Motocompresor Alternativo Piston

Aurelio Cadenas

Motocompresor alternativo s

MOTOCOMPRESOR ALTERNATIVO

7. Motocompresor alternativo monofásico........................................................................2 7.1 Caja de conexiones eléctricas..................................................................................5 7.2 Protección interna....................................................................................................6 7.3 Tipos de arranque ...................................................................................................7 7.3.1 Arranque con relé de intensidad .......................................................................8 7.3.2 Arranque con PTC............................................................................................9 7.3.3 Arranque con relé de tensión..........................................................................12 7.4 Condensadores de arranque y de marcha ..............................................................13 7.5 Conexiones de los motocompresores alternativos monofásicos ...........................16 9. Motocompresor trifásico .............................................................................................18 9.1 Placa de conexiones de un motocompresor trifásico.............................................19 9.2 Arranque del motocompresor trifásico..................................................................19 9.2.1 Arranque directo con motor en estrella o triangulo........................................20 9.2.2 Arranque estrella-triangulo.............................................................................21 9.2.3 Arranque directo con motor Part-winding......................................................23 9.2.4 Arranque con motor Part-winding..................................................................23 9.2.5 Arranque con resistencias estatóricas.............................................................25 9.2.6 Arrancadores estáticos....................................................................................25 9.3 Arranque descargado .............................................................................................26 9.4 Protección interna..................................................................................................27 9.5 Protección electrónica ...........................................................................................28 9.6 Protección de seguridad externa............................................................................30

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Motocompresor alternativo

7. Motocompresor alternativo monofásico

Cuando queramos instalar una maquina frigorífica y solo dispongamos de energía eléctrica monofásica, nos vemos obligados a utilizar motocompresores monofásicos, aunque debemos tener en cuenta que a igualdad de potencia son más caros que los trifásicos y también son menos eficientes. La gama de potencias de estos motocompresores puede alcanzar hasta los 3 CV de potencia Pero ¿Como arranca un motor en el compresor? Debemos de entender el arranque como el tiempo que transcurre desde que empieza a girar (0 rpm) hasta que alcance la velocidad correspondiente a la marcha, (por ejemplo 1450 rpm). Así pues, cuando un compresor arranca necesita una fuerza mayor que: • • •

La fuerza de inercia y fricción estática La fuerza para comprimir el gas (densidad) La fuerza ejercida por la diferencia de presión a los dos lados del pistón

En cambio cuando un compresor ya ha arrancado necesita una fuerza mayor que: • • •

La fuerza de fricción dinámica La fuerza para comprimir el gas (densidad) La fuerza ejercida por la diferencia de presión a los dos lados del pistón

Por lo tanto, el motor inicialmente debe hacer una fuerza mayor (par de arranque) y después de unos segundos (par de funcionamiento), necesita una fuerza menor. Esto significa que el motor del compresor necesita una configuración en el arranque y otra en marcha, unos segundos después El PAR (torque en ingles) de un motor, es la fuerza que hace posible el giro. Esto es, el par (T) es igual a la fuerza aplicada (F) multiplicada por la distancia al eje de giro (d). Por lo tanto, dos motores con la misma fuerza y distinto tamaño, tendrán distinto par.

Cuando aumenta la carga que tiene conectada un motor, el par debe aumentar y para ello el motor debe absorber mayor intensidad de corriente. Se acostumbra a confundir par con potencia. Un motocompresor tendrá una potencia (P) determinada que depende de su forma constructiva y podrá desarrollar un par (T) en función de la velocidad de giro (w). La relación entre potencia y el par es: P = T x w, donde podemos observar que a velocidades bajas el motocompresor puede proporcionar alto par.

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LST (Low Start Torque) Bajo Par de arranque para máquinas con tubo capilar

Arranque por resistencia y devanado de marcha

Arranque por resistencia y condensador de marcha

HST (High Start Torque) Alto Par de arranque para máquinas con válvula expansión

Condensador de Arranque y devanado de marcha

Condensador de Arranque y de marcha

Tabla 1: Denominación de los motocompresores monofásicos en función del par de arranque El motocompresor monofásico normalmente tiene dos bobinados: • •

Uno se utiliza durante el funcionamiento normal (Bobinado principal o de marcha) Uno solo se utiliza durante el tiempo de arranque (Bobinado auxiliar o de arranque)

En algunos compresores, de potencias inferiores a ¾ CV, se utilizan ambos bobinados durante el funcionamiento normal. El valor del par de arranque de los motocompresores monofásicos depende del método empleado para efectuar dicho arranque: Arranque por resistencia: si empleamos un devanado auxiliar con un carácter fuertemente resistivo, entonces el par de arranque es bajo (motores RSIR y RSCR) Arranque por condensador: si utilizamos un condensador (denominado condensador de arranque) en serie con el devanado de arranque, entonces el par es elevado (motores CSIR y CSR). Además, se puede mejorar la eficiencia energética del motor durante el funcionamiento en marcha de dos formas: desconectando el devanado de arranque. En marcha solo dispone del devanado principal (motores RSIR y CSIR) empleando un condensador (denominado condensador de régimen) conectado en serie con el devanado auxiliar (motores RSCR y CSR). Como podemos ver en las graficas de la figura 46, el valor del par de arranque del motocompresor influye en la capacidad de arrancar con mayor o menor carga. En el caso de que el par de arranque sea reducido el motocompresor sólo podrá arrancar en vacío o con poca carga, lo que se traduce en que las presiones de alta y baja deben igualarse durante los periodos de parada. 3

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Fig. 46: Características y curvas Par-Velocidad del motor monofásico.

Recuerda que cuando el dispositivo de expansión es un tubo capilar las presiones de alta y baja se igualan durante la parada de la máquina, de ahí que se empleen motores con bajo par de arranque en máquinas equipadas con tubo capilar. Si el motor monofásico careciese de devanado de arranque, el par de arranque sería nulo y por tanto el motor no arrancaría, de ahí que un fallo en el dispositivo de arranque que desconecte dicho devanado impedirá el arranque del motocompresor.

Fig. 47: Datos de distintos motocompresores con motor monofásico (Grupo Disco)

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7.1 Caja de conexiones eléctricas

Ya sabemos que el estator, encargado de crear el campo magnético para producir el giro en el motor monofásico, está formado por dos devanados denominados devanado principal (DP) o de marcha (Run) y el devanado auxiliar (DA) o de arranque (Start). El devanado principal tiene más espiras que el auxiliar, pero este último tiene una resistencia más elevada. Por ejemplo, en la tabla se muestran valores eléctricos característicos para motocompresores Danfoss-Maneurop donde puedes apreciar los valores de las resistencias de los devanados y las intensidades de arranque (LRA corriente con rotor bloqueado) e intensidades en marcha (MCC máxima corriente permanente). Debes fijarte en los valores para el código de motor 5 (230V – 50Hz) que es los valores de red que hay en España.

Tabla 2: Datos eléctricos para motocompresores Danfoss – Maneurop.

Los devanados principal y de arranque se conectan a un terminal común, denominado C y tiene el otro extremo unido a un terminal denominado S, para el devanado de arranque, y R para el devanado de principal.

Fig. 48: Devanados y la caja de terminales de un compresor Danfoss – Maneurop. 5

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ACTIVIDAD 1: Realiza la comprobación práctica de las resistencias de los devanados de arranque y de marcha, de un compresor hermético monofásico, utilizando un polímetro. Asegúrate de tener sin tensión el compresor, ¡Vas a medir resistencia! SOLUCCION: Resistencia Devanado principal (marcha) RCR = Resistencia Devanado auxiliar (arranque) RCS =

7.2 Protección interna

En este apartado vamos a estudiar la protección térmica interna que es habitual en los motocompresores herméticos incorporen debido a que los devanados se encuentran en el interior de la carcasa y no pueden refrigerarse por los procedimientos habituales como ocurre en los motores convencionales (ventilador accionado por el propio eje del motor). Además en el caso de que se produjese una avería importante y dado que no hay reparación posible, resulta sumamente importante proteger los devanados. Para ello se emplean el Klixón Este dispositivo se coloca sobre la carcasa del compresor de forma que se encuentre lo más cerca posible de los devanados del motor, para que pueda responder a las variaciones de temperatura de los mismos.

Fig. 49: Protector térmico Klixon en un motocompresor monofásico

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El klixon esta formado por una lámina bimetálica que aloja los contactos y que se deforma con la temperatura de los devanados y la intensidad de corriente que circula por el motor, ya que se conecta en serie con éste. En la figura 49 puedes ver un klixon, al que se ha eliminado la tapa inferior y otro colocado sobre un motocompresor. En algunos casos el klixon se colocado en el interior del compresor para asegurar mejor el contacto térmico con los devanados del motor. Los klixon vienen regulados de fábrica para cortar el circuito cuando la temperatura alcanza un valor determinado que puede variar según el fabricante. En el caso de los compresores Danfoss – Maneurop este valor es de 105 ºC, rearmándose a 60 ºC, de forma que existe un margen de seguridad suficientemente alto para alargar la vida del motocompresor, según su clase de aislamiento, tal como puedes ver en el gráfico de la figura 50.

Fig. 50: Grafico de la duración Protector térmico Klixon según la clase de aislamiento

7.3 Tipos de arranque

Para efectuar el arranque del motor monofásico existen distintos procedimientos que explicaremos a continuación y que van a depender de la potencia del motocompresor. Estos métodos son los siguientes: 1. Relé de intensidad 2. PTC 3. Relé de tensión

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7.3.1 Arranque con relé de intensidad

Al conectarse en serie la bobina del relé con el devanado principal del motocompresor, este tipo de arranque se emplea en motores de poca potencia, aproximadamente hasta 1 CV. En la figura 51 puedes ver un relé de intensidad. Fíjate que tiene cinco terminales que vienen marcados con los números 10, 11, 12, 13 y 14. Este relé dispone de un contacto NA (terminales 10 y 11). Al circular corriente por la bobina del relé (terminales 10 y 12) el contacto se cierra. Cuando la corriente que circula por la bobina es insuficiente para mantener el contacto cerrado éste se abre por efectos de un muelle o de la gravedad.

Fig. 51: Relé de intensidad

En la figura 52 puedes ver los diagramas de conexión del relé de intensidad para un motocompresor RSIR y otro CSIR. Fíjate que el contacto del relé se conecta en serie con el devanado de arranque (S) y el condensador de arranque (en el motocompresor CSIR) va conectado en serie con el mismo devanado y el propio contacto del relé de intensidad.

Fig. 52: Conexión del relé de intensidad en los motocompresores RSIR y CSIR

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ACTIVIDAD 2: Debes comprobar un relé de intensidad para verificar su contacto. Para ello conecta un polímetro con el selector para medir continuidad en extremos del contacto, debe encontrarse NA con el relé en posición normal y cerrarse cuando se invierte la posición del relé (como si lo colocamos cabeza abajo).

SOLUCCION: Como hemos en la figura en reposo el contacto esta abierto (lectura del polímetro con alto valor de resistencia) y al invertir la posición del relé de intensidad el contacto se cierra por acción de la gravedad (lectura del polímetro de muy baja resistencia).

7.3.2 Arranque con PTC

La PTC es un semiconductor con un coeficiente de temperatura positivo, esto significa que no ofrece resistencia al paso de corriente cuando el motocompresor está frío. Cuando éste se pone en marcha, la corriente que pasa a través del PTC hace que se caliente rápidamente, creando una resistencia tan elevada en su circuito de manera que el paso de la corriente se queda en un valor muy bajo pero lo suficientemente alto como para mantener caliente la PTC. En todo caso, la PTC requiere un cierto tiempo de enfriamiento antes de efectuar un nuevo arranque. Para ilustrar el principio de operación del PTC, en la figura 54 se incluye la curva de trabajo y también un diagrama de correlación corriente/tiempo. Cuánto más tiempo disponga la PTC para enfriarse, mejor preparado estará para el siguiente arranque. Las condiciones previas para la utilización del sistema de arranque con PTC son: Hay que asegurar mediante el termostato que el tiempo de parada permita la igualación de presión en la maquina frigorífica.

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Según el tamaño del compresor, el periodo de parada deber ser de 3 a 5 minutos como mínimo.

Fig. 54: Arranque con PTC para RSIR

Fig. 53: Semiconductor PTC

Cuando el circuito de control (termostato) cierra su contacto, la tensión presente produce una circulación de corriente a través del devanado principal y por otro lado por la PTC y el devanado de arranque. En estas condiciones, el motor gira y la corriente que pasa a través de la PTC calienta a esta rápidamente gracias a la corriente de arranque, con el efecto de un rápido aumento de su resistencia hasta el punto que permite el paso de una corriente muy reducida (despreciable), que prácticamente desconecta el devanado de arranque. Como vemos en la curva característica de la PTC (figura 55), a la temperatura ambiente (25 ºC) tiene una resistencia de 26 Ω. Al alcanzar la PTC un valor de 110 ºC, la resistencia aumenta a 100 Ω y unos 10 ºC mas de temperatura (120 ºC) la resistencia se eleva a 700 Ω y otro incremento de unos 10 º C de temperatura (130 º C) el valor de resistencia es tan elevado, aproximadamente 10.000 Ω, que desconecta el devanado de arranque (DA). Aplicando la Ley de Ohm comprendemos este efecto:

Fig. 55: Curva característica de trabajo y correlación intensidad/tiempo de la PTC En la figura 56 puedes ver el arranque para un motocompresor RSCR en el cual la PTC se conecta en paralelo con el condensador de arranque. Como ejemplo, vamos a calcular la impedancia que tendría un condensador de capacidad 80 µF a 50 Hz:

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A la temperatura ambiente, la resistencia de la PTC es de 25 Ω frente a los 40 Ω del condensador. Una vez calentada la PTC, por ejemplo a 130 ºC, la resistencia es de 10.000 Ω, lo que representa que una vez completado el arranque, prácticamente no circula corriente por ella, pasando sólo por el condensador que se encuentra en paralelo con ella. En estas condiciones, realmente la corriente por el condensador es 250 veces mayor que por la PTC. Te animo a que lo compruebes.

Fig. 56: Arranque con PTC para motocompresor RSCR

El método de arranque con PTC se ha empezado a utilizar ya que ofrece una serie de ventajas con son: Mejor protección de la bobina de arranque La PTC no se ve afectada frente a subidas o bajadas de tensión Libre de interferencias de radio y de televisión No tiene desgaste al no utilizar contactos móviles, lo que resulta especialmente positivo en el caso de corrientes elevadas, evitando así chispas que se producen al abrir el contacto Idéntico sistema de dispositivo de arranque PTC para muchos compresores de distintos tamaños. Como ya hemos mencionado anteriormente, en algunos compresores, de potencias inferiores a ¾ CV, se utilizan ambos bobinados durante el funcionamiento normal. Para aumentar la eficiencia energética del motocompresor, se coloca en serie con el devanado de arranque un condensador de forma permanente como se muestra en la figura 57. La PTC se puede comprobar empleando un polímetro. A temperatura ambiente debe de medir el polímetro un valor de unos 25 Ω. En la figura 58 aparece una PTC con la indicación de los terminales y la comprobación del valor ohmico a temperatura ambiente.

Fig. 57: Motocompresor PSC

Fig. 58: Comprobación de una PTC 11

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La superficie y terminales del relé pueden alcanzar altas temperaturas en condiciones normales de operación. Cualquier material que esté en contacto con el relé, incluyendo cables y aislamiento de los cables de los accesorios vinculados (condensador, ventilador, protector térmico) deben ser de clase térmica 105 ºC y debe evitarse el contacto con materiales cuya clase térmica sea inferior.

7.3.3 Arranque con relé de tensión

Este tipo de relés se emplean en motores de potencia más elevada, recuerda que los relés de intensidad limitan su capacidad aproximadamente a motores de 1 CV. La bobina del relé se conecta en paralelo con el devanado de arranque. Como en el instante del arranque la tensión de la fcem es nula (velocidad cero) la bobina no se excita y el contacto NC permanece cerrado y por lo tanto el motocompresor arranca. A medida que la velocidad empieza a aumentar, la tensión en la bobina del relé también aumenta hasta alcanzar el valor que permita excitar el relé.

Fig. 59: Relé de tensón

Cuando se excita el relé se abre su contacto y se desconecta el condenador de arranque. En la figura 60 se muestra el circuito de arranque para un motocompresor tipo CSR

Fig. 60: Arranque con relé te tensión en un motocompresor CSR

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La carga eléctrica almacenada en el condenador se descarga a través de los contactos del Relé ocasionado que estos se dañen. Para evitar esto se conecta en paralelo con el condensador de arranque una resistencia de 15000 a 18000 Ohms, para que el condensador se descargue a través de esta, y evitar el daño a los contactos del Relé..

7.4 Condensadores de arranque y de marcha

El motor monofásico de inducción por su naturaleza solo tiene una fase y un devanado para su operación, el cual produce un campo magnético oscilatorio que no es giratorio y por lo tanto no puede hacer girar al rotor del motor. Para poder crear un campo magnético giratorio, se utiliza una devanado auxiliar. Este devanado se caracteriza por tener su bobina formada por hilo delgado y de muchas vueltas, dando como resultado una alta resistencia eléctrica. En cambio el devanado principal o devanado de marcha es de baja resistencia, y de menor número de vueltas, logrando con esto un desfase eléctrico y físico, ya que las impedancias de los dos devanados son diferentes. La suma de los campos magnéticos creados por ambos devanados originan un campo magnético rotatorio, que hace mover el rotor. El Condensador de Arranque crea un desfase aún mayor que causa que las características de arranque (el par) se mejoren notablemente. Los motores aplicados a compresores para refrigeración (en los que su relación de compresión es alta) debido al alto par, siempre es requerido el condensador de arranque. Para ventiladores (de bajo par de arranque), y en compresores para aire acondicionado o refrigeración domestica, en los cuales la relación de compresión es baja, por lo general el condensador de arranque no es requerido. En motores de alta eficiencia es necesario desconectar el devanado y el condensador de arranque una vez que el motor alcance su velocidad, ya que mantenerlos operando nos causarían perdidas. Su utilización es de forma transitoria durante el arranque. Como hemos visto, tanto el devanado como el condensador de arranque se desconectan mediante uno de los tres dispositivos visto (PTC, relé de intensidad y relé de tensión). Una vez desconectados el Condensador de Marcha y el devanado de arranque, el rotor del motor continua operando, ya que el mismo crea un campo magnético que sumado al creado por el devanado principal permiten al motor su operación normal. El condensador de marcha por lo general es del tipo electrolítico, debido a que la capacidad requerida es alta y es usado en los motores para mejorar su eficiencia, disminuir la corriente de operación, disminuir el ruido y mejorar el factor de potencia.

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Por otro lado, el condensador de marcha opera todo el tiempo. La Capacidad de este debe ser determinada para cada motor y aplicación, con el fin de obtener el consumo mínimo posible de corriente. Si en un motor para una aplicación determinada se especifica un condensador de marcha de 40 µ F, absorberá una corriente de 4 A (ver figura 61). Si alguien lo cambia por uno de capacidad de 30 µ F, el compresor consumirá 8 A, el consumo eléctrico aumentará, el motor se calentará y finalmente se quemará. Como vemos también en la figura 60, la mínima corriente corresponde a un factor de potencia igual a la unidad. Por lo tanto, es importante no alterar el valor de la capacidad especificada de los condensadores, y muy en particular del condensador de marcha, ya que colocar un valor de capacidad por arriba o por debajo de la especificada, causará una elevación en el consumo de corriente y con seguridad una quemadura en el motor.

Fig. 61: Condensador de marcha

En relación a la tensión (Volts) especificada en los condensadores, normalmente difiere mucho de la tensión de la línea de alimentación. Como ejemplo supongamos que la alimentación del motor es de 230 V y el condensador correspondiente de 400 Volts. ¿Por qué debe ser mayor la tensión del condenador que la de alimentación? Lo que sucede es que el rotor del motor al girar, induce en los devanados de marcha una Fuerza Contra Electromotriz (Tensión de Operación = Tensión de alimentación – Fuerza Contra Electromotriz). El valor de esta tensión inducida en el devanado de arranque es muy alta, proporcional al número de vueltas de la bobina del devanado de arranque (que como indicamos anteriormente son muchas), y que en este caso en particular sería aproximadamente del orden de 400 Volts. Esta es la razón por la cual los condensadores se especifican con una tensión superior, y que es igual a la suma de las tensiones inducidas en los devanados de arranque y de marcha. Usar un condensador con una tensión menor a la especificada, puede ocurrir que su material dieléctrico, no puede soportar una tensión mayor a la especificada en él, sobrepasando su resistencia dieléctrica y ocasionando un cortocircuito. ¡Cuidado, el condensador puede llegar a explotar! El daño en el condensador es permanentemente, con el riesgo de dañar también el motor del compresor Por otro lado, un condensador con una tensión más alta que la especificada, solo supondría incrementar el tamaño del condensador inútilmente (dieléctrico de mayor capacidad) y también su precio.

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Para la medición de la capacidad en microfaradios de un condensador podemos utilizar la ley de Ohm. Utilizamos un polímetro para medir la tensión y la intensidad en el condensador y luego calculamos C. Vamos a mostrar a modo de resumen, los distintos tipos de arranque que podemos encontrarnos en los motores monofásicos LST y HST.

Fig. 62: Medición de la capacidad

Fig. 63: Resumen de arranque de motocompresores LST (Danfoss)

Fig. 64: Resumen de arranque de motocompresores HST (Danfoss)

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7.5 Conexiones de los motocompresores alternativos monofásicos

En este apartado se muestran las conexiones de los motocompresores alternativos monofásicos según los distintos métodos de arranque. No entraremos en detalle, sólo te mostramos algunos circuitos, los componentes utilizados para su montaje y el cableado “virtual” de los mismos.

Fig. 65: Motor RSIR con PTC

Fig. 66: Motor CSIR con relé de intensidad

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Fig. 67: Motor CSIR con relé de intensidad (KLIXON incluido)

Fig. 68: Motor CSR con relé de tensión

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Fig. 69: Motor RSCR con arranque con PTC

9. Motocompresor trifásico

Este tipo de compresores están accionados por un motor asíncrono trifásico el cual está formado por un rotor de jaula de ardilla y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras separadas entre sí 120º. Cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor y hace posible que en éste se cree un par de fuerzas que lo hacen girar. Los motores trifásicos tienen un rendimiento superior al de los motores monofásicos y por lo tanto se emplean siempre que exista una red de alimentación trifásica.

Fig. 72: Motocompresor alternativo trifásico

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9.1 Placa de conexiones de un motocompresor trifásico

En la placa de conexiones de un motocompresor trifásico disponemos de cada uno de los terminales de las tres bobinas. En la figura 73 se muestra un motocompresor trifásico con la caja de conexiones y un esquema de cómo están conectadas cada bobina a los terminales de la caja de conexiones.

Fig. 73: Caja de conexiones eléctricas en un motocompresor alternativo trifásico

9.2 Arranque del motocompresor trifásico

Los motores trifásicos tienen una elevada corriente de arranque (entre 4 y 7 veces su corriente nominal) que se debe limitar en las condiciones que establece el REBT (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión). Para conseguir reducir la corriente en el arranque, los motocompresores se arrancan utilizando diferentes procedimientos, que estudiaremos de forma breve, y que son: Arranque directo en estrella o triangulo Arranque directo con motor part-winding Arranque estrella-triangulo Arranque con motor part-winding Arranque con resistencias estatóricas Arrancadores estáticos

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9.2.1 Arranque directo con motor en estrella o triangulo

Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red y por lo tanto debemos tener cuidado en la forma de conectar los devanados trifásicos del motor ya que va a depender de ellos el valor de la tensión de la red eléctrica. Como sabemos existen dos formas de conectar los devanados, en estrella y en triangulo. La forma de realizar las conexiones es mediante unas pletinas que conectamos en la placa de conexiones como se indica en la figura 74.

Fig. 74: Conexión en estrella y triangulo de un motor trifásico

EJEMPLO 2: Si disponemos de una red trifásica de 400 V y deseamos conectar un motocompresor cuyos devanados no pueden soportar una tensión superior a 240 V (Motor con placa de características donde figura 240/400 V) ¿Cómo conectarías las pletinas en la caja de conexiones?

SOLUCCION: La conexión de los devanados la realizaríamos en estrella para que cada devanado del motor reciba solo 400/ 3 =240 V. Por lo tanto las pletinas las conectaríamos como se indica en la figura 74 para la conexión estrella.

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Motocompresor alternativo Esta forma de arranque de los motores trifásico está limitada solo a motocompresores de pequeña potencia, ya que en el arranque se obtiene una punta de corriente importante en la red:

Iarranque = 5 a 8 lnominal mientras que el par de arranque medio es:

Carranque = 0,5 a 1,5 Cnominal Fig. 75: Arranque directo motocompresor trifásico

9.2.2 Arranque estrella-triangulo

Este método de arranque es muy utilizado pues dispone de un circuito de control sencillo. La reducción de la corriente de arranque, y por tanto del par, no se puede ajustar con lo que puede ocurrir que en determinados casos no fuese posible su aplicación, según los requerimientos del RBT.

Fig. 76: Arranque Estrella-Triangulo Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que los dos extremos de cada uno de los tres devanados estatóricos estén disponibles en la placa de conexiones. Por otra parte, el bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la tensión de la red: por ejemplo, en el caso de una red trifásica de 230 V, es preciso utilizar un motor bobinado a 230 V en triángulo y 400 V en estrella.

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El método consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red, lo que equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por 3 (en el ejemplo anterior, la tensión de la red 230 V = 400 V / 3 ). El par de arranque se divide por 3, ya que es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación: Cd = 0,2 a 0,5 Cn La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par resistente, normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características naturales. Un temporizador se encarga de controlar la transición del acoplamiento en estrella al acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de triángulo se produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos tras la apertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo. El paso al acoplamiento en triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve como importante. El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que arrancan en vacío. Para llevar a cabo este arranque, será necesario un contactor para realizar la conexión de estrella (K2M), otro contactor para la del triangulo (K3M) y para la alimentación trifásica (K1M), ver figura 77.

Fig. 77: Circuito de fuerza y control del Arranque Estrella-Triangulo

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9.2.3 Arranque directo con motor Part-winding

El motor de devanados partidos “part-winding” poco utilizado en Europa, es muy frecuente en el mercado norteamericano. Dicho motor está dotado de un devanado estatórico desdoblado en dos devanados paralelos con seis bornes de salida, en el caso de que los devanados se encuentren conectados interiormente en estrella o triangulo o con doce bornes de salida, para el caso que se encuentren sin conectar. Podemos decir que este motor “part-winding”, equivale a dos “medios motores” de igual potencia. Estos motores también se pueden arrancar de forma directa, para ello se conectarán en doble estrella o doble triángulo, dependiendo de la tensión de la red y la del motor.

Fig. 78: Arranque directo de un motor part-winding

9.2.4 Arranque con motor Part-winding

Durante el arranque, un solo “medio motor” se acopla en directo a plena tensión a la red, lo que divide aproximadamente por dos, tanto la corriente de arranque como el par. No obstante, el par es superior al que proporcionaría el arranque estrella-triángulo de un motor de jaula de igual potencia.

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Al finalizar el arranque (transcurrido un tiempo breve de 1 ó 2 segundos), el segundo devanado se acopla a la red. Se debe tener la precaución de comprobar siempre que se ha conexionado con la misma secuencia de fases que el primer devanado, de lo contrario se ocasionaría una anomalía importante en el motor.

Fig. 79: Conexiones Motocompresor Par-Winding (Copeland)

Fig. 80: Placa de conexiones Motocompresor Par-Winding (Copeland)

En el caso del arranque P-W se utilizan dos contactores para conectar, inicialmente los terminales 1 – 2 – 3 y transcurrido un tiempo los terminales 7 – 8 – 9, a la red de alimentación. Los devanados de este motor vienen conectados interiormente en estrella, de ahí que al realizar el arranque directo empleando las pletinas conectamos en paralelo las dos estrellas (YY). En la figura 81 se muestra el circuito de fuerza de un arranque con motor partwinding. Como hemos visto, primero se activará el contactor KM1 y al cabo de un breve tiempo se conectará además el KM2, quedando por ejemplo, los dos devanados en estrella conexionados en paralelo.

Fig. 81: Arranque con motor part-winding

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9.2.5 Arranque con resistencias estatóricas

Algunos fabricantes incorporan entre sus arrancadores este tipo de arranque que presenta la ventaja de reducir la corriente de arranque a valores muy pequeños (hasta un 50%) con un coste reducido, aunque por el contrario tiene el inconveniente de que el par de arranque se reduce aún más con lo que no es posible efectuar el arranque en carga del motocompresor. El sistema consiste en intercalar entre los devanados estatóricos y la red de alimentación unas resistencias que transcurrido el tiempo de arranque se cortocircuitan por medio de un contactor. En la figura 82 aparece uno de estos arrancadores correspondiente a los compresores Danfoss – Maneurop. Mediante el temporizador TDR se ajusta el tiempo que permanecerán abiertos los contactos del contactor C1. El contactor C2 será el encargado de aplicar la tensión al motocompresor.

Fig. 82: Arrancador con resistencias Danfoss – Maneurop

9.2.6 Arrancadores estáticos

En algunos casos se incorporan arrancadores estáticos que permiten regular el tiempo de aceleración y deceleración de forma que los esfuerzos mecánicos se reduzcan considerablemente. Esta tecnología sólo se ha podido aplicar una vez que los equipos electrónicos han abaratado sus costes.

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Este tipo de dispositivos, como el mostrado en la figura 83 admiten varios modos de funcionamiento, uno de ellos, Arranque suave con rampa de tensión, es apto para la mayoría de las aplicaciones. En este modo, el arrancador estático eleva linealmente la tensión en los bornes del motor desde un valor inicial a determinar (tensión inicial) hasta la tensión total de la red. Los tiempos ajustables de aceleración se pueden seleccionar entre 2...30 s (se pueden ajustar tiempos mayores). La baja tensión del motor al comienzo del proceso de arranque produce un bajo par de arranque del motor y genera de este modo un proceso de aceleración suave. El valor inicial de tensión que debe ajustarse se determina por el par de arranque = par inicial del motor. El ajuste se puede seleccionar entre el 0 y 90 % del par inicial con toda la tensión de la red.

Fig. 83: Arrancador estático (Alle-Bradley)

9.3 Arranque descargado

Cuando se arranque de forma directa un compresor, conectando el motor de éste a la red a través de un único contactor, la intensidad durante dicho arranque resultará ser varias veces superior a su intensidad nominal a régimen (sin tener en consideración los fenómenos transitorios). En el caso de motores de gran potencia dicha corriente de arranque puede llegar a ser incluso tan grande que ello provoque distorsiones en el voltaje de la línea eléctrica de la instalación. En aquellos compresores en los que deba limitarse la intensidad durante el arranque se emplearán sistemas que disminuyan la carga y que garanticen el servicio incluso cuando el voltaje sea de un 85 % del valor que figura en la placa de características. Esto se consigue con el llamado sistema de arranque descargado, que consiste básicamente en la instalación de un bypass en el compresor que conecta el lado de descarga y el lado de aspiración. Para ello se empleará una válvula solenoide y un conjunto de bridas, adaptadores y tuberías. 26

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Fig. 84: Arranque descargado en un compresor semiherméticos de pistón (Cortesia Bitzer)

Cuando se para el compresor la válvula solenoide abre el citado bypass y mantiene el mismo abierto durante toda la fase de arranque. De esta manera, durante la citada fase, el gas refrigerante es cortocircuitado en el compresor sin que se produzca un incremento significativo de la presión y se diminuye la carga del motor. Una vez finalizado el procedimiento de arranque, por ejemplo cuando tenga lugar: la conexión del segundo devanado de un motor part-winding la transición del contactor de configuración en estrella al de triangulo el cortocircuitado de las resistencias de arranque la válvula solenoide cerrará la línea de bypass y el motocompresor pasará a funcionar de forma normal. Además resulta importante instalar una válvula de retención en la línea de descarga del compresor, para evitar que gas de la línea de alta de la instalación, retroceda al lado de baja a través del bypass de arranque.

9.4 Protección interna

Los compresores trifásicos están protegidos internamente por un dispositivo bimetálico (IOL) instalado en el motor y sensible a la temperatura e intensidad y conectado al punto neutro (C) de los devanados del estator en estrella. Este interruptor interno protege al compresor contra sobrecalentamiento, sobrecarga de corriente y bloqueo del rotor. Una vez se dispara el protector de sobrecarga, se cortarán las tres fases y puede tardar varias horas en rearmarse para que pueda ponerse de nuevo en marcha el compresor

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Fig. 84: Motocompresor trifásico con protección interna IOL (Danfoss)

9.5 Protección electrónica

Algunos compresores de refrigeración utilizan un sistema de protección electrónica basado en los termistores (también denominada resistencia PTC) cuya resistencia varía con la temperatura detectada en el bobinado del motor. Parta ello se suele dispone de varios termistores conectados en serie y se intercalan en los devanados de tal forma que la temperatura de estos puede ser detectada. Además es necesario un módulo electrónico (por ejemplo el INT69) para procesar la resistencia de los termistores y activar un relé de control en función de los valores que adopte la misma.

Fig. 85: Curva característica de una sonda de temperatura (termistor PTC)

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Fig. 86: Sondas de temperatura (Kriwan)

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En la figura 85 se muestra la curva característica de un termistor. En esta curva podemos ver que a partir de una determinada temperatura, llamada TNF “Temperatura Nominal de Funcionamiento”, la resistencia aumenta bruscamente. Por ejemplo en los motores Scroll de Copeland, para la protección en caso de bloqueo del rotor, cada uno de los devanados del motor del compresor tiene un termistor en su parte superior (próximo a la entrada del gas de aspiración). Un cuarto termistor se encuentra situado en uno sólo de los devanados en la parte más baja del motor. El quinto sensor está situado en el puerto de descarga de la espiral fija para controlar la temperatura del gas en dicho punto. Toda la cadena de sensores conectados internamente está disponible en la caja de conexiones y en la cual se conexiona a los terminales del módulo electrónico (véase la figura 87).

Fig. 87: Situación del termistor de descarga en compresor Scroll (Copeland)

Cuando el valor de la resistencia de cualquiera de los termistores de la cadena alcanza su valor de activación (4,5 K Ω ), el módulo electrónico cambia de posición su contacto eléctrico, pasando a la posición 11-12, esto hará que se interrumpa la alimentación de la maniobra del compresor y provoque su parada. El módulo electrónico rearmará automáticamente el contacto, una vez haya transcurrido un retardo de 30 minutos, permitiendo el arranque del compresor si los termistores se han enfriado suficientemente y su resistencia ha alcanzado el correspondiente valor de rearme (2,5 K Ω ).

Fig. 88: Módulo electrónico Kriwan INT69V para sondas de temperatura. Esquema conexiones e instalación en la caja de conexiones del motocompresor

Como ya hemos visto, los compresores Scroll necesitan que el motor trifásico gire en el sentido correcto y para ello la secuencia de fases debe ser la correcta. Para solucionar esto, la firma Kriwan dispone del módulo electrónico INT69SCY, el cual tiene la capacidad de detectar la presencia y secuencia de fases L1, L2 y L3 de la línea eléctrica que alimenta el compresor.

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Fig. 89: Modulo electrónico Kriwan INT69 SCY Las tres fases de corriente se deben conectar en la secuencia adecuada a fin de que el compresor arranque y funcione en el sentido de rotación correcto. Cuando el módulo INT 69SCY se dispara como consecuencia de la perdida de una fase, se activa un retardo de 5 minutos. Una vez transcurrido dicho retardo y si las tres fases de corriente se encuentran presentes, el compresor continuará funcionando; de lo contrario, el módulo se bloqueará. Transcurridos 10 intentos para arrancar el compresor, se bloquea definitivamente el módulo siendo únicamente posible su rearme mediante el restablecimiento de la alimentación del mismo.

9.6 Protección de seguridad externa

Para funciones de alarma y para evitar que el compresor se dispare debido a su protección interna, se recomienda montar un interruptor de seguridad, el cual puede cerrar la válvula solenoide de la línea de líquido para evitar el paso de líquido al evaporador. Esta función no se podría hacer desde el compresor. Para seleccionar un interruptor de seguridad externo, emplear los valores LRA (Corriente en el arranque) de la página 39. Deberá seleccionarse un relé de sobrecarga térmico que dispare a máx. 140% del valor LRA. El interruptor del circuito deberá seleccionarse para que desconecte a máx. 125% del valor LRA. Otros requisitos a considerar: Protección de sobrecarga; el interruptor tiene que cortar en máx. 2 minutos a 110% de la Máxima Corriente Continua (MCC). El valor MCC se refleja en la página 39 y está marcado A-máx. en la placa del compresor. Bloqueo del rotor; el protector deberá cortar en máx. 10 seg. a un arranque con corriente con rotor bloqueado (LRA) Protección monofásica; el interruptor cortará cuando una de las fases falla.

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Motocompresor Alternativo Piston

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