Junio de 2010 / RACE Catalogue 100-9/ES

Válvulas eléctricas para Control del Refrigerante 10 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS • Motor paso a paso para el control exacto • Alta resolución mecánica - 0,0000783 pulgadas por paso • Para aplicaciones de gas caliente, líquidos y succión de vapor. • Materiales resistentes a la corrosión en toda la construcción • Fiabilidad probada en la práctica • Bajo consumo de potencia - 4 vatios • Conexiones ODF de cobre y SAE de latón para una instalación fácil • Probada la compatibilidad con la mayoría de los refrigerantes y aceites CFC, HCFC, y HFC. • Materiales templados o autolubricantes para una larga vida de servicio • Alta fuerza lineal de salida

ÍNDICE El Sistema de Refrigeración ............................................. 1 Válvulas Mecánicas .......................................................... 2 Válvulas Eléctricas - Conceptos básicos ........................... 2 Tipos de Válvulas Controladas Electrónicamente............... 2 Motores paso a paso ........................................................ 3 Teoría de los pasos .......................................................... 3 Actuadores Lineales Digitales - DLA ................................. 4 Resolución ....................................................................... 4 Especificaciones de los motores paso a paso bipolares .... 5 Especificaciones técnicas ESX .......................................... 5 Hardware ......................................................................... 6 Software .......................................................................... 7 Inicialización .................................................................... 7 Bucles de retroalimentación ............................................. 8 Control y Algoritmos PID................................................... 8 Control Proporcional ......................................................... 9 Control Integral ................................................................ 9 Control Derivativo............................................................. 9 Control de las Válvulas de Expansión Eléctrónicas - EEV . 10 Sobrecalentamiento ....................................................... 10

Transductores de presión ............................................... 10 Tablas de Presión-Temperatura ...................................... 10 Sensores de temperatura ............................................... 11 Aire de Descarga o Control de Agua ............................... 11 Aplicaciones................................................................... 11 Aire acondicionado y sistemas de refrigeración .............. 12 Evaporador múltiple / sistemas de capacidad variable .... 12 Sistemas de bomba de calor split ................................... 12 Sistemas de máquinas de hielo ...................................... 12 Presión de Evaporador Constante ................................... 12 Control de Reguladores Eléctricos de Presión de Evaporador - EEPRs .......................................................12 Control de Válvulas Bypass Eléctricas de Descarga de Gas - EDBV ....................................................................13 Aplicaciones de recuperación de calor............................ 13 Control de temperatura y tarjeta interface ...................... 13 Localización de fallos y modos de fallo ........................... 13 Nomenclatura e Información de capacidad ..................... 15 Glosario ......................................................................... 16

EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

El corazón del sistema es el compresor dado que bombea el refrigerante. Su función es recibir el refrigerante vaporizado desde el evaporador a baja presión y temperatura y comprimirlo a alta presión y temperatura. El vapor a alta presión se convierte en líquido en la fase del condensador. El condensador cumple su función quitando temperatura al vapor y transmitiendo el calor a aire o agua. El líquido, que sigue a alta presión, pasa por el dispositivo de expansión donde sufre una caída de presión formando una mezcla en dos fases: líquido y vapor. Esta mezcla vuelve a la fase de vapor en el evaporador al absorber calor del medio que está refrigerando. El vapor a baja presión y baja temperatura vuelve al compresor y el ciclo se reinicia.

La refrigeración mecánica mediante un ciclo de compresión de vapor existe desde hace 100 años y se supone que seguirá siendo la base de la refrigeración comercial en un futuro previsible. El sistema de refrigeración es un sistema cerrado en el que el proceso de absorción y transmisión de calor se realiza alternativamente mediante la compresión, condensación y evaporación de un líquido. En su forma más simple comprende un compresor, condensador, dispositivo de expansión, evaporador y tubería de interconexión.

RACE Catalogue 100-9/ES, junio 2010, reemplaza al RACE Catalogue 100-9/ES de abril de 2004 y a todas las publicaciones anteriores.

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VÁLVULAS MECÁNICAS La idea de crear la caída de presión necesaria para la evaporación del refrigerante se ha desarrollado con el tiempo. El primer método usado fue simplemente una válvula manual configurada a un caudal y carga determinados. Su utilidad se veía limitada por el hecho de que debía ser configurada manualmente cada vez que cambiaba la carga del sistema. Los tubos capilares (tubos de diámetro interno pequeño), se usan para crean una caída de presión mediante la alta presión interna. La capacidad que tienen para seguir la carga es limitada. Una idea similar se usa en el orificio fijo. Se usa un orificio muy pequeño para provocar la caída de presión. Nuevamente, la capacidad de seguir las modificaciones de la carga es poca. Un tipo temprano de sistema es el inundado. En los sistemas inundados el evaporador es un recipiente que contiene refrigerante en el que están sumergidos tubos por los que corre el aire o agua que se debe enfriar. Los dispositivos flotantes en el caudal de entrada o de salida fueron relativamente exitosos, pero sólo servían para niveles fijos. Los sistemas de flotador también eran propensos a la acumulación de aceite en el evaporador debido a las bajas velocidades del flujo refrigerante. Los adelantos en el ámbito de las válvulas mecánicas llevó a las válvulas de expansión automática. Las válvulas de expansión automática mantienen la presión en el evaporador abriendo en respuesta a la caída de la presión de succión. Si bien tienen la capacidad de adecuarse a los cambios de la carga del sistema mejor que los limitadores fijos o los tubos capilares, sus características de funcionamiento son a veces opuestas a las requeridas para que el sistema sea eficaz. El control mecánico más eficaz y exitoso del refrigerante es sin duda la Válvula de Expansión Termostática (VET). La VET trabaja midiendo y controlando el sobrecalentamiento en el evaporador. El sobrecalentamiento es una medida directa del trabajo realizado (= calor absorbido) por el evaporador. El control del sobrecalentamiento permite a la VET medir la cantidad apropiada de refrigerante que entra al evaporador en cualquier condición de carga evitando que el reflujo averíe el compresor. Un dispositivo ideal de control de refrigerante no debe ser específico para un refrigerante, debe tener un amplio rango de carga, debe poderse configurar a distancia y debe controlar directamente la temperatura. Las válvulas controladas electrónicamente cumplen con estos requisitos.

CONCEPTOS GENERALES DE LAS VÁLVULAS ELÉCTRICAS En los diseños actuales, los componentes electrónicos que controlan la válvula están separados de la válvula misma. Por eso, la forma correcta de denominar las válvulas es válvulas eléctricas controladas electrónicamente. Por acuerdo general, las válvulas se denominan válvulas eléctricas.

Dado que a las válvulas eléctricas se les asigna una función en el software de controlador, una válvula eléctrica puede ser usada en cualquier lugar del sistema; como válvula de expansión, válvula bypass para descarga de gases, válvula de control del evaporador, válvula de recuperación de calor, válvula de control de la presión general o válvula de control de la presión del cárter.

TIPOS DE VÁLVULAS CONTROLADAS ELECTRÓNICAMENTE Se han lanzado cuatro tipos de válvulas al mercado: solenoide o pulso, analógica, motor caliente y motor paso a paso. Las Válvulas de solenoide se usan normalmente como válvulas de cierre y tienen un diseño sencillo. Cuando una bobina que rodea un émbolo es energizada, el campo magnético levanta el émbolo. Consultar la Figura 1. Las válvulas son diseñadas para que el émbolo abra un puerto cuando es levantado por el campo magnético. Estas válvulas están o bien abiertas o bien cerradas y no pueden modular el caudal. Para que la válvula pueda modular el caudal, un solenoide debe ser abierto y cerrado rápidamente en respuesta a una señal generada por un controlador. El término Modulación por Ancho de Pulsos también conocido como (PWM), se usa para designar este diseño. Los límites mecánicos del diseño limitan la capacidad de seguimiento de la carga o resolución a un rango bastante estrecho. Debido a los arranques y las paradas súbitas del refrigerante, creadas por este tipo de válvula, pueden producirse golpes de ariete o vibraciones que causen daños a la válvula o al sistema. El uso de válvulas PWM ha sido exitoso sólo en parte dado que se deben considerar los efectos sobre las válvulas y sistemas.

TIPO DE PULSO GOLPE ON y OFF Figura 1

O

Las válvulas de analógicas, se muestran en la Figura 2, se relacionan con las válvulas PWM en el sentido de que tienen, básicamente, un diseño de solenoide. La diferencia principal es que la bobina y el émbolo han sido diseñados específicamente para crear un campo magnético variable. Un campo más fuerte abrirá la válvula aún más, un campo más débil permitirá que la válvula se cierre. La modulación de las válvulas analógicas varía prácticamente en forma infinita, pero la programación necesaria para posicionar el émbolo con exactitud es muy compleja. Las válvulas sufren una alta histéresis, fricción interna, magnetismo residual y baja repetibilidad. Las válvulas analógicas correctamente diseñadas como la Sporlan CDA, han sido muy exitosas para el transporte de refrigeración pero no son comunes en otras aplicaciones.

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VARIEDADES DE TIPOS ANALÓGICOS UN CAMPO MAGNÉTICO Figura 2

Las válvulas geotérmicas son similares en su construcción a las válvulas de expansión termostática. Consultar la Figura 3. Las VET tienen un bulbo lleno con una sustancia, generalmente una mezcla de refrigerantes u otros fluidos que se expanden al calentarse. El calor que origina la expansión y que en consecuencia abre al válvula es transferido de la línea de succión al bulbo. En una válvula geotérmica, un pequeño calentador eléctrico inmerso en el líquido del bulbo es energizado por cantidades variables. El calor generado expande el fluido del bulbo modulando la válvula.

VÁLVULA MOTOR CALIENTE Figura 3

MOTOR PASO A PASO CONTROLADO CON PEQUEÑOS INCREMENTOS Figura 4

MOTORES PASO A PASO Los motores paso a paso han existido durante muchos años pero estaban limitados a aplicaciones generalmente muy específicas y costosas. Cuando la industria de ordenadores comenzó a expandirse y los componentes electrónicos en los automóviles aumentaron, la necesidad de motores paso a paso pequeños, fiables y económicos aumentó torrencialmente. Los motores paso a paso permiten repetir los momentos de precisión que requieren las impresoras de alta velocidad y el control de equipos computadorizados. En la década del 80 Sporlan experimentó con la tecnología de motores paso a paso y las válvulas con estos motores comenzaron a ser comercializadas a principios de los 90. Los primeros diseños se basaban en motores unipolares pero más tarde se comenzó a usar motores bipolares má eficaces.

TEORÍA DEL MOTOR PASO PASO

Las válvulas de motor paso a paso como se muestra en la Figura 4, son las de diseño más sofisticado. En este tipo de válvulas, se utiliza un motor pequeño para abrir o cerrar el puerto de la válvula. El motor que se usa no gira continuamente sino que gira una fracción de revolución por cada señal enviada por el controlador. Estos pasos discontinuos dan su nombre al motor. La cantidad de señales de paso enviadas por el controlador son recordadas por el controlador por lo que puede devolver la válvula a cualquier posición anterior. Esta repetibilidad es prácticamente el control más absoluto y exacto que se puede lograr. El circuito digital usado por los controladores de motores paso a paso puede responder con rapidez y exactitud. El ESX funciona a 83 pasos/s mientras que los motores Sportlan paso a paso más grandes funcionan a 200 pasos/s y se los puede devolver a una posición exacta. Las válvulas eléctricas Sporlan han sido diseñadas para motores de 500 a 6386 pasos con la mejor resolución o control de caudal posible.

A diferencia de los motores tradicionales que giran siempre que estén alimentados con la corriente correcta, los motores paso a paso giran una cantidad determinada del arco y después paran. Cuando la alimentación se corta y después es retomada el motor paso a paso gira otra porción determinada del arco o paso y se detiene nuevamente. Este ciclo se puede repetir indefinidamente sin límites mecánicos en ninguna dirección. Si bien parece complejo, este movimiento de arranque/parada es mecánicamente más sencillo que en motores de inducción o conmutados. Los motores paso a paso, al igual que casi todos los otros motores, se basan en el principio magnético de que los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen. Los polos se llaman Norte (N) y Sur (S).

Figura 5

N

S

N

S

N

S

Si los imanes medios arriba y abajo pueden girar libremente, se orientará siempre como se muestra. Si se usan electroimanes, entonces un imán que pueda girar libremente o un rotor se puede alinear con los campos magnéticos creados cuando los electroimanes son energizados.

Figura 6 N

N

S

S +

-

+

-

Página 4 / BOLETÍN PÁGINA RACE Catalogue 20-10ES100-9/ES Si el suministro de eléctrico se mantiene, los polos magnéticos se alinearán y ya no habrá más rotación.

Figura 7 N +

S

N

S +

-

-

Si alrededor de un rotor de imán permanente se colocan múltiples grupos de electroimanes, y se energizan secuencialmente, el rotor pasará de una posición a otra, hemos creado un motor paso a paso.

S

S

Figura 8

N

N

N

S

El ejemplo anterior es sencillo, en la realidad, los motores paso a paso pueden tener entre 24 y 100 electroimanes virtuales colocados alrededor del rotor. Un cálculo elemental muestra que estos motores tienen pasos en ángulos de entre 15° y 3,6 grados. Hay dos tipos generales de motores paso a paso: unipolar y bipolar. En el tipo unipolar como el motor Sporlan ESX, la corriente tiene una sola dirección. En el caso del motor de la válvula Sporlan ESX, el cable gris es siempre para +12 voltios CC y cada uno de los otros cuatro colores es, a su turno, conectado a tierra. El circuito propulsor es más sencillo, pero el par de torsión y la eficacia son menores que en el tipo bipolar. No obstante, los motores unipolares son útiles en válvulas de baja capacidad como la Sporlan ESX. Un motor bipolar como los usados en todas las otras válvulas Sporlan es energizado por señales que cambian de polaridad. En el primer paso, el conector negro será negativo mientras que el blanco será positivo, en el segundo paso el negro pasará a ser positivo mientras que el blanco pasará a ser negativo. Este tire y empuje acrecienta el par de torsión y la eficacia del tamaño del motor y la potencia suministrada. El tipo bipolar es el que se elige para todas las válvulas grandes de motor paso a paso. La Figura 11 en la página 6 muestra un circuito bipolar.

ACTUADORES LINEALES DIGITALES - DLA Pequeños aumentos en la rotación son de gran utilidad en cabezales de impresión o para aplicaciones con señales, pero generalmente es preferible un movimiento lineal. En el caso de las válvulas eléctricas de control de refrigerante,

el movimiento lineal no sólo es necesario sino que además se necesita una fuerza lineal importante para cerrar un puerto contra alta presión. Mientras que las válvulas de pequeño tonelaje utilizan con éxito la propulsión directa, las válvulas grandes no pueden hacerlo. La solución para ambas necesidades es un Actuador Lineal Digital (siglas en inglés DLA). Los DLA se usan para convertir la rotación en un movimiento de tiro y empuje generalmente con un gran aumento en la fuerza de salida. El incremento de la fuerza deviene de un simple tren de engranajes y puede significar un beneficio mecánico de hasta 5 veces. Este aumenFigura 9 to del par de torsión se usa para mover un tornillo de alimentación o un eje roscado. Una tuerca propulsora o una conexión se enrosca en el eje pero se le impide girar con ranuras de chaveta o guías con forma especial. Dado que la tuerca propulsora no puede girar, debe moverse hacia adelante o hacia atrás, dependiendo de la rotación del eje roscado.

RESOLUCIÓN La resolución es la capacidad de la válvula para responder con exactitud a las necesidades del caudal. En una válvula de Pulso (PWM) sólo son posibles dos niveles de resolución, totalmente abierta o totalmente cerrada. Teóricamente, si una válvula debe recibir una carga del 50%, debe estar cerrada la mitad de tiempo y totalmente abierta la otra mitad. El control de la temperatura y el sobrecalentamiento será a saltos dado que la válvula alternativamente inunda y seca el evaporador. Si la amplitud es de 6° se dice que la resolución es de ±3°. Una válvula eléctrica analógica o VET tiene mejor resolución debido a que se abre y cierra suavemente. En ambas válvulas, no obstante, hay histéresis. Histéresis es la fricción interna de cualquier sistema. En una VET se requiere más fuerza o presión para deformar el diafragma en la dirección de apertura que en la dirección de cierre. La histéresis afecta la resolución de la VET y limita su capacidad de medir con exactitud el refrigerante en una amplia gama de condiciones de la presión principal y carga del evaporador. Las VET de lumbrera equilibrada al igual que las válvulas Sporlan de las series BF y O, tienen una mejor capacidad de seguir la carga que las VET convencionales, pero no con la misma capacidad que las EEV. La resolución de una Válvula Eléctrica de Expansión o EEV es controlada por la carrera y la cantidad de pasos en la carrera. Sporlan comercializa válvulas en varios tamaños para una gran variedad de aplicaciones. Toda las válvulas salvo las ESX usan el mismo montaje de motor/propulsor, pero el tamaño físico limita la cantidad de pasos usados en las diferentes válvulas. Las válvulas de expansión eléctricas ESX tienen 500 pasos nominales en una carrera, las válvulas de expansión eléctricas SER de bajo tonelaje tienen 1596 pasos por carrera y las CSD-16, SDR-4 y las válvulas de expansión eléctrica de alto tonelaje tienen 6386 pasos

PÁGINA 5 / RACE Catalogue 100-9/ES nominales . El pistón o clavija de las válvulas grandes se mueve la misma distancia lineal en cada paso: 0,0000783 pulgadas. Esta distancia extremadamente pequeña que la clavija se mueve apartándose del asiento se refleja en la cantidad por minuto que el flujo refrigerante aumenta o disminuye. Las válvulas de tipo pulsado, que solamente pueden estar abiertas o cerradas, tienen una resolución inferior. Como comparación sencilla se puede decir que es la misma relación que un interruptor eléctrico que sólo tiene dos posiciones y un interruptor dimmer que puede tomar miles de posiciones.

Figura 10 MOTORES PASO A PASO

1 500 Pasos 200 Pasos/s 0,0000783"/Paso

ANCHO DE PULSO

6-8 s/pulso

Inductancia: 62 ± 20% mH por vuelta Potencia máxima de entrada: 4 vatios Paso recomendado: 200 pasos/s, otros valores deben ser probados. Cantidad de pasos: 6386, 3193 o 1596 dependiendo del modelo de válvula Resolución: 0,0000783 pulgadas/paso (0,002 mm/paso) MOPD 620 psi (42 bar) MRP 620 psi (42 bar) Resistencia dieléctrica: 650±50 VRMS para 1 segundo Fuerza de salida lineal en la propulsión de la válvula: 45 lbf. (200 N) mínimo

• Modulación prácticamente infinita

• "Off" o "On" - Capacidad limitada de control

• No estresa el sistema (golpe de ariete)

• Los pulsos pueden averiar la tubería y los accesorios

Las válvulas Sporlan Grandes operadas con motor paso a paso usan todas un motor bipolar como se muestra más abajo. Especificaciones ESX:

Fuerza de detención en la propulsión de la válvula: 130 lbf. (578 N) mínimo Temperatura del medio: -40-225°F (-40-107°C) Temperatura ambiente/almacenamiento: -40-225°F (-40-107°C)

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ESX

ESPECIFICACIONES Tipo de motor: Imán permanente bifásico, 2 bobinas bipolares Refrigerantes compatibles R-22, R-134a, R-404A, R-407C, R-507, R-410A Voltaje de alimentación: 12 VCC, -5%, +10% medido en los cables de la válvulas Conexiones: 4 cables, 18 AWG, cable encamisado aislamiento PVC Resistencia de fase: 75 ohmios por vuelta ± 10% a 72°F (22°C) (SER - 100 ohmios por vuelta ± 10% a 72°F (22°C)) Rango de corriente: 0,131 a 0,215 amperios/vuelta 0,262 a 0,439 amperios con 2 vueltas energizadas

Descripción del dispositivo 4 fases, 24 polos, unipolar, válvula de expansión con motor paso a paso de imán permanente para refrigerantes halocarbonados Tipo de actuador Estator seco: reemplazable, girable, posición 10 Rotor húmedo: cuerpo totalmente estanco Tamaños del orificio de la válvula y capacidad nominal 0,055" (1,4 mm): 1,5 toneladas R-22 (4,5 kW) 0,071" (1,8 mm): 3,0 toneladas R-22 (7 kW) 0,094" (2,4 mm): 5,0 toneladas R-22 (15 kW) Construcción Estator: Cobre, acero, náilon Cuerpo: Latón. cobre. acero inoxidable Refrigerantes compatibles R-22, R-134a, R-404A, R-407C, R-507, R-410A Aceites compatibles Mineral, polioléster, alquibenceno

PÁGINA 6 / RACE Catalogue 100-9/ES Resolución 500±20 pasos; 0,104" (2.64 mm) pasaje

Presión de explosión 3250 psig (224 bar)

Tasa de paso mínimo 30 pulsos/s a máximo 83,5 pulso/s

Temperatura del medio -40°F a 155°F (-40°C a 70°C)

Tiempo de recorrido vuelta completa 16,7 s @ 30 pulsos/s 6 s @ 83,5 pulsos/s

Temperatura ambiente/almacenamiento -25°F a 140°F (-30°C a 60°C) VIda mínima 250.000 CICLOS

Cierre de válvula 140 cc/min @ 150 psid (10,3 bar) Metal/asiento de metal Protegida contra sobre/sub funcionalidad

Resistencia a la corrosión 100 hr. ASTM B-117 aerosol salado

Voltage estator 12 VCC ±10%

Pesos Cuerpo: 0,17 lb (77 g) Estator: 0,34 lb (154 g); sin cable

Potencia 4 vatios nominal durante el transiente máximo 5,8 vatios No requiere potencia de mantenimiento

Resistencia de fase 46± 4 Ohmios por fase a cable a tierra (gris) En la página 4 se discute la diferencia entre un motor unipolar y uno bipolar.

Aislamiento del estator Clase E, 500 V sin ruptura dieléctrica

HARDWARE

Paso/conexiones del flujo Patrón de flujo 90°, posibilidad de biflujo Conexiones de cobre extendidas

El hardware de control para las válvulas puede tener una variedad de formas. Las más complejas y caras utilizan transistores discretos o individuales para cada función de conmutación. Este diseño requiere el uso de ocho transistores marcados Q1 a Q8, conectados como se muestra en la Figura 11.

Orientación de la instalación Vertical a horizontal recomendada MOPD 500 psi (34,5 bar) flujo hacia adelante (entrada lateral) Para flujos revertidos (entrada por fondo), consultar la Tabla 1

Figura 11

Tipo de válvula

ENTRADA LATERAL CAUDAL DE AVANCE

ENTRADA DE FONDO CAUDAL DE RETROCESO

ESX-14

500 psi

400 psi

ESX-18

500 psi

300 psi

ESX-24

500 psi

125 psi

Máxima presión de trabajo 650 psig (44,8 bar)

Q1

Blanco

v

+

Verde

Rojo

ESX MOPD

Q2

Q5

+

v

Negro

Motor

Tabla 1

Q6

Emisor Base Colector

Q3

Q4

Q7

Q8

Los transistores son sencillamente interruptores de estado sólido. Estado sólido significa que son fabricados con un chip sólido de silicona y que no tienen partes móviles. Funcionan como interruptores o relés con una señal eléctrica que conmuta una señal más grande de on a off y viceversa. En la figura de más arriba, gracias a la señal

PÁGINA 7 / RACE Catalogue 100-9/ES pequeña la base es conductora y permite que el caudal del emisor llegue al colector. El microprocesador o pequeño ordenador usado en el controlador tiene la capacidad de secuenciar las señales a la "base" de cada transistor. Como se muestra en la tabla que sigue, esta secuencia de señales conmuta los transistores por pares de on a off y viceversa, para que la válvula abra o cierre. Los transistores pueden ser bipolares (no confundir con lo motores del mismo tipo y nombre) para controlar la corriente y MOSFET (transistor de efecto de campo con estructura MOS) que controlan el voltaje. En cada tipo hay también transistores que son usados para desactivar el voltaje de alimentación o la base. Una explicación más detallada de estas diferencias queda ya fuera del campo de esta descripción, pero los sistemas de circuitos que usan alguno de estos tipos han sido aplicados con éxito. La secuencia propulsora de las válvulas Sporlan se muestra en la Tabla 2 más abajo.

SECUENCIA PROPULSORA BIPOLAR PASO

NEGRO

BLANCO

ROJO

VERDE

1 2 3 4 5

12 voltios 0 voltios 0 voltios 12 voltios 12 voltios

0 voltios 12 voltios 12 voltios 0 voltios 0 voltios

12 voltios 12 voltios 0 voltios 0 voltios 12 voltios

0 voltios 0 voltios 12 voltios 12 voltios 0 voltios

ABIERTO

CERRADO

Tabla 2

SECUENCIA PROPULSORA UNIPOLAR PASO

NARANJA

ROJO

AMARILLO

NEGRO

1 2 3 4 5 6 7 8 1

0 voltios 0 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 0 voltios 0 voltios

12 voltios 0 voltios 0 voltios 0 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios

12 voltios 12 voltios 12 voltios 0 voltios 0 voltios 0 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios

12 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 12 voltios 0 voltios 0 voltios 0 voltios 12 voltios

ABIERTO

CERRADO

Se usa en todas las válvulas Sporlan de motor paso a paso salvo las ESX

El gris es común y se conecta siempre a 12 voltios . Sólo se usa en las válvulas ESX.

A medida que cada una de las fases es energizada secuencialmente, el eje del motor se moverá un paso en la dirección indicada. Las secuencias se repiten tantas veces como sea necesario para alcanzar la posición calculada por el controlador electrónico externo. La secuencia invertida cambia la dirección del eje de motor, una secuencia correcta permite que la válvula abra y cierre sin pérdida de pasos. Los motores paso a paso con imán permanente como los usados por Soporlan mantienen su posición cuando la corriente se corta. Este efecto de freno permite que los controladores sean más sencillos con menos consumo de energía. Sporlan sugiere que cuando el motor no se mueva la tensión se corte para minimizar el calentamiento y el consumo de potencia.Se necesitan más de 130 libras de

fuerza (578 newton) para que el motor gire cuando no está energizado. Ello no es posible en ninguna aplicación correcta de la válvula.

SOFTWARE Las válvulas con sus motores y cableado y los controladores con sus transistores y microprocesadores se agrupan como "Hardware". Para que el hardware realice la función asignada, se debe alimentar una serie de instrucciones en el microprocesador. Esta serie de instrucciones se llama "Software" y se deben incorporar ciertas rutinas para posibilitar el control de la válvula. La mayoría de las válvulas con motor paso a paso son diseñadas sin inteligencia ni feedback interno, es decir que se mueven solamente como consecuencia de las señales del controlador. Las válvulas mantienen su posición mientras no reciban una nueva señal y esta posición es almacenada en la memoria del controlador. Cuando la válvula recibe una señal para cambiar de posición el controlador registra el cambio pero en realidad no sabe si la válvula ha cambiado de posición. Para que esta forma de control sea eficaz, se deben implementar dos rutinas de control: bucles de inicialización y feedback.

INICIALIZACIÓN La inicialización tiene lugar cuando las válvulas son energizadas por primera vez y a veces después de una modificación importante del sistema, p. ej. cierre para descongelar. Cuando la combinación de controlador y válvula es energizada por primera vez, el control no conocen la posición de la válvula. Para inicializar, el controlador envía una serie de pasos de cierre, mayor que la cantidad total de pasos de la carrera de la válvula. Esto garantiza que la válvula esté cerrada. La posición de cierre se denomina posición "0" (cero) de la válvula y se usa para los cálculos siguientes de las posiciones de la válvula. Esta serie de pasos suplementarios se llama "saturación", las válvulas han sido diseñadas para aceptarlo sin averías. La cantidad de pasos de saturación depende del tipo de válvula usado. Las válvulas Sporlan que usan todas el mismo motor/propulsor se comercializan en una variedad de configuraciones y tamaños. La cantidad de cambios de pasos nominales o de caudal cambia de 500 en la ESX hasta 3500 en la pequeña válvula de expansión SER y en las válvulas SDR-3(X) y a 6386 en todas las otras. La cantidad de pasos de caudal es el rango en el Tabla 3 cual las válvulas mejor controlan INICIALIZACIÓN el caudal. La cantidad de pasos TIPO DE VÁLVULA PASOS mecánicos es mayor y depende ESX 500 de la tolerancia de fabricación. SER 1.5 TO 20 3500 Para garantizar que las válvulas SEI-30 & 50 6500 están completamente cerradas SEH-100 6500 durante la inicialización, se debe SEH-175 6500 usar la cantidad de pasos mosCDS-9 6500 trados en la Tabla 3. CDS-16 SDR-3 & SDR-3X SDR-4

6500 3500 6500

PÁGINA 8 / RACE Catalogue 100-9/ES Dado que las válvulas han sido diseñadas para aceptar pasos de saturación sin sufrir daños, se puede usar una inicialización de 7500 pasos en todas las válvulas. Una vez que la válvula está completamente cerrada y el controlador conoce la posición "0" de la válvula, el algoritmo debe ser implementado basándose en el bucle de feedback.

BUCLES DE FEEDBACK El feedback tiene lugar cuando el resultado de un proceso es detectado y la información se usa para modificar el proceso. En otras palabras, cuando el controlador abre demasiado la EEV causando un enfriamiento exagerado, el sensor de temperatura devuelve la información y el controlador cierra la válvula. Los motores paso a paso pueden ser diseñados con un feedback interno que devuelva la posición momentánea de la válvula en cantidad de pasos de apertura, no obstante, puede ser demasiado caro e indeseable en términos de control de temperatura.

tra en la Figura 13, entonces la diferencia se podría programar en el controlador. En la realidad, el "offset" cambia constantemente siguiendo las condiciones de carga, de manera que algunas medidas de corrección deben ser usadas. En el control integral, la cantidad cambiante de "offset" se calcula mediante el algoritmo de control y se suma a punto de consigna. El control integral se llama con frecuencia control "reset" debido a su característica. Ver la FIgura 14.

Figura 13 Control Proporcional Temperatura actual Reset

Temperatura Punto de consigna

Offset

Tiempo

Si un algoritmo de control fuese escrito solamente con referencia a la cantidad absoluta de pasos de apertura, los cambios en la presión principal, temperatura del líquido, etc, no serían tenidos en cuenta y el control sería muy pobre.

Figura 14 Control Proporcional e Integral Temperatura actual

En cambio, los sensores se utilizan para determinar el efecto de la posición de la válvula sobre la temperatura, y la posición de la válvula, a su vez, se modifica para que la temperatura medida se acerque a la temperatura de consigna.

Figura 12 Sensor

Controlador

Reset

Temperatura Punto de consigna

Offset

Tiempo

DERIVATIVO el control se ve en la pendiente de la curva del cambio de temperatura. Si la pendiente es empinada, el algoritmo mueve la válvula más rápido o más cantidad para equilibrar las nuevas condiciones.

Figura 15 Bucle de retroalimentación

Información de temperatura

Control Proporcional, Integral y Derivativo Temperatura actual Temperatura Punto de consigna

EEV Tiempo

El bucle de retroalimentación en la Figura 12 se incrementa con el uso de algoritmos PID (Proporcional Integral Derivativo) como se explica en la sección ALGORITMO más abajo.

CONTROL PID y ALGORITMOS Control PID En el control proporcional, la temperatura momentánea se acercará a la temperatura nominal pero debido a varios factores, no siempre la podrá alcanzar. La diferencia se llama "offset". Si el "offset" fuese constante como se mues-

Los algoritmos que usan control Proporcional, Integral o Derivativo pueden llegar a ser muy exactos. En muchas situaciones, el algoritmo se puede crear para que "aprenda" sus propios coeficientes de las tres variables. Los controladores Autotune PID tienen esta capacidad, no obstante, generalmente son sólo para control de un sólo punto de temperatura. Las aplicaciones simples de temperatura de evaporador o de bypass de gas de descarga pueden prestarse para este tipo de control, pero las funciones complejas como el control de sobrecalentamiento generalmente no están disponibles en componentes COTS (a la venta en el mercado). Dado que las válvulas de expan-

PÁGINA 9 / RACE Catalogue 100-9/ES sión ya sean mecánicas o electrónicas, son principalmente dispositivos de control de sobrecalentamiento, los controladores de estas válvulas deben medir el sobrecalentamiento. Esto puede ser logrado con el método de temperatura doble o el método presión-temperatura. Ver el texto sobre Control de Válvulas de Expansión Electrónicas. En todo caso, se requieren pruebas para controlar que el funcionamiento sea correcto. Debido al costo de las pruebas, los fabricantes de controladores mantienen los algoritmos de sobrecalentamiento secretos. Algoritmos Independientemente de la forma en que se determine el sobrecalentamiento, el controlador lo usa en el algoritmo de control de la válvula. Un algoritmo es sencillamente una serie de instrucciones. Los algoritmos se basan en las cláusulas "if-then", por ejemplo: "if" el sobrecalentamiento aumenta "then" abrir la VEE. Los algoritmos generalmente se crean después de hacer las pruebas para encontrar el efecto de varios cambios realizados en el sistema. Por ejemplo, un sistema de refrigeración se instala con una VEE que puede ser abierta y cerrada con un sencillo controlador de joystick. Se miden el flujo refrigerante, el sobrecalentamiento, la temperatura del aire de descarga, etc. que indican la posición de la válvula. Entonces es posible cuantificar los cambios del efecto del refrigerante como respuesta a la posición de la válvula. Con esta información se genera un diagrama de flujo. El diagrama comienza así: • "If" el sobrecalentamiento es 15°F "then" abrir la válvula 150 pasos. • "If" el sobrecalentamiento es 10°F "then" abrir la válvula 100 pasos. • "If" el sobrecalentamiento es 5°F "then" abrir la válvula 0 pasos. • "If" el sobrecalentamiento es 3°F "then" cerrar la válvula 50 pasos. • "If" el sobrecalentamiento es 0°F "then" cerrar la válvula 3000 pasos. Observar que el diagrama de flujo precedente solamente permitirá a la válvula controlar un sobrecalentamiento de hasta 5°F y que sobrecalentamientos mayores abren la válvula y menores la cierran y que 0°F la cierra completamente. A medida que se tiene más experiencia en los tests y control de la válvula, el diagrama de flujo se puede hacer más complejo y útil. Una de las maneras de hacerlo es introducir una variable seleccionada por el usuario, el llamado "punto de sobrecalentamiento de consigna"

CONTROL PROPORCIONAL El lenguaje de programación usa las cláusulas "let" y "input" para introducir un número en una variable como "X" y línea de números para permitir bucles: • 10 "let" "X" ser el punto de sobrecalentamiento de consigna • 20 "Input" "X" • 30 "let" "Y" ser el sobrecalentamiento momentáneo • 40 "if" X=Y "then" cerrar la válvula 0 pasos • 50 "if" X > Y "then" cerrar la válvula 1 paso (el punto de consigna es más alto que el SH momentáneo cerrar la válvula)

• 60 "if" X < Y "then" abrir la válvula 1 paso (el punto de consigna es más bajo que el SH momentáneo, abrir la válvula) • 70 "Go to line" 40 Programada como se indica más arriba, más tarde o más temprano la válvula alcanzará su punto de consigna. No obstante, cuando se usa con una válvula que tiene 3000 a 6000 pasos de resolución, llevará un tiempo largo alcanzar el punto de consigna con el algoritmo anterior. Un algoritmo práctico debe tener muchas más instrucciones y debe comenzar a incorporar bucles con predicado. El algoritmo precedente es estrictamente proporcional, es decir cambiará la salida (pasos) directamente en relación a la entrada (supercalentamiento). La mayoría de los algoritmos de control de válvula son más complejos e incorporan otras características, incluso coeficientes integrales y derivativos.

CONTROL INTEGRAL Cualquier control proporcional se excederá o será insuficiente, es decir que la temperatura regulada será más alta o más baja que la temperatura de consigna. A veces, la diferencia se debe al diseño del sistema, otras veces se debe al retraso de la detección o al movimiento de la válvula. Además, una válvula con resolución pobre es más propensa a este tipo de vaivén. Independientemente del motivo, un algoritmo proporcional generalmente se puede mejorar agregando un componente integral. La integración detecta la desviación media de la temperatura momentánea o sobrecalentamiento del punto de consigna. Después se aplica un "offset" a la posición de la válvula para compensar cualquiera de los factores mencionados. El "offset" se modifica continuamente en respuesta a los cambios de la carga y del sistema. Un ejemplo de un paso de comando integral es: • 80 "if" el sobrecalentamiento medio durante 30 segundos es de 5°F "then" abrir la válvula 20 pasos.

CONTROL DERIVATIVO Un último parámetro que puede ser añadido a un algoritmo de control para asegurar el mejor control de temperatura o sobrecalentamiento es la función de derivación. En esencia, la función de derivación detecta el ritmo de cambio de temperatura o sobrecalentamiento y trata de predecir las futuras posiciones de la válvula. Esto lo hace estimando la pendiente de la curva del cambio de temperatura o sobrecalentamiento. Si la función derivativa detecta que el cambio es rápido, lo que tiene una pendiente brusca, entonces originará cambios de gran magnitud. Si la pendiente es suave, lo que indica que el cambio es lento, cambiará la posición de la válvula ligeramente. A continuación se muestra un ejemplo. • 90 "if" el sobrecalentamiento cae 0,1 grados en 5 segundos, "then" cerrar la válvula 10 pasos. • 100 "if" el sobrecalentamiento cae 1 grado en 1 segundo, "then" cerrar la válvula 100 pasos. Los algoritmos que incluyen el tipo PID mencionado antes, comienzan con una base teórica pero deben confirmados y ajustados mediante experimentos y pruebas.

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CONTROL DE VÁLVULAS DE EXPANSIÓN ELECTRÓNICAS - EEV Como se explicó anteriormente, Las Válvulas de Expansión Electrónica se dividen en cuatro tipos: pulso, analógicas, geotérmicas y motor paso a paso. El funcionamiento de cada una es único y el circuito propulsor no es intercambiable entre los diferentes tipos. El algoritmo o juego de instrucciones usado para controlar una válvula de expansión electrónica es similar y puede ser adaptado entre los diferentes tipos. Al igual que con las tradiciones válvulas de expansión termostática, las EEV son en principio dispositivos de control de sobrecalentamiento. Al usar una EEV, se debe determinar primero la forma en que se detectará el sobrecalentamiento.

TRANSDUCTORES DE PRESIÓN Los transductores de presión se comercializan en una amplia variedad de rangos, entradas, salidas y exactitud. Al seleccionar un transductor de presión es importante que el dispositivo sea compatible con el refrigerante y apropiado para las presiones de los sistemas de refrigeración. Normalmente, un transductor de presión es un dispositivo de tres cables. Dos cables suministran la energía y el tercero es la señal de salida. Generalmente, cuando la presión se eleva, el voltaje de la señal de salida aumenta. El controlador usa este voltaje para calcular la temperatura del refrigerante con una tabla incorporada de presióntemperatura codificada en el mismo controlador.

TABLAS DE PRESIÓN-TEMPERATURA SOBRECALENTAMIENTO Hay dos formas básicas de detectar el sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento es una relación entre la presión y la temperatura específica para cada refrigerante. Cuando está derivado electrónicamente, el sobrecalentamiento presión-temperatura requiere el uso de un transductor de presión, un sensor de temperatura y una tabla de presióntemperatura o ecuación. Otro método más simple pero no tan exacto de medir el sobrecalentamiento es el método de dos temperaturas. En el método de dos temperaturas la temperatura es medida en la entrada y la salida del evaporador. La diferencia entre las temperaturas es el sobrecalentamiento. Los refrigerantes o mezclas con deslizamiento de temperatura pueden afectar el método de control de dos temperaturas. Normalmente, los puntos de consigna del sobrecalentamiento deben ser más altos para anular el efecto del deslizamiento. Una ventaja del método de dos temperaturas es el costo, los transductores son mucho más económicos que los termistores. Además, trabaja con cualquier refrigerante sin necesidad de reprogramar. La diferencia de temperatura entre los dos sensores indicará el sobrecalentamiento, independientemente de la relación presión-temperatura del refrigerante. La principal desventaja del método de dos temperaturas es la incertidumbre de si el sensor de entrada está colocado apropiadamente. Para que el método de dos temperaturas sea exacto, el sensor de entrada debe estar colocado en una posición en la que haya refrigerante saturado todo el tiempo. Con frecuencia, la sola prueba de caudal de los evaporadores individuales proveerá la información necesaria para definir la posición correcta. Si no se encuentra o si no se usa la posición correcta, el control será pobre y el compresor puede sufrir averías. Sporlan suministra controladores de dos temperaturas solamente como un productos especiales a fabricantes que quieran probar las aplicaciones.

Las tablas de presión-temperatura son comunes en la industria AC y de refrigeración y existen en muchas formas. Para ser útiles para un dispositivo electrónico, deben ser codificadas como "tabla de lectura". Esto no es otra cosa que un área en la memoria del controlador donde la información es almacenada electrónicamente. Cuando se usa un controlador P-T (sobrecalentamiento presión-temperatura), se debe programar en el controlador la tabla de lectura del refrigerante específico usado en el sistema. Al igual que con las VET, cuando la presión y la temperatura son usadas para el control del sobrecalentamiento, es necesario conocer el refrigerante. El controlador no puede ser usado con otro refrigerante sin cambios internos o reprogramación. Dado que la tabla de lectura de un refrigerante puede ser almacenada en una cantidad muy pequeña de memoria electrónica, algunos controladores han sido programados con una cantidad de tablas de refrigerantes. La tabla apropiada para una aplicación se selecciona con un conmutador en el controlador. Otra manera de almacenar en la memoria de un controlador la relación presión-temperatura de uno o más refrigerantes es usando la "ecuación de estado". Esta ecuación de estado es una descripción matemática de las propiedades del refrigerante. Dado que los controladores EEV son ordenadores pequeños, tienen la habilidad de procesar ecuaciones con eficacia y rapidez. Es una decisión del diseñador del controlador cuál es el mejor método para almacenar la relación P-T. Una vez que la presión del refrigerante ha sido medida y la tabla de lectura usada para calcular la temperatura saturada, solamente queda por medir la temperatura de succión verdadera para determinar el sobrecalentamiento momentáneo. Las temperaturas de succión se miden con sensores de temperatura.

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SENSORES DE TEMPERATURA Se comercializan diferentes sensores de temperatura. Con frecuencia se elige un termistor debido a la disponibilidad, precio y exactitud. Un termistor es un dispositivo de estado sólido que modifica su resistencia en respuesta a cambios de temperatura. Otros términos como PTC (coeficiente positivo de temperatura) y NTC (coeficiente negativo de temperatura) se usan a veces en la literatura de termistores, pero esta característica no es parte de lo que estamos hablando. El controlador usa la modificación de la resistencia del termistor para calcular las temperaturas en la posición del sensor. Las temperaturas calculadas no se utilizan para generar mediciones de sobrecalentamiento, ni con el método de presión-temperatura ni con el método de dos temperaturas. Los sensores de temperatura también se usan para permitir que las válvulas eléctricas controlen directamente la temperatura.

AIRE DE DESCARGA o CONTROL DE AGUA Una rutina secundaria en los algoritmos EEV debe controlar directamente la temperatura del aire de descarga o agua. En este diseño, mientras que el sobrecalentamiento esté sobre un valor mínimo, la temperatura del medio refrigerado es el punto de consigna del control. Si el sobrecalentamiento cae, el controlador retoma el control del supercalentamiento y trata de elevarlo al valor de consigna. Una vez que el supercalentamiento ha sido restablecido, se retoma el control de la temperatura de descarga. Este tipo de algoritmo puede ser útil para algunas aplicaciones de procesos pero se ha demostrado que no es tan bueno en refrigeradores de supermercados. En un refrigerador de supermercado con control directo de temperatura de aire, la eficacia de la VEE permite usar menos el evaporador pero con una DT (DIferencia de Temperatura) mayor. Una DT mayor en el evaporador puede llevar a un aumento del hielo/escarcha lo que conlleva periodos de descongelamiento más largos o más frecuentes. En general, las EEV que usan algoritmos de control de sobrecalentamiento tienen menos tendencia a la formación de hielo/escarcha.

Figura 16 Transformador 24 VCA 40 VA Controlador de

*

*Cable gris sólo para ESX.

sobrecalentamiento

SER, ESX, SEI, SEH

8.8. Transductor de presión

Relé de vaciado (opcional)

Evaporador

Sensor de temperatura

Figura 17 Transformador 24 VCA 40 VA

* Controlador de refrigeración

*

Relé de vaciado (opcional)

*Cable gris sólo para ESX. Válvula 1 SER, ESX, SEI, SEH

Transductor de presión

Evaporador Sensor de temperatura

Evaporador Transductor de presión

ESX, SER, SEI, SEH

Válvula 2

Sensor de temperatura

Figura 18 Controlador de sobrecalentamiento

Bobina externa

P T

En sistemas con bobinas especialmente diseñadas para el control EEV o con suministros a presiones de succión flotante, la EEV puede aumentar la precisión del control al mismo tiempo que ahorra energía.

Válvula de 4 vías

Válvula ESX de Valve control Heating

ESX Válvula de Valve control Cooling

Bobina interna

Compresor Bombda de calor sistema split

APLICACIONES Las válvulas EEV brindan control exacto de refrigerante líquido o vapor para satisfacer los requisitos del control de caudal en una amplia gama de sistemas de refrigeración y AC. Debido a que las válvulas son controladas electrónicamente, pueden controlar la presión, la temperatura, el sobrecalentamiento y muchas otras características del sistema

Figura 19

Transformador 24 VCA 40 VA

* Controlador de máquina de hielo

8.8. Transductor de presión

Relé de vaciado (opcional)

Sensor de temperatura

*Cable gris sólo para ESX. SER, ESX, SEI, SEH

Solenoide de cosecha Evaporador

PÁGINA 12 / RACE Catalogue 100-9/ES Todos los Sporlan EEV con controles precisos de caudal y trabajan en coordinación con sensores y controles especificados por el usuario. Las válvulas tienen diferentes funciones que únen varios controles y las tuberías correspondientes en una válvula compacta. Estos incluyen, pero no están limitados a ellos, el control de sobrecalentamiento, el control de presión y limitación (p. ej. MOP), control de temperatura, control de capacidad y cierre de línea de líquido.

SISTEMAS REFRIGERACIÓN y AIRE ACONDICIONADO Las Sporlan EEV se usan normalmente como válvulas de expansión para controlar el sobrecalentamiento en acondicionadores de aire y la refrigeración de autocontenedores y en supermercados. Permiten un control exacto en cualquier condición de funcionamiento, al mismo tiempo que eliminan en la mayoría de las aplicaciones la necesidad aguas arriba de una válvula solenoide de cierre de línea de líquido. En las aplicaciones de AC, estas válvulas brindan una fuga fuera de ciclo extremadamente baja respondiendo rápidamente a los cambios de carga para máxima eficacia. Ver la FIgura 16.

PRESIÓN DE EVAPORADOR CONSTANTE Las válvulas Sporlan EEV pueden ser usadas para controlar el flujo refrigerante en aplicaciones que requieren un control cercano de la presión del evaporador ante variación de cargas. Con un control adecuado, las válvulas pueden controlar la temperatura de los fluidos del proceso, enfriadores, helados y aplicaciones tipo "slushy". Con una interface de operario, las válvulas pueden acrecentar la versatilidad del equipo permitiendo al usuario final ajustar la temperatura requerida, el equipo ya no necesita estar dedicado a una presión existente o a un ajuste de temperatura. Consultar la Figura 20.

Figura 20

Transformador 24 VCA Controlador de 40 VA temperatura

*

*Cable gris sólo para ESX. Salida - Líquido o aire

SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR SPLIT Las EEV Sporlan, instaladas con válvulas de control externas pueden ser usadas en cualquiera de los intercambiadores de calor de las bombas de calor o en ambos para suministrar la máxima capacidad y eficacia. El control óptimo del sobrecalentamiento se puede lograr basándose en las mediciones en cualquier lugar del sistema hasta el compresor, no solamente en el intercambiador de calor (evaporador o condensador). Estas válvulas brindan además una fuga fuera de ciclo extremadamente baja respondiendo rápidamente a los cambios de carga para máxima eficacia. Consultar la Figura 18.

ESX, SER, SEI, SEH

Evaporador

Transductor de presión

EVAPORADORES MÚLTIPLES/VARIABLE SISTEMAS CAPACITIVOS Las Sporlan EEv son ideales para sistemas de evaporadores múltiples cuando cada evaporador tiene instalada una válvula. El control individual de cada evaporador es posible al mismo tiempo que permite que algunos o todos los evaporadores sean cerrados dependiendo de la carga o requisitos de la zona. También es posible la carga parcial del evaporador. Cuando se usan con compresores de capacidad múltiple, las válvulas pueden maximizar su eficacia respondiendo al flujo del refrigerante modificando la capacidad del compresor. Consultar la Figura 17.

Relé de vaciado (opcional)

Entrada de líquido

CONTROL DE REGULADORES DE PRESIÓN DE EVAPORADORES ELÉCTRICOS - EEPR Las formas tradicionales de control de temperatura incluyen termostatos. Los termostatos generalmente dejan de enfriar cuando se llega a la temperatura de consigna y comienzan a a enfriar cuando la temperatura llega a un punto definido sobre la temperatura de consigna. La diferencia se llama "banda muerta" y si bien los termostatos modernos mantienen el control dentro de una banda muerta de 2 a 3°, es inevitable cierta oscilación de la temperatura.

Figura 21 Valor consigna, Potenciómetro Extension Cable p/n 952670, If Required Sensor de aire p/n 952669 o Sensor de superficie p/n 952662

TCB

24 Volts

SISTEMAS DE MÁQUINA DE HIELO La máquinas de hielo aprovechan las ventajas de las Sporlan EEV de enfriamiento rápido y la capacidad de modular sobrecalentamientos de operación baja. Con la configuración de sensores y controladores, las ESX pueden maximizar la capacidad de hielo reduciendo el tiempo de ciclo de la máquina. Las válvulas pueden ser usadas en una gama más amplia de capacidades que las TEV convencionales maximizando el enfriamiento después de retirar la producción o cosecha. Consultar la Figura 19.

TEV

Evaporador

CDS-9, 16 & 17

PÁGINA 13 / RACE Catalogue 100-9/ES Las válvulas para control de evaporador mecánico de acción directa u operadas por piloto son de simple aplicación y en muchos casos muy eficaces. No obstante, ambas operan con una pendiente: las válvulas deben experimentar una caída de presión para abrir completamente. Además, las EPR mecánicas se ajustan con un tornillo. Si la presión o temperatura deseada cambia, las válvulas deben ser ajustadas mecánicamente. Las EEPR son movidas por un motor que responde a un sensor. Debido a la alta exactitud y rapidez de los sensores, las EEPR no requieren pendiente ni banda muerta amplia El valor consigna se puede modificar electrónicamente, sin necesidad de acceder físicamente a la válvula. Las EEPR pueden ser cerradas para descongelar y abiertas totalmente después de descongelar para permitir un enfriamiento extremadamente rápido.

Figura 22

Evaporador

TCB TEV SDR 3 & 4

24 Volts

Se puede instalar un sistema electrónico de control de temperatura con la Sporlan EEPR, la Tarjeta de Control de Temperatura TCB y un sensor de temperatura. Pida los boletines 100-40 y 100-50-1. Consulte las tablas de capacidad en la página 15.

CONTROL DE VÁLVULAS BYPASS ELÉCTRICAS DE DESCARGA DE GAS - EDBV Las válvulas bypass mecánicas para descarga de gas operadas por presión requieren un gradiente o un cambio de la presión para funcionar. Esto puede resultar en cambios de temperatura de hasta 10°F en el valor consigna. Electrónicamente se puede lograr una exactitud mayor. Dado que todos los motores Sporlan paso a paso funcionan con gas caliente, el control electrónico directo de la temperatura en los sistemas bypass de descarga es ahora simple y económico. A cualquier Sporlan EDBV se puede aplicar una Sporlan TCB (Tarjeta de Control de Temperatura) y un sensor de temperatura. Para más información pida el Boletín 100-60.

APLICACIONES DE RECUPERACIÓN DE CALOR La recuperación de calor incluye desviar gas caliente, rechazado por un sistema de AC o refrigeración, a un condensador secundario para calentar agua o aire. Cualquiera de las válvulas EDBV descritas más arriba se pueden usar en esta aplicación, pero Sporlan es la primera marca en ofrecer válvulas eléctricas de recuperación de calor construidas especialmente para esta función. Cualquiera de las válvulas puede ser usada con la TCB y un sensor de temperatura.

CONTROL DE TEMPERATURA y TARJETA INTERFACE TCB La Sporlan TCB ha sido desarrollada para posibilitar el control de la mayoría de las válvulas eléctricas Sporlan con el uso de un controlador genérico PID o similar o, agregando un sensor Sporlan, para formar un controlador de temperatura independiente. Además de la señal normal de 0 a 10 VCC o 4 a 20 miliamperios de los controladores PID, la TCB puede ser configurada para modular una válvula en respuesta a una señal TTL (5 V) o a un pulso de 120 VCA de tres a treinta segundos de duración. La TCB ha sido diseñada para trabajar con las Válvulas Eléctricas de Expansión Sporlan SEI/SEH, las Válvulas Eléctricas de Control de Succión CDS y las Válvulas Eléctricas Bypass de Gas Caliente SDR de cualquier capacidad. Los puentes de la tarjeta permiten modificar los parámetros de control para personalizar aplicaciones especiales. La TCB no se puede usar como controlador único de EEVs debido a que no controlan el sobrecalentamiento. La tarjeta ha sido diseñada para ser montada sola y con facilidad en paneles eléctricos y tiene tornillos terminales para los cables de conexión. La unidad mide solamente 3,5" x 4,0" (90mm x 102mm), es económica y requiere sólo 24 voltios de CA a 40 VA para la tarjeta y la válvula. La temperatura ambiente y de almacenamiento es de -10°F a 160°F (-23°C a 71°C).

SERIE IB La Serie IB de interfaces es una alternativa económica a la TCB. La IB se limita a aceptar una señal de 0 a 10 voltios CC o de 4 a 20 miliamperios. La IB debe ser pedida para válvulas específicas. Vea la tabla al final de la página 15. La Serie IB incluye juegos de montaje.

LOCALIZACIÓN DE FALLOS y MODOS DE FALLOLOCALIZACIÓN DE FALLOS Las válvulas eléctricas responden solamente a la señal suministrada por sus controladores. Las válvulas de motor paso a paso mantendrán su posición si la tensión se corta o debido al controlador se corta la energía o un cable. En las aplicaciones en que un fallo de la válvula en posición abierta pueda averiar el sistema se debe instalar un solenoide de línea líquida antes de la válvula. Las pruebas realizadas han mostrado que durante la mayoría de las condiciones de funcionamiento, las EEV modulan aproximadamente un 10% de la apertura completa. Los fallos de EEV o controlador generalmente no implican reflujo, salvo inmediatamente después de descongelar. Para las aplicaciones de motor paso a paso se pueden diseñar paquetes de baterías de reserva o UPS (Sistema de Potencia Ininterrumpida), pero los tests de fiabilidad indican que esto en realidad es un gasto innecesario.

PÁGINA 14 / RACE Catalogue 100-9/ES La mayoría de los controladores modernos usados con válvulas eléctricas incorporan funciones de diagnóstico. Cuando hay un fallo en la válvula o el sistema de controlador, el primer paso es definir si el fallo está relacionado con el controlador o con la válvula. Se debe consultar al fabricante para la localización de fallos especiales en el controlador.

SMA-12 Se puede realizar un simple control de la resistencia en el devanado del motor, no obstante, es raro encontrar fallos en el devanado. En cambio, todas las válvulas eléctricas Sporlan pueden ser controladas con un dispositivo opcional manual, el SMA-12. EL SMA-12 es un actuador de motor paso a paso que funciona con CC 12 V, bipolar y 4 válvulas de motor paso a paso unipolar. La tasa de paso puede ser seleccionada a 1, 50, 100 o 200 pasos por segundo. Con la tasa un-paso-por-segundo el SMA-12 prueba la continuidad del cableado de la válvula y del motor. El SMA-12 también puede ser usado para ajustar manualmente la apertura, posición y cierre de la válvula durante el control de fallos o recambio.

FALLOS DEBIDO A CONTAMINANTES Los contaminantes son el principal motivo de fallo de los componentes de los sistemas de AC y refrigeración. En algunos casos, las válvulas eléctricas pueden ser más tolerantes a materiales extraños sencillamente debido a que pueden ser llevadas a una posición completamente abierta para descargar las partículas. No obstante, un núcleo sólido de filtro deshidratador de alta calidad como el Sporlan Catch-All® debe ser usado en todos los sistemas con válvulas eléctricas. Los filtros deshidratadores Sporlan Catch-All® garantizan la separación de materiales extraños y el ácido y aceites de la descomposición de materiales. La separación o filtración del ácido es importante en todos los sistemas. En los sistemas que usan motores paso a paso la fiabilidad y vida del motor son mejores cuando los restos de ácido se mantienen a un nivel bajo. Si se sospecha la presencia de contaminantes, las válvulas deben abrirse completamente para purgar todo el material extraño. La mayoría de las válvulas Sporlan con motor paso a paso deben ser separadas para limpiarlas e inspeccionarlas cuando el refrigerante ha sido vaciado de la válvula.

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NOMENCLATURA E INFORMACIÓN DE CAPACIDAD VÁLVULAS DE EXPANSIÓN ELECTRÓNICA MODELO

CONEXIONES - ODF ENTRADA - SALIDA

ESTILO

MÁX CAP TON @ 125 ΔP R-22 @ 20°F

ESX-14 ESX-18 ESX-24 SER-1.5 SER-6 SER-11 SER-20 SEI-30 SEI-50 SEH-100 SEH-175

5/16, 3/18 - 5/16, 3/8, 1/2 5/16, 3/18 - 5/16, 3/8, 1/2 5/16, 3/18 - 5/16, 3/8, 1/2 3/18, 1/2 - 1/2, 5/8 3/18, 1/2 - 1/2, 5/8 3/18, 1/2 - 1/2, 5/8 3/18, 1/2 - 1/2, 5/8 1/2, 5/8, 7/8, 1-1/8 - 5/8, 7/8, 1-1/8, 1-3/8 7/8, 1-1/8 - 1-1/8, 1-3/8, 1-5/8 1-1/8 - 1-5/8 1-1/8 - 2-1/8

ÁNGULO ÁNGULO ÁNGULO ÁNGULO ÁNGULO ÁNGULO ÁNGULO ÁNGULO PASANTE RECTO PASANTE RECTO PASANTE RECTO

1 3 5 1,6 6,5 12,0 21,8 38,1 54,3 109,0 190,0

- 1.5

-

10

-

SER

3/8 X 1/2 ODF

TIPO DE VÁLVULA TAMAÑO CONEXIONES LONGITUD DE CABLE - PIES

MÁX CAP kW @ PASOS NOMINALES 8 BAR ΔP R-22 @ -10°F 3,5 10,5 17,5 5,5 21,9 40,2 73,1 128,0 183,0 365,0 638,0

500 500 500 1596 1596 1596 1596 3193 6286 6386 6386

S

PUNTAS DE CABLES PELADAS Y ESTAÑADAS

REGULADORES DE PRESIÓN DE EVAPORADOR ELÉCTRICO MODELO

PULGADAS - CONEXIONES

ESTILO

MÁX CAP TON @ 2 ΔP R-22 @ 20°F

CDS-9 CDS-16 CDS-17

5/8, 7/8 - 1-1/8 ODF 1-3/8 ODF 1-3/8, 1-5/8 ODF

PASANTE RECTO ÁNGULO RECTO

5,0/7,7 12,8 14,3

CDS-T

16 - 1-3/8 ODF ANGLE

-

CONTROLA PASO de DESCARGA con TOMA DE PRESIÓN

TAMAÑO CONEXIONES

ESTILO

-

MÁX CAP kW @ PASOS NOMINALES 14 BAR ΔP R-22 @ -7°C 17,5/27 45 50

10

3193/6386 6386 6386

S

-

LONGITUD DE CABLE - PIES

PUNTAS DE CABLES PELADAS Y ESTAÑADAS

VÁLVULAS BYPASS ELECTRÓNICAS PARA DESCARGA DE GAS MODELO

PULGADAS - CONEXIONES

ESTILO

SDR-3 SDR-3X SDR-4

3/8, 1/2, 5/8 ODF 3/8, 1/2, 5/8 ODF 7/8, 1-1/8 ODF

ÁNGULO ÁNGULO PASANTE RECTO

SDR REGUALDOR de PASO de DESCARGA

-

3

-

TAMAÑO

1/2 ODF CONEXIONES

MÁX CAP TON @ 100°F MÁX CAP kW @ 38°C COND R-22 @ 26°F EVAP R-22 @ -3°C EVAP

-

5,0 12,7 25,0

PASOS NOMINALES

17,5 44,5 87,5

10

3193 3193 6386

S

-

LONGITUD DE CABLE - PIES

PUNTAS DE CABLES PELADAS Y ESTAÑADAS

HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO MODELO

TASA DE PASO

REQUISITOS DE POTENCIA

SMA-12

SELECCIONABLE 1, 50, 100, 200

BATERÍAS ALCALINAS 2-9 VOLTIOS

CONTROLADOR DE TEMPERATURA DE PUNTO SIMPLE Y TARJETAS DE INTERFACE MODELO

TCB P/N 952660

TCB con potenciómetro P/N 952664

SEÑAL EXTERNA 4-20 miliamperios 1-10 voltios CC 5 voltios TTL 120 voltios CA PWM 1-10 voltios CC 5 voltios TTL 120 voltios CA PWM Control de temperatura

* SENSORES RANGO -40°F - 210° F

REQUISITOS DE POTENCIA

USADOS CON

24 VCA @ 40 VA

Serie CDS Serie SDR y-1177-1

No disponible

Sensor de aire - P/N 952669 Sensor de superficie con clip de montaje - P/N 952662 Sensor de pared- P/N 952795

IB1 P/N 952955 SER** 4-20 miliamperios IB3 P/N 952956 SDR-3, SEI-30** No disponible 24 VCA @ 20 VA 1-10 voltios CC IB6 P/N 952957 ** Todas las otras válvulas * Lectura del valor de consigna TCB disponible solamente en °F. ** Las tarjetas interface se pueden usar con las EEV pero la señal externa debe representar el sobrecalentamiento para evitar la avería del compresor.

GLOSARIO µC - Símbolo del microcontrolador.

HARDWARE - Las partes de un ordenador o controlador. Por ejemplo, el circuito impreso, los componentes electrónicos y los conectores.

µP - Símbolo de microprocesador. A a D - Conversión analógica a digital. La mayoría de las mediciones reales son analógicas pero la mayoría de los ordenadores requieren señales digitales. Este dispositivo convierte las señales de analógicas (sin solución de continuidad) a digitales (on/off). ALGORITMO - Las instrucciones que el microcontrolador usa para realizar una tarea específica. Ejemplo: el control del sobrecalentamiento mediante el método de dos temperaturas. AMP/AMPERIO - Unidad de medida de la corriente eléctrica. Similar a galones/minuto o libras/minuto en otros fluidos/corrientes. BIPOLAR - Un tipo de motor paso a paso en el que el caudal de corriente cambia de dirección a cada paso. En todas las válvulas Sporlan salvo las ESX, el cable negro es positivo en el primer paso y negativo en el segundo mientras que el blanco es negativo en el primer paso y positivo en el segundo. BURN-IN - Uno de dos procesos. El primero es la grabación de un programa no reemplazable en un microprocesador, el segundo es una prueba de calidad en la que todo el dispositivo es energizado y probado durante un tiempo, generalmente a temperatura elevada. CALENTADOR DE MOTOR - Un dispositivo para válvulas que llevan fuelles llenos con aceite u otro fluido. El calentador se mete en el fluido y al energizarlo calienta y expande el fluido haciendo que la válvula cierre CÓDIGO - El idioma que usa el ordenador para realizar una tarea. Ejemplo: movw, f oxo2B. CORRIENTE - El caudal eléctrico.

MICROCONTROLADOR - Un pequeño ordenador incorporado en un chip de silicio. Requiere pocos componentes adicionales para realizar cálculos sofisticados. Generalmente se compra con el programa o algoritmo ya instalado o grabado. MICROPROCESADOR - Normalmente la parte del ordenador o microcontrolador que ejecuta y controla el programa. MILIAMP - Apócope de miliamperio que se abrevia ma. La milésima parte de un amperio de corriente. Ver: AMP/ Amperio. MOTOR PASO A PASO - Un motor que gira una cantidad de grados de arco por cada impulso eléctrico que recibe. En relación a la cantidad de grados de rotación y el diámetro. Sporlan usa 3.6°, motor de 42 milímetros. PLC - Controlador Lógico Programable. Como un microcontrolador pero generalmente programado por el usuario. PROGRAMA - Una serie de instrucciones dadas a un ordenador. PWM - Pulso con modulación. Una forma de control en la que una válvula es abierta durante un porcentaje de tiempo proporcional a la carga, p. ej. a 50% de carga la válvula abre un 50% de tiempo y cierra el otro 50%. SENSOR - Un dispositivo que siente algo y lo transmite como información para ser usada por el ordenador. Ver: termistor, transductor de presión. SEÑAL ANALÓGICA - Tipo de caudal informativo que varía en magnitud, voltaje, corriente, etc. La mayoría de las señales en el mundo real como la temperatura, presión, etc. son analógicas. SOFTWARE - Un término general para los programas.

CHIP - Nombre informal de un circuito impreso. Los circuitos impresos se graban en un "chip" de silicio. CHOPPER DRIVE - El arranque de un motor paso a paso en el que el voltaje inicialmente es alto y se va reduciendo durante la secuencia de potencia. D a A - Conversión digital a analógica. Se usa para convertir la señal digital de los ordenadores (un número) a una señal variable. DDC - Control Digital Directo. Así se denomina a la mayoría de los sistemas más modernos de gestión de energía o edificios que son controlados electrónicamente. DIAGRAMA DE FLUJO - Un esquema descriptivo de cómo funciona un algoritmo. Ejemplo: Cuando el sobrecalentamiento es 10 demasiado alto, abrir la válvula 200 pasos. DIGITAL - Tipo de información on/off o binaria. Opuesta a la analógica. DISPOSITIVO L/R - Dispositivo de inductancia/resistencia pata motores PaP. Básicamente un dispositivo de voltaje fijo que se conmuta on/off para energizar las válvulas.

TERMISTOR - Un dispositivo que cambia su resistencia eléctrica a medida que cambia la temperatura. Se usa como sensor. TRANSDUCTOR DE PRESIÓN - Un dispositivo que siente la presión y la convierte en una señal eléctrica, generalmente voltaje. UNIPOLAR - Un tipo de motor paso a paso en el que la corriente siempre corre en la misma dirección. En la válvula ESX el cable gris es siempre positivo y cada uno de los otros cables a su turno está conectado a tierra. VÁLVULA ANALÓGICA - Una válvula que funciona con electricidad y que es modulada variando el voltaje o la señal de corriente. Las válvulas Sporlan CDA y EL son de este tipo. VÁLVULA DE PULSO - Unaválvula tipo solenoide que abre y cierra completamente cada vez que recibe una señal. Controlada por PWM. Ver: PWM. VOLTIO - Unidad de presión eléctrica. Hace que la electricidad fluya. Similar a PSI para otros flujos.

GATEWAY - Un software que debe ser usado para que un sistema de ordenador se comunique con otro sistema. Parker Hannifin Ltd Refrigeración y aire acondicionado en Europa Cortonwood Drive, Brampton South Yorkshire S73 OUF Reino Unido teléfono +44 (0) 1226 273400 fax +44 (0) 1226 273401 www.parker.com/race

RACE Catalogue 100-9/ES - 06/2010 - Zalsman