Protector térmico

Protector térmico bimetálico externo tipo disco.

El protector térmico es un componente basado en un disco bimetálico que depende de los coeficientes de dilatación distintos de dos metales adheridos entre si, cuando estos dos metales son sometidos a cambios en la temperatura. Un disco troquelado de este material bimetálico (en el cual se han efectuado cortes y perforaciones cuidadosamente calculados para obtener una actuación precisa dentro de un rango de temperaturas de actuación al cual se han electrosoldado en una misma cara, cerca del diámetro exterior del disco dos contactos diametralmente opuestos), se sujeta a una cápsula, generalmente de bakelita o plástico, mediante un tornillo de calibración. Este tornillo es regulado en la fase final del proceso de fabricación para que el bimetálico reaccione deformándose hasta que, por tensión mecánica sus contactos se separan de los contactos fijos con un accionamiento brusco "snap", con el objeto de minimizar el chisporroteo de los contactos.

protector térmico

En la cápsula se han dispuesto dos contactos fijos y sus puntos de conexión al circuito de alimentación del compresor, así como una resistencia eléctrica en serie con el circuito, por detrás y a corta distancia del disco de tal manera que la corriente que circula por el compresor crea una temperatura que precalienta el disco. La forma de esta cápsula es tal que posiciona el disco a una distancia prefijada de la carcaza y lo protege de influencias térmicas externas.

Los protectores térmicos están basados en distintas combinaciones de pares de metales, distintas formas y tamaños de discos, distintas geometrías de los cortes y perforaciones y distintos valores de la resistencia de precalentamiento para lograr diferentes respuestas a combinaciones de consumo de corriente y temperatura radiada desde la carcaza.

Corte protector térmico.

Para un determinado compresor se hace una selección cuidadosa del protector térmico adecuado para que actúe cuando sea necesario, desconectando la alimentación por el tiempo que tarde el disco bimetálico en retomar su forma normal, que corresponde a la posición de contactos cerrados.

También es importante lo opuesto, o sea que no produzca interrupciones de funcionamiento innecesarias por demasiado tiempo, cuando la causa de incremento de temperatura es temporal y se corrige por sí misma (esto sucede, por ejemplo, cuando se carga el gabinete con productos cuya temperatura excede la temperatura ambiente). El gas en el evaporador adquiere más energía de lo normal y por lo tanto retorna al compresor con una temperatura mayor (aumenta lo que se llama "superheat" más de lo deseable); como consecuencia el gas que retorna al compresor lo hace a una temperatura más alta y temporalmente aumenta la temperatura en el interior de la carcaza. Este aumento de temperatura se transfiere a la carcaza y el protector térmico actúa. Al cabo de un tiempo, al bajar la temperatura de la mercancía, se restablecen las condiciones aceptables; la temperatura del gas de retorno desciende, el "superheat" retorna a sus valores normales y el gas, ya más frío lleva la temperatura en el interior de la carcaza a niveles dentro de lo que el protector percibe como normales y se restablece el funcionamiento normal. Mientras dura esta sobrecarga temporal, el compresor intentará arrancar y se detendrá en intervalos muy cortos (de alrededor de 1 minuto y a veces menos que eso, lo que es indeseable), pero al cabo de un tiempo prudencial, logra arrancar puesto que las presiones en el sistema se han equilibrado, y se reasume el funcionamiento controlado por el termostato.

El proceso de selección de un protector térmico para un determinado compresor se efectúa mediante un elaborado protocolo de pruebas de aplicación en laboratorio, donde se prueban un número de modelos de protectores para ese modelo de compresor, eliminando progresivamente aquellos modelos de protector térmico que fallan en alguna de las pruebas, y ajustando la selección de los restantes de acuerdo a los resultados precedentes hasta que se comprueba que un determinado tipo de protector térmico reacciona positivamente en todo el juego de pruebas.

Luego se realizan pruebas de comprobación en varias aplicaciones distintas. El objetivo es lograr que el dispositivo proteja al compresor contra sobrecargas que pongan en peligro, fundamentalmente, sus bobinados, para los cuales la temperatura máxima debe limitarse a lo que permite la clase térmica del esmalte empleado para aislar el alambre. En estas pruebas se diferencian aplicaciones según si el compresor es enfriado por convección o por aire forzado, de manera que dos compresores idénticos en cuanto a prestaciones, necesitan dos protectores térmicos distintos para que reaccionen ante un mismo fenómeno que afecte la temperatura de bobinados, cuando el modo de enfriamiento es distinto.

También se destaca la importancia que tiene el correcto posicionamiento del protector, fijado mecánicamente de modo que su cara abierta haga contacto en todo su contorno con la superficie de la carcaza y quede protegida de corrientes de aire que puedan enfriar el disco creando un entorno térmico que no refleja realmente la temperatura interna de la carcaza, con lo cual se reducirá su sensibilidad y efectividad.

Todos los protectores térmicos deben actuar ante cualquiera de la condiciones de trabajo del compresor que mencionaremos:

•Prueba de arranque desde reposo del artefacto "Pulldown."

El protector debe permitir que el compresor funcione bajo condiciones de carga severa. Típicamente, la carga más severa se produce en momentos de arranque desde reposo de una nevera

o congelador. Esta condición extrema se especifica como el arranque de un artefacto que ha permanecido a la máxima temperatura ambiente especificada para el ensayo (normalmente 43ºC). con la puerta abierta, durante 24 horas y, a partir de esta situación inicial, se cierra la puerta y se arranca el artefacto. Este debe partir y alcanzar las temperaturas especificadas de evaporación, congelación y conservación (según sea el caso), en un lapso de tiempo especificado. En estas condiciones, el protector no debe actuar (se permite un número limitado de actuaciones, siempre y cuando no se supere el límite de tiempo especificado) pero si debe observarse que las temperaturas críticas (bobinas, descarga, etc) no estén por encima de los límites de seguridad. La corriente máxima consumida en este proceso, la temperatura de carcaza y la temperatura ambiente presentes cuando el consumo de corriente es máximo, la máxima temperatura de carcaza durante el proceso y la corriente y temperatura del aire alrededor del térmico cuando la temperatura de carcaza es máxima, deben registrarse para una selección adecuada del tipo de elemento calentador y temperatura de actuación que impidan que el protector actúe en estas condiciones de trabajo.

Protector térmico de sobrecarga.

Protege al motor contra las fluctuaciones de la carga o de la tensión de la línea. Si por ejemplo la presión en el colector se hace rápidamente demasiado grande la sobre corriente podía ser demasiado elevada que llagaría a quemar el motor.

En otro lado, la tensión de línea demasiado reducida puede ser incapaz de hacer girar el motor, con lo que la corriente se hace excesiva al pararse y también puede quemar el motor. En ambos casos, el protector térmico se sobre carga evita esos accidentes.

El protector térmico esta constituido por 2 laminas circulares de metales diferentes coeficientes de dilatación y adheridos formando un solo disco. Cuando se aplica al disco una cantidad predeterminada de calor, se dobla en forma opuesta a la normal. Eso abre el circuito hasta que las condiciones térmicas se restablezcan , cuando la temperatura vuelve a su valor normal, el disco también vuelva su forma original, cierra el circuito y permite que se reanude el funcionamiento del motor.

Protector temicop de ¾ “ sin cordón

Protector temicop de ¾ “ con cordón

• Sobrecarga en condiciones de marcha." Running Overload ".

Hay dos condiciones de sobrecarga en marcha regular que pueden causar un calentamiento excesivo de los bobinados del motor y que pueden suceder con relativa facilidad: atascamiento del ventilador de condensación o detención de este por cualquier causa, o el flujo de aire bloqueado o que la puerta del gabinete quede abierta, provocando que el compresor opere continuamente.

Para impedir el sobrecalentamiento de las bobinas, debe registrarse la corriente que se consume en estas condiciones, así como las temperaturas de carcaza y del aire alrededor del protector cuando las bobinas alcanzan la temperatura crítica, que requiera que el protector actúe. Este punto determina el consumo máximo permitido por el fabricante del compresor

y el protector debe actuar, aún cuando la temperatura máxima de actuación no se haya alcanzado.

Rotor bloqueado. " Locked Rotor ".

La corriente con el rotor detenido es sumamente elevada y si se mantiene por un tiempo suficientemente prolongado (del orden de los 5 ~ 10 segundos) el bobinado auxiliar (arranque) se sobrecalentará y de persistir esta condición perderá su aislamiento. El protector debe actuar en pocos segundo y prevenir esta situación, aunque persista por un período de hasta 15 días (requerimiento de UL), y hacerlo manteniendo la temperatura de la carcaza por debajo de 150ºC (requerimiento de UL) mientras que la temperatura de bobinas debe mantenerse también por debajo del máximo permitido por el fabricante del compresor.

Esta prueba debe hacerse bajo tres condiciones extremas: tensión nominal, tensión mínima de trabajo aceptable y tensión máxima de trabajo aceptable para el compresor.

Para estas tres condiciones deben registrarse tanto la corriente consumida así como la velocidad a la que la temperatura de las bobinas aumenta. La corriente medida es la corriente que circula por el terminal "C" [común] del compresor. Si el relé asociado es del tipo electromecánico, se mide la corriente total. Si el relé es de tipo PTC, se mide la corriente total, el tiempo de reposición del relé PTC y la corriente de la bobina de marcha solamente. También se registra la corriente a la cual se desea que se produzca la apertura del protector. Se debe garantizar que el protector va a mantener la situación controlada dentro de límites durante el número de días especificados para el ensayo.

• Corte de la energía y reenganche. " Power Outage ".

Un caso particular de actuación en condiciones de rotor bloqueado se produce cuando se interrumpe la energía por un corto intervalo (segundos) y el relé empleado es PTC. Si el compresor estaba en funcionamiento antes del corte de energía, el compresor intentará arrancar cuando se repone el servicio eléctrico, pero el rotor no podrá girar debido a que la presión de descarga no ha alcanzado el nivel de equilibrio, en cuyo caso el protector actuará. En estas condiciones es necesario especificar cuánto tiempo es necesario que permanezca abierto el protector para que la pastilla del relé PTC tenga tiempo de enfriarse.

Todos los protectores térmicos mencionados poseen un contacto seco cerrado [NC], que debe abrirse, bajo carga inductiva, al producirse una condición de riesgo, perceptible como un aumento de temperatura. Esta apertura de contactos en esas condiciones, normalmente produce una pequeña chispa; tan pequeña como pueda hacerse con el diseño de la forma de los contactos, la velocidad de reacción del disco "snap action", puesto que su efecto es también dañino para la vida útil del contacto, y por ende del protector (10.000 ciclos), pero inevitable. Es por ello que para que un compresor pueda ser clasificado como apto para trabajar con refrigerantes clasificados como inflamables, tales como los hidrocarburos [HC], este dispositivo debe ser encapsulado herméticamente, para evitar el riesgo de explosión.

La detallada explicación precedente tiene por objeto enfatizar la importancia que tiene el protector térmico para el compresor, tanto en lo que respecta a su selección como a su colocación en el compresor. El técnico debe entender, por lo dicho aquí, que si bien todos los térmicos son aparentemente iguales, su respuesta es distinta para cada modelo y no se debe sustituir arbitrariamente por otro similar sino por otro idéntico, si se pretende que cumpla su función. Un térmico que no corresponde a una aplicación determinada (por ejemplo un térmico para un modelo de compresor enfriado por convección natural o por intercambiador de calor sumergido en el aceite, no protegerá adecuadamente a un compresor enfriado por ventilador porque las pruebas de desarrollo no se hicieron en esas condiciones). Habrá, arbitrariamente, o sobreprotección (creando paradas innecesarias) o protección insuficiente (que permitirá que las temperaturas de bobinas excedan lo permitido por su clase térmica, con la consiguiente aceleración del proceso de envejecimiento prematuro del esmalte y reducción correspondiente de la vida útil del compresor.

La correcta colocación es también de fundamental importancia pues solo actuará debidamente si se lo instala en las mismas condiciones en que se efectuaron las pruebas de desarrollo, tal como se lo describió en párrafo precedente.

Es común observar neveras, congeladores y todo tipo de artefactos en los cuales la tapa de protección de las conexiones eléctricas se encuentra suelta, sin sujetador o simplemente no está. Esta tapa de terminales también cubre el protector térmico y lo mantiene sujeto en la posición determinada por el fabricante del compresor, de manera que reproduzca las condiciones de montaje durante las pruebas de desarrollo.

También es posible ver un número de casos, particularmente después de una llamada de servicio técnico, en que el protector térmico es dejado expuesto al aire libre intencionalmente para evitar que actúe.

Estas dos situaciones deben evitarse pues en esas condiciones el dispositivo no puede cumplir con su funcionamiento, respondiendo solo a condiciones extremas, tales como un cortocircuito o puesta a tierra de uno a ambas bobinas y en tal caso, ya es tarde para salvar el compresor.

El protector térmico puede evitar un cambio de compresor innecesario, si interpretamos su actuación como una herramienta de diagnóstico de la presencia de condiciones de funcionamiento anormales (que pueden ser temporales, como dijimos más arriba) pero que en muchos casos ponen en evidencia situaciones que, de ser corregidas a tiempo, mantendrán el compresor trabajando en condiciones seguras por todo el tiempo que se espera funcione.

No solo protege al compresor contra operación incorrecta de componentes del circuito en que está operando (tanto del circuito eléctrico como del circuito

de refrigeración), sino que también actúa en respuesta a intentos de arranque o para evitar que funcione cuando la tensión en bornes está fuera del rango admisible, puesto que esto incrementa el consumo de corriente, que aumenta la temperatura que irradia la resistencia colocada en la cápsula detrás del disco, lo que provoca la actuación del protector.

Puesto que es un dispositivo de reposición automática, una vez que actúa, se repondrá y repetirá su trabajo mientras se mantengan las condiciones adversas o fuera de límites de trabajo normal; según la especificación de selección ya mencionada. En cuanto se detecte que la nevera o congelador ha comenzado a trabajar de esta manera (ciclando por activación del protector térmico), es una buena medida que el usuario intervenga, desconectando el artefacto, puesto que se dará cuenta que este no tiempo de reacción y corriente de accionamiento a lo largo de la vida útil del protector, menores variaciones de temperatura de accionamiento a todo lo largo de los ciclos de disparo previstos para toda al vida útil del protector, tiempos de reposición del disco más largos, ideales para permitir que la pastilla del relé PTC se enfríe y excelente resistencia mecánica y choques térmicos. Se fabrican con equipos totalmente automatizados y su calibración no depende de ajustes mecánicos. Su diseño es mucho más compacto y facilita la operación de su montaje puesto que no requiere arnés ni sujetador para ello y su posición es única de manera que es imposible que se lo posiciones incorrectamente, evitando este riesgo.

• Protector térmico bimetálico montado en el conector del compresor.

Existe una versión de protectores térmicos más modernos, que operan con los mismos principios ya descritos para los protectores tipo disco, desarrollados, principalmente, para ser empleado en conjunto con relés tipo PTC, aunque el fabricante lo ha diseñado para funcionar con cualquier relé, incluso los convencionales (amperimétricos). Estos dispositivos reciben las señales de temperatura provenientes de la carcaza, el elemento calefactor eléctrico (por el que pasa la corriente de ambos bobinados), la temperatura ambiente y la temperatura interna de la carcaza a través del pin común [C] del conector del compresor puesto que van enchufados directamente en este. Tienen la ventaja de que el disco bimetálico responsable de actuar ante un aumento de temperatura no forma parte del circuito eléctrico, por lo que se obtiene mejor repetitividad de actuación del protector en cuanto a compresor innecesario, si interpretamos su actuación como una herramienta de diagnóstico de la presencia de condiciones de funcionamiento anormales (que pueden ser temporales, como dijimos más arriba) pero que en muchos casos ponen en evidencia situaciones que, de ser corregidas a tiempo, mantendrán el compresor trabajando en condiciones seguras por todo el tiempo que se espera funcione.

No solo protege al compresor contra operación incorrecta de componentes del circuito en que está operando (tanto del circuito eléctrico como del circuito de refrigeración), sino que también actúa en respuesta a intentos de arranque o para evitar que funcione cuando la tensión en bornes está fuera del rango admisible, puesto que esto incrementa el consumo de corriente, que aumenta la temperatura que irradia la resistencia colocada en la cápsula detrás del disco, lo que provoca la actuación del protector.

Protector térmico para Vistas en Corte montaje en conector

Protectores térmicos internos.

Algunos compresores emplean protectores térmicos bimetálicos encapsulados, montados en contacto directo con los bobinados del motor y que reaccionan cuando la temperatura de la bobina a la cual está sujeto el protector alcanza la temperatura de apertura. Como puede verse, tienen la ventaja de que actúan mucho más rápidamente que los exteriores, descritos en los párrafos anteriores y en su gran mayoría son empleados en motores de compresores abiertos y solo en contados compresores herméticos puesto que si este elemento llegase a fallar por razones propias o por cualquier otra circunstancia en un compresor hermético, sería imposible de sustituir sin abrir el compresor, lo cual no es aceptado por el fabricante ni recomendado bajo ninguna circunstancia. Sin embargo, los fabricantes que han decidido incorporarlos lo hacen porque consideran que su nivel de confiabilidad es tal que su uso en estas aplicaciones no influenciará la vida útil del compresor.

Protectores térmicos internos.

•Selección del protector térmico (externo).

El protector térmico viene identificado por una serie de números y letras que indican datos que es necesario conocer y utilizar para su sustitución (supuesto que no haya sido cambiado previamente por un técnico en un servicio anterior por uno parecido). Si se puede confirmar, a través del catálogo del fabricante, el modelo de protector, se le debe sustituir por otro cuyo código sea exactamente igual, excepto, quizás por los dos últimos números, dado que ellos indican el tipo de conexiones externas: normalmente pala macho de 6,35 mm (¼") de ancho, diferenciándose cuando el protector lleva una conexión extra para alimentar desde allí el ventilador, en caso de que se trate de una aplicación que requiera aire forzado.