¿Los compresores de aire acondicionado tienen protección térmica?

Comprensión de la protección térmica en compresores de CA

Sí, prácticamente todos los compresores de aire acondicionado modernos están equipados con dispositivos de protección térmica diseñados para evitar fallas catastróficas debido al sobrecalentamiento. Estos componentes de seguridad críticos monitorean la temperatura del compresor e interrumpen automáticamente la energía cuando se detectan niveles de calor peligrosos, protegiendo el costoso motor del compresor de daños permanentes. Los protectores térmicos se han convertido en equipo estándar en sistemas de aire acondicionado residenciales, comerciales e industriales, representando una protección esencial que extiende la vida útil del equipo y evita reparaciones costosas. Comprender cómo funcionan estos dispositivos, los diferentes tipos disponibles y sus características operativas permite a los técnicos de HVAC y a los propietarios mantener adecuadamente los sistemas de refrigeración y diagnosticar los problemas cuando ocurren.

La implementación de protección térmica en compresores de CA aborda la vulnerabilidad fundamental de los motores eléctricos al daño por calor. Los motores de compresores generan calor durante el funcionamiento normal a través de resistencia eléctrica y fricción mecánica, al mismo tiempo que absorben calor del refrigerante durante el ciclo de compresión. En condiciones normales, este calor se disipa adecuadamente a través de la carcasa del compresor y la circulación del refrigerante. Sin embargo, condiciones de funcionamiento anormales, como carga baja de refrigerante, flujo de aire restringido, problemas eléctricos o problemas mecánicos, pueden hacer que las temperaturas aumenten a niveles peligrosos. Sin protección térmica, estas condiciones destruirían rápidamente los devanados del motor, lo que requeriría el reemplazo completo del compresor con un costo significativo.

Tipos de protectores térmicos utilizados en compresores de CA

Protectores térmicos internos

Los protectores térmicos internos se montan directamente dentro de la carcasa del compresor, normalmente integrados o unidos a los devanados del motor, donde pueden detectar con precisión la temperatura real del devanado. Estos dispositivos proporcionan el control de temperatura más preciso porque miden el calor en su fuente en lugar de depender de mediciones indirectas. El tipo más común es el klixon o protector de disco bimetálico, que consiste en un disco bimetálico sensible a la temperatura que se abre cuando alcanza una temperatura predeterminada, interrumpiendo el flujo de corriente al motor del compresor. Los protectores internos generalmente se activan a temperaturas entre 115 °C y 135 °C (240 °F a 275 °F), según el diseño específico del compresor y las especificaciones del fabricante.

Los protectores térmicos internos ofrecen una protección superior porque responden directamente a la temperatura del motor en lugar de a las condiciones ambientales o indicadores secundarios. Cuando se dispara el protector, el compresor se apaga inmediatamente, evitando un mayor aumento de temperatura. A medida que el motor se enfría, el disco bimetálico vuelve a su forma original y los contactos se cierran, lo que permite que el compresor se reinicie una vez que la temperatura cae por debajo del punto de reinicio, generalmente entre 20 y 30 °C (35 y 55 °F) por debajo del punto de disparo. Esta funcionalidad de reinicio automático significa que el sistema intentará reiniciarse después del enfriamiento, lo que puede ser beneficioso o problemático dependiendo de si se ha solucionado la causa subyacente del sobrecalentamiento.

Protectores Térmicos Externos

Los protectores térmicos externos se montan en el exterior de la carcasa del compresor y detectan la temperatura a través del contacto con la carcasa del compresor en lugar de medir directamente la temperatura del devanado. Estos dispositivos son más accesibles para reemplazo y prueba, pero brindan un monitoreo de temperatura menos preciso en comparación con los protectores internos. Los protectores externos generalmente vienen en dos variedades: protectores contra rotura de línea que interrumpen la energía a todo el circuito del compresor y protectores de servicio piloto que abren un circuito de control para activar un contactor o relé que desconecta la energía del compresor. Los protectores térmicos externos generalmente se activan a temperaturas más bajas que los dispositivos internos, generalmente entre 90 °C y 120 °C (195 °F a 250 °F), lo que proporciona una capa adicional de protección antes de que los dispositivos internos se disparen.

Protectores combinados

Muchos compresores modernos emplean protectores combinados de sobrecarga térmica que responden tanto a la temperatura como al consumo de corriente. Estos sofisticados dispositivos monitorean el amperaje del motor además de la temperatura, brindando protección contra condiciones de rotor bloqueado, desequilibrios de voltaje y otros problemas eléctricos que podrían no causar un aumento de temperatura inmediatamente pero que pueden dañar el motor con el tiempo. Los protectores combinados suelen contar con un elemento calefactor conectado en serie con el compresor que calienta el disco bimetálico según el flujo de corriente, complementando la protección basada en la temperatura. Esta operación de modo dual permite una respuesta más rápida a ciertas condiciones de falla y proporciona una protección del motor más completa.

Cómo funcionan los protectores térmicos en condiciones del mundo real

Comprender el ciclo operativo de los protectores térmicos ayuda a los técnicos a diagnosticar problemas del sistema y distinguir entre fallas de los protectores y otros problemas que causan el apagado del compresor. Durante el funcionamiento normal, el protector termico permanece cerrado, permitiendo que la corriente fluya hacia el motor del compresor. A medida que el motor funciona, genera calor que el protector monitorea continuamente. Si las condiciones de funcionamiento hacen que la temperatura aumente más allá de los niveles normales, el elemento sensible a la temperatura del protector comienza a acercarse a su punto de disparo. La tasa de aumento de temperatura depende de la gravedad del problema que causa el sobrecalentamiento; problemas graves como la pérdida total de la carga de refrigerante o condiciones del rotor bloqueado provocan rápidos aumentos de temperatura.

Cuando se alcanza la temperatura de disparo, los contactos del protector se abren, interrumpiendo el flujo de energía al motor del compresor. La pérdida repentina de potencia hace que el compresor deje de funcionar, eliminando la generación de calor por el funcionamiento del motor y el trabajo de compresión. Luego comienza la disipación de calor, y el compresor se enfría gradualmente a través de la conducción al aire y las superficies circundantes. La velocidad de enfriamiento varía según la temperatura ambiente, el tamaño del compresor y si el ventilador exterior continúa funcionando. Para compresores residenciales típicos en condiciones ambientales moderadas, el enfriamiento hasta la temperatura de reinicio generalmente requiere de 5 a 15 minutos, aunque este período puede ser considerablemente más largo en temperaturas ambiente altas o para compresores comerciales más grandes.

Causas comunes de activación del protector térmico

Los protectores térmicos se activan en respuesta a temperaturas elevadas del compresor, pero las causas subyacentes del sobrecalentamiento varían ampliamente y requieren un diagnóstico sistemático para identificarlas y corregirlas. La carga baja de refrigerante representa una de las causas más comunes de disparo del protector térmico, ya que una cantidad insuficiente de refrigerante reduce el enfriamiento del motor del compresor y provoca temperaturas de descarga más altas. Las fugas de refrigerante se desarrollan con el tiempo debido a la corrosión, grietas inducidas por vibraciones o fallas en los accesorios, lo que reduce gradualmente la carga del sistema hasta que la capacidad de enfriamiento disminuye y las temperaturas del compresor aumentan. Los técnicos deben medir el sobrecalentamiento y el subenfriamiento para verificar la carga adecuada y utilizar equipos de detección de fugas para localizar y reparar las fugas antes de recargar el sistema.

El flujo de aire restringido a través del serpentín del condensador hace que la presión de descarga aumente, lo que aumenta el trabajo de compresión y la generación de calor, al tiempo que reduce la capacidad de rechazo de calor. Las restricciones comunes al flujo de aire incluyen serpentines sucios cubiertos de polvo, polen o escombros; ventiladores del condensador bloqueados por motores averiados o cojinetes atascados; y espacio libre inadecuado alrededor de la unidad exterior que impide una ventilación adecuada. Los problemas eléctricos, incluidos desequilibrios de voltaje, monofásicos en sistemas trifásicos o conexiones de cableado degradadas, crean un consumo excesivo de corriente y generación de calor. Los problemas mecánicos, como cojinetes defectuosos, golpes de refrigerante debido a una carga o instalación inadecuada, o fallas de válvulas internas, aumentan la carga y la temperatura del motor, lo que activa la protección térmica.

• Carga baja de refrigerante que reduce el enfriamiento del motor y aumenta la temperatura de descarga más allá de los límites operativos seguros.
• Serpentines del condensador sucios que restringen el rechazo de calor y provocan presiones y temperaturas de condensación elevadas.
• Motor del ventilador del condensador defectuoso que impide un flujo de aire adecuado a través del serpentín del condensador durante el funcionamiento
• Problemas de voltaje que incluyen bajo voltaje, desequilibrio de voltaje o monofásico que causan un consumo excesivo de corriente y calentamiento.
• Dispositivo dosificador restringido o filtro secador que reduce el flujo de refrigerante y el funcionamiento adecuado del sistema
• Condiciones de sobrecarga que aumentan la presión de descarga y el trabajo del compresor más allá de las especificaciones de diseño.
• Fallas mecánicas que incluyen cojinetes desgastados, válvulas rotas o daños internos que aumentan la fricción y el calor.
• Temperaturas ambientales extremas que exceden los parámetros de diseño del equipo durante períodos prolongados

Diagnóstico de problemas del protector térmico

El diagnóstico sistemático distingue entre la activación del protector térmico debido a condiciones legítimas de sobrecalentamiento y fallas del protector que causan disparos molestos. Comience el diagnóstico determinando si el compresor realmente se está sobrecalentando o si el protector no funciona correctamente. Utilice un termómetro infrarrojo o un termómetro de contacto para medir la temperatura de la carcasa del compresor durante el funcionamiento e inmediatamente después del apagado. Si las temperaturas medidas se acercan o exceden los puntos de disparo típicos (90-135 °C según el tipo de protector) cuando la unidad se dispara, el protector está funcionando correctamente y el diagnóstico debe centrarse en identificar la causa del sobrecalentamiento. Por el contrario, si el compresor se dispara a temperaturas de funcionamiento normales inferiores a 80 °C, el propio protector térmico puede estar defectuoso.

Para sistemas que realizan ciclos repetidos de protección térmica, controle el intervalo de tiempo entre el inicio y el apagado. Tiempos de funcionamiento muy cortos, de menos de un minuto, normalmente indican problemas eléctricos como rotor bloqueado, monofásico o problemas graves de voltaje en lugar de un apagado relacionado con la temperatura. Los tiempos de funcionamiento de 5 a 15 minutos antes del apagado sugieren un sobrecalentamiento real debido al refrigerante, el flujo de aire o problemas mecánicos. Verifique las presiones del sistema durante la operación, comparando las presiones de succión y descarga con las especificaciones del fabricante para las condiciones ambientales. Una presión de succión baja combinada con una presión de descarga alta indica restricciones de refrigerante, mientras que las presiones de succión y descarga altas sugieren sobrecarga o elementos no condensables en el sistema.

Prueba y reemplazo de protectores térmicos

Las pruebas de protectores térmicos requieren enfoques diferentes para dispositivos internos y externos. Los protectores térmicos externos se pueden probar directamente usando un óhmetro para verificar la continuidad entre los terminales del protector cuando están fríos. Un protector externo que funciona correctamente muestra una resistencia cero o casi cero cuando está a temperatura ambiente, lo que indica contactos cerrados. Si el protector muestra una resistencia infinita cuando está frío, los contactos están atascados abiertos y el dispositivo ha fallado. Para verificar la respuesta de la temperatura, caliente cuidadosamente el protector usando una pistola de calor mientras monitorea la resistencia, que debe pasar a infinita (circuito abierto) a la temperatura de disparo nominal. Esta prueba debe realizarse con el protector retirado del sistema para evitar dañar los componentes circundantes.

Los protectores térmicos internos no se pueden probar directamente sin abrir el compresor, lo cual no es práctico para unidades selladas. En cambio, el diagnóstico se basa en medir la resistencia del compresor entre los terminales y observar el comportamiento operativo. Un compresor con un protector interno abierto muestra una resistencia infinita entre los terminales común y de funcionamiento, o entre los terminales común y de arranque, dependiendo de la ubicación del protector en el circuito. Deje un tiempo de enfriamiento adecuado si el compresor estuvo funcionando recientemente, ya que el protector puede simplemente estar en su estado normal abierto esperando restablecerse. Si la resistencia permanece infinita después de 30 minutos de enfriamiento a temperatura ambiente moderada, el protector puede quedar atascado o los devanados del motor pueden dañarse, lo que requiere el reemplazo del compresor.

Procedimientos de reemplazo de protectores térmicos externos

Reemplazar los protectores térmicos externos es sencillo pero requiere atención a una instalación adecuada para un funcionamiento eficaz. Antes de iniciar el reemplazo, desconecte la energía eléctrica a la unidad de aire acondicionado y verifique la ausencia de voltaje con un multímetro. Descargue cualquier energía almacenada en los condensadores cortocircuitando los terminales con un destornillador aislado. Retire el protector térmico existente desconectando los terminales de los cables y quitando los accesorios de montaje que lo fijan a la carcasa del compresor. Limpie minuciosamente la superficie de montaje, eliminando cualquier pasta térmica vieja, corrosión o residuos que puedan interferir con el contacto térmico entre el nuevo protector y la carcasa del compresor.

Seleccione un protector térmico de reemplazo con especificaciones que coincidan con el dispositivo original, prestando especial atención a la temperatura de disparo, la temperatura de reinicio, la clasificación actual y el estilo de montaje. Aplique una fina capa de pasta termoconductora a la superficie de contacto del nuevo protector para garantizar una transferencia de calor eficiente desde la carcasa del compresor. Monte el protector firmemente contra el compresor, colocándolo en el mismo lugar que el dispositivo original. La mayoría de los fabricantes especifican la instalación en la parte superior del cuerpo del compresor, donde las temperaturas son más altas. Conecte el cableado eléctrico de acuerdo con el diagrama del circuito, asegurándose de que el calibre del cable sea adecuado para la clasificación actual y asegure las conexiones de los terminales que no se aflojen por vibración durante el funcionamiento del compresor.

Prevención de la activación del protector térmico mediante el mantenimiento

El mantenimiento preventivo reduce significativamente la activación del protector térmico al abordar las condiciones subyacentes que causan el sobrecalentamiento del compresor. Implemente un programa de mantenimiento regular que incluya la limpieza trimestral del serpentín del condensador para mantener la capacidad adecuada de rechazo de calor. Limpie los serpentines utilizando métodos apropiados para el diseño específico del serpentín; los serpentines de tipo aleta responden bien al lavado suave con agua y soluciones de limpieza de serpentines aprobadas, mientras que los serpentines de microcanal requieren una limpieza más cuidadosa para evitar daños. Inspeccione y limpie los ventiladores del condensador, verificando la dirección de rotación adecuada, el flujo de aire adecuado y la ausencia de desechos u obstrucciones alrededor de la unidad exterior.

Monitoree los parámetros eléctricos, incluido el voltaje en la desconexión durante el funcionamiento del compresor, comparando las mediciones con las especificaciones de la placa de identificación. El voltaje debe permanecer dentro del ±10 % del voltaje nominal, y los sistemas trifásicos deben mostrar un equilibrio de voltaje dentro del 2 % en todas las fases. Verifique el consumo de corriente con las clasificaciones de la placa de identificación, investigando cualquier compresor que consuma un amperaje significativamente mayor al especificado. Verifique la carga adecuada de refrigerante anualmente midiendo el sobrecalentamiento y el subenfriamiento, ajustando la carga solo cuando las mediciones estén fuera de las especificaciones del fabricante. Aborde cualquier fuga de refrigerante de inmediato en lugar de simplemente agregar carga, ya que el sobrecalentamiento repetido debido a una carga baja reduce significativamente la vida útil del compresor incluso cuando la protección térmica evita una falla inmediata.

Comprender las limitaciones del protector térmico

Si bien los protectores térmicos brindan protección esencial contra fallas catastróficas del compresor, tienen limitaciones que los usuarios y técnicos deben comprender. Los protectores térmicos responden a la temperatura, no a las causas subyacentes del sobrecalentamiento, lo que significa que tratan los síntomas en lugar de los problemas. Un sistema que realiza ciclos repetidos de protección térmica continúa sufriendo la condición que causa el sobrecalentamiento, acumulando daños con cada ciclo a pesar de que el protector evita una falla inmediata. El funcionamiento prolongado en esta condición marginal degrada el aislamiento del motor, las superficies de los cojinetes y la calidad del aceite refrigerante, lo que en última instancia provoca una falla del compresor a pesar de que la protección térmica esté presente y sea funcional.

Los protectores térmicos tampoco pueden proteger contra todos los modos de falla que afectan a los compresores. Las fallas mecánicas repentinas, como bielas rotas, placas de válvulas rotas o agarrotamiento catastrófico de cojinetes, ocurren demasiado rápido para que la protección térmica pueda evitar daños. Las fallas graduales, incluidas las fugas lentas de refrigerante, pueden operar por debajo de los puntos de activación de la protección térmica y al mismo tiempo causar un rendimiento de enfriamiento inadecuado y la insatisfacción del cliente. Comprender estas limitaciones refuerza la importancia de abordar las causas fundamentales de la activación del protector térmico en lugar de ver el protector como una solución permanente a los problemas operativos continuos. Cuando se dispara un protector térmico, indica un problema que requiere investigación y corrección, no simplemente un inconveniente temporal que debe tolerarse.

Tecnologías avanzadas de protección térmica

Los sistemas HVAC modernos incorporan cada vez más tecnologías avanzadas de protección térmica que brindan un monitoreo y protección más sofisticados que los protectores bimetálicos tradicionales. Los módulos electrónicos de protección térmica utilizan sensores termistores y conmutación de estado sólido para proporcionar un monitoreo de temperatura más preciso y tiempos de respuesta más rápidos. Estos dispositivos se pueden integrar con controles del sistema para proporcionar información de diagnóstico, rastrear tendencias operativas y diferenciar entre ciclos térmicos normales y problemas en desarrollo que requieren atención de servicio. Algunos sistemas residenciales premium y la mayoría de las instalaciones comerciales ahora incluyen módulos de protección del compresor que monitorean múltiples parámetros, incluidos temperatura, corriente, voltaje y ciclos operativos, para brindar una protección integral del motor.

Los sistemas de compresores de velocidad variable emplean sofisticados algoritmos de protección del motor integrados en el variador de frecuencia que monitorean continuamente la temperatura, la corriente y la velocidad del motor para optimizar la protección y maximizar la flexibilidad operativa. Estos sistemas pueden reducir la velocidad del compresor cuando se acercan a los límites térmicos en lugar de apagarse por completo, manteniendo cierta capacidad de enfriamiento y evitando daños. Los termostatos inteligentes y los sistemas de gestión de edificios incorporan cada vez más monitoreo de protección térmica, alertando a los usuarios o proveedores de servicios sobre disparos térmicos repetidos que indican problemas en desarrollo que requieren atención profesional. A medida que la tecnología HVAC continúa avanzando, los sistemas de protección térmica se volverán más integrados, inteligentes y proactivos, pasando de una simple protección reactiva a capacidades de mantenimiento predictivo que previenen problemas antes de que causen interrupciones en el servicio.