 400 V
AC15
10 A, 400 V
Corriente de arranque max. (L.R.): 112 A, 400 V
Tabla 6: Datos correspondientes a la carga de los
contactos.
23
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
o Sistema de contactos
Los contactos en los presostatos son del tipo SPTD
(ya comentados al describir los termostatos).
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
En el caso del presostato DANFOSS, según el tipo
de presostato, existen distintas posibilidades tal
como puedes ver en la figura 16.
24
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∆):
u
La flecha
indica que cuando la presión
sube por encima de la ajustada, el contacto
del presostato cambia de posición.
v
La flecha
indica que el contacto cambia
de posición cuando la presión disminuye
por debajo de la ajustada.
Ajuste del presostato
Fig. 16: 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.
Unidad
6
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
3
ctividad
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
26
4
ctividad
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
a
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.
Consulta de nuevo la figura 16. ∂Qué presostato seleccionarías para controlar la presión de condensación utilizando los
ventiladores del condensador?
Señala cómo lo conectarías a un ventilador con motor monofásico.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Las válvulas solenoide
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
28
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.
Unidad
6
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
CLASIFICACI‡N SEG„N:
Existen distintos criterios de clasificación de las válvulas solenoide:
De acción directa
Capacidad
del sistema
Pilotadas
Tabla 5: Clasificación de válvulas solenoides.
(Continúa)
29
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
30
CLASIFICACI‡N SEG„N:
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Posición >
en reposo
• Normalmente abiertas
• Normalmente cerradas
De dos vías
N≥ de conexiones
a las tuberías
De tres vías
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.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
o Válvulas de cuatro vías
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Este tipo de válvula se emplea fundamentalmente en sistemas con bomba de calor,
para seleccionar el funcionamiento como
calefacción o refrigeración.
32
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.
En ella se representa una válvula conectada a un compresor y dos intercambiaFig. 26: Válvula de cuatro vías. Denominación
de sus tuberías.
dores 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.
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Aplicación informática para la selección de válvula solenoide
34
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.
5
ctividad
Unidad
6
a
Aparatos de
Automatismo
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Los controles electrónicos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
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.
36
Unidad
6
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 Eléctricos) 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
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.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
• Inicio a determinadas horas del día.
38
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.
Unidad
6
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
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
40
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).
Unidad
6
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
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Controladores con regulación PID
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
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.
42
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
Fig.36: Variación de temperatura para
una señal de realimentación, de modo que un
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 36.
Los sistemas con control PID consiguen ajustar la
variable que se esta controlando al valor deseado con
unos márgenes de error muy bajos.
Fig. 37: Influencia de la acción de
control en la variación de la
variable controlada.
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.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Instrumentos para la adquisición y registro de datos
El reglamento CE N≥ 37/2005 relativo al Control de las temperaturas en los medios de
transporte y en los locales de almacenamiento de alimentos ultracongelados destinados al consumo humano, establece que se debe disponer de instrumentos de medida y
registro adecuados para controlar, a intervalos regulares y frecuentes, la temperatura a
la que se encuentran sometidos.
Los instrumentos de medida deben cumplir las normas EN 12830, EN 13485 y EN 13486.
Además los explotadores de empresas alimentarias deberán fechar y guardar las temperaturas registradas al menos durante un año, teniendo en cuenta la naturaleza y el período de conservación de los alimentos ultracongelados.
Para cumplir con estas especificaciones los fabricantes de instrumentos electrónicos han
diseñado sistemas de medida, registro y almacenamiento de temperatura, que suelen
denominarse data√loggers.
En la figura 38 se muestra uno de estos equipos de la firma Eliwell.
Fig. 38: Registrador de temperaturas Eliwell.
Otros equipos además de incluir las funciones de registro y almacenamiento de datos
incorporan las funciones tradicionales de los controladores electrónicos: control de la
válvula de expansión electrónica, desescarche, alarmas, etc. (Figura 39).
43
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
44
Fig. 39: Funciones del controlador AKC 72 de Danfoss.
En muchos casos los controladores electrónicos incorporan funciones como, por ejemplo, HACCP. ∂Qué quiere decir esto? El HACCP (Hazard Analisys and Critical Control
Point) o Análisis de Riesgos y Control de Puntos Críticos es un procedimiento para garantizar la inocuidad de los alimentos. Para llevarlo a cabo es necesario realizar distintas
medidas de temperatura, registrarlas y analizarlas.
Estos dispositivos memorizan los datos de tiempo en los que el producto se encuentra
fuera de los límites establecidos y las temperaturas máxima y mínima alcanzadas.
Además registran los posibles apagones de la máquina y el tiempo empleado en volver al
rango de temperatura deseado. Si se produce algún error en la sonda de temperatura
también memorizan el momento en que ha ocurrido.
Fig. 40: Control electrónico Eliwell para HACCP.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Control de la humedad relativa
Otra de las variables que es necesario controlar en los equipos frigoríficos es la humedad
relativa del aire (HR). La conservación de determinados productos exige mantener la HR
en unos valores adecuados. En la figura 41 aparece un controlador de humedad relativa y
una sonda de la firma Eliwell.
Fig. 41: Control electrónico de humedad y sonda resistiva.
Para medir la humedad relativa se utilizan sondas de tipo resistivo o capacitivo. Estas
sondas basan su funcionamiento en la variación de la resistencia o de la capacidad de un
circuito eléctrico en función de la humedad relativa del aire.
Otros controles electrónicos
Hasta ahora hemos estudiado algunas de las aplicaciones más habituales de los controles
electrónicos, pero existen otras muchas. Necesitaríamos mucho tiempo para describir
todas las posibles aplicaciones de estos instrumentos y por eso aquí incluiremos sólo
algunos ejemplos que fácilmente podrás encontrar en tu carrera profesional.
Controles electrónicos para la generación de agua caliente sanitaria, ACS.
Fig. 42: Control electrónico Eliwell
para la generación de ACS.
45
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Equipos para el control de la fermentación de la masa del pan. Con ellos se pueden
controlar las distintas fases que constituyen el proceso de elaboración del pan.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Equipos para el control de los tanques de leche.
46
Fig. 43: Control electrónico para la
elaboración de masas de pan.
Fig. 44: Control electrónico para
tanques de leche.
En algunas ocasiones estos instrumentos presentan un formato diferente similar al que
aparece en la figura 45.
Este tipo de tarjetas deben instalarse en un
armario adecuado ya que los componentes
Fig. 45: Control electrónico unidad conno se encuentran protegidos.
densadora en formato tarjeta.
Como has podido ver son numerosos los controles electrónicos que existen en
el mercado, pero todos ellos tienen unas características comunes:
Entradas analógicas: termopar, termorresistencia, transmisor de presiónº
Entradas digitales: un contacto libre de potencial normalmente abierto.
Entradas 4-20 mA ó 0-10 V.
Salidas digitales tipo relé. En la figura 45 puedes apreciar los relés de salida.
Programación sencilla adaptada a la aplicación específica para la que fueron
diseñados.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Resumen
La automatización de un
sistema frigorífico
Los termostatos
Existen numerosos aparatos destinados a automatizar
el funcionamiento de una máquina frigorífica; concretamente algunos son:
•
Termostastos: controlar/limitar la temperatura de la
cámara.
•
Presostatos: controlar el compresor y la presión alta.
•
Válvulas solenoide: automatizar el funcionamiento
de la máquina.
•
Controles electrónicos: controlar y automatizar el
funcionamiento de la máquina.
Dispositivos que actúan sobre los contactos de un circuito eléctrico en función de la variación de temperatura del lugar dónde se encuentre su elemento sensor.
•
Los presostatos
Termostato zona neutra: termostato en el cual los
contactos se están en OFF cuando la temperatura
se encuentra dentro de la zona neutra.
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.
•
Presostato diferencial de aceite: presostato que
desconecta el compresor cuando la diferencia de
presión entre la salida de la bomba de lubricación
y el carter del compresor es inferior al valor predeterminado.
Diferencial: diferencia entre la temperatura de conexión y desconexión, o dicho de otra forma, diferencia entre las temperaturas a las que los contactos
cambian de posición. Puede aplicarse a un termostato o un presostato.
47
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
Las válvulas solenoide
Válvula que funciona en modo todo-nada para controlar el paso de un fluido por una tubería y que es
accionada por un solenoide.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
•
48
Los controles electrónicos
Válvula de cuatro vías: válvula de accionamiento
automático que, generalmente con dos vías, comunica dos zonas del sector de alta y otras dos del
sector de baja y cuya finalidad es intercambiar la
interconexión entre ambas con el objetivo de efectuar un desescarche por inversión de ciclo o en
máquinas que funcionan como bomba de calor.
Equipo programado para realizar distintas funciones
en una instalación frigorífica: control del desescarche, medida de temperaturas, º Permiten mejorar y
simplificar el control de la máquina.
•
Control PID: sistema de control que permite mantener una variable, por ejemplo la temperatura, en
un valor fijo aunque aparezcan perturbaciones.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Autoevaluación
1. Un presostato es un dispositivo que:
a. A partir de una señal de temperatura abre o cierra contactos eléctricos.
b. Cuando una señal de presión alcanza el valor de reglaje, los contactos de
apertura/cierre cambian de posición.
c. Mide la presión en una tubería.
2. El termostato ambiente se instala:
a. En la corriente de aire que sale del evaporador
b. En la corriente de entrada de aire al evaporador
c. En algún lugar de la cámara que no este influenciado por corrientes de aire o
fuentes de calor diversas.
3. Un termostato con selector automático / paro:
a. Permite desconectar la máquina de forma manual sin necesidad de modificar el
ajuste de la temperatura
b. Los termostatos no tienen esa función, ya que es propia del automatismo
c. Permite conectar la máquina de forma permanente.
4. Un termostato con carga de vapor debe tener el bulbo en la parte más fría de todo
el sistema, por lo que en algunos casos:
a. Incorporan una resistencia de calentamiento del fuelle
b. Debe aislarse convenientemente el bulbo
c. No debe emplearse en aplicaciones de alta temperatura
5. Un presostato con ajuste diferencial permite:
a. Regular las presiones de máxima y mínima (parada y arranque).
b. Los presostatos no tienen diferencial.
c. Modificar el punto de consigna sin alterar las presiones máxima y mínima.
6. Si el ajuste del diferencial en el presostato de baja es muy pequeño puede ocurrir:
a. Que el compresor no se pare.
b. Que el compresor funcione en ciclos cortos.
c. Que el compresor no arranque.
49
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
7. La capacidad de ruptura de un presostato o de un termostato hace referencia a:
a. La mínima intensidad que puede pasar por los contactos.
b. La máxima intensidad que puede pasar por los contactos sin que se deterioren
durante un tiempo suficientemente largo.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
c. La presión o temperatura que pueden soportar sin que se produzca la ruptura de
los contactos.
50
8. Un presostato combinado es aquel que:
a. Combina en un solo dispositivo las funciones de presostato y manómetro.
b. Tiene dos tomas de presión, una para el lado de baja y otra para el lado de alta
presión.
c. Combina en la misma escala la regulación de la consigna y del diferencial.
9. A. López va a comprar un presostato. Cual de las siguientes informaciones es más
precisa en el momento de pedirlo al vendedor:
a. Gama de regulación, tipo de refrigerante, conexiones a la tubería y tipo de diferencial.
b. Gama de regulación, tipo de refrigerante y número de contactos.
c. Gama de regulación, capacidad de ruptura y tipo de refrigerante.
10. A. López quiere comprobar el funcionamiento de un termostato cuyo margen de
regulación es de 8 a 45 oC utilizando un polímetro para medir continuidad en los
contactos. Regulando la consigna a 20 oC y sujetando el bulbo con la mano,
comprueba que el funcionamiento de los contactos es el correcto. En estas condiciones observa que entre los terminales 1 - 3 hay continuidad y entre los terminales 1 √ 2 no.
Si queremos emplear el termostato para poner en marcha un ventilador cuando la
temperatura sea superior a la consigna, emplearemos los contactos:
a. 1 √ 3.
b. 1 √ 2.
c. Este termostato no sirve para esta aplicación dado que el contacto conmutado
impide realizar este tipo de control.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Respuestas Actividades
1. La siguiente figura muestra cómo se encuentran los contactos del termostato, teniendo en cuenta la temperatura, ajuste y diferencial indicados:
2. La siguiente figura muestra cómo se encuentran los contactos del termostato, teniendo en cuenta la temperatura, ajuste y diferencial indicados:
51
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
3. Para un presostato de baja (LP) Danfoss se cumple:
CUT IN minus DIFF = CUT OUT; por tanto, tendremos: 4 √ 2.5 = 1.5 bar.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Como la presión del lado de baja es 2 bar el contacto se encontrará tal y como
aparece en la imagen, es decir, 1 √ 4 cerrado.
52
4. Utilizaríamos un presostato de HP.
Para conectarlo al motor del ventilador del condensador debemos tener en cuenta
que cuando la presión sube el motor debe arrancar, y por tanto, se conectará el
motor del ventilador al terminal 4 del presostato.
Debemos tener en cuenta que el motor monofásico debe tener un consumo inferior a la capacidad de ruptura de los contactos del presostato.
5 El presostato KP5 tiene como función conectar el ventilador del condensador al
aumentar la presión de alta.
La válvula solenoide EVR se controla por medio del termostato KP 61. Se trata, por
tanto, de un control puma-down.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Respuestas Autoevaluación
1. La respuesta correcta es la b. Los presostatos no miden la presión, ya que esa función la realizan los manómetros, y no función según las variaciones de temperatura, función reservada a los termostatos.
2. La respuesta correcta es la c. Si colocamos el termostato ambiente en las corrientes
de aire indicadas anteriormente no actuará en función de la temperatura de la cámara y se encontrará con temperaturas muy bajas, si lo colocamos a la salida del
evaporador, o muy elevadas si se instala en la corriente de aire de retorno.
3. La respuesta correcta es la a. Este tipo de termostatos permite parar la máquina sin necesidad de esperar a que actúe según la temperatura. Para ello incorporan un interruptor
que si lo accionamos desconecta (paro) la máquina sin variar el ajuste del mismo.
4. La respuesta correcta es la a. La resistencia de calentamiento del fuelle permitiría
que éste no se encontrase a una temperatura inferior a la del bulbo.
5. La respuesta correcta es la a. Los presostatos con diferencial ajustable permiten
regular las presiones máxima y mínima ajustando el diferencial y el set-point.
6. La respuesta correcta es la b. Con diferenciales pequeños el compresor trabajará en
ciclos cortos ya que las presiones máxima y mínima se encontrarán muy próximas
y el compresor en poco tiempo conseguirá bajar la presión al valor ajustado.
7. La respuesta correcta es la b. La capacidad de ruptura se refiere a la intensidad máxima
que puede pasar sin deteriorar los contactos durante un tiempo suficientemente largo.
Durante tiempos más cortos es posible que la intensidad sea superior a esta.
8. La respuesta correcta es la b. Hablamos de presostatos combinados cuando tienen
dos tomas de presión.
53
Módulo: Máquinas y Equipos
Frigoríficos
9. La respuesta correcta es la a. Aunque todas ellas pueden ser importantes la primera
es más precisa, ya que el número de contactos suele ser siempre el mismo y la capacidad de ruptura, a pesar de ser un dato importante sólo se debe tener en cuenta
en el caso de que el presostato se conecte directamente al motor del compresor,
lo cual sólo ocurriría en el caso de motocompresores monofásicos.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
10. La respuesta correcta es la a. Como hemos ajustado la consiga o set point a 20 oC
54
y lo sujetamos con la mano, que se encuentra a una temperatura superior a ésta,
la situación es similar a la que ocurriría el caso del ventilador.
Unidad
6
Aparatos de
Automatismo
Notas
55
Técnico en Montaje y Mantenimiento
de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor