Cómo elegir los capacitores correctos para las aplicaciones HVAC

Los capacitores desempeñan un papel crucial en el funcionamiento óptimo de los sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), ya que permiten una operación fluida y eficiente. Los diseñadores de productos pueden mejorar de manera significativa el rendimiento de los sistemas HVAC si entienden la función de estos componentes, los diferentes tipos de uso y los desafíos habituales que pueden generar fallas.

Una revisión de capacitores clave que ofreció la división de electrónica de Eaton, una empresa de productos de gestión de energía con más de un siglo de antigüedad, ayuda a ilustrar cómo lograr que los componentes adecuados coincidan con la aplicación.

Los motores, los compresores y los ventiladores dependen de los capacitores para mejorar la eficiencia y la fiabilidad. Los diseñadores deben tener en cuenta las condiciones ambientales, que suelen ser extremas y pueden ocasionar altos costos de reparación no planificados y causar la insatisfacción del cliente.

El principal desafío son los elevados grados de calor y humedad, para los cuales los sistemas HVAC están diseñados a fin de brindar alivio. Muchos sistemas HVAC están instalados en techos, donde están expuestos directamente a la luz del sol y rodeados del material del techo con gran absorción térmica, lo que puede provocar sobrecalentamientos en verano.

Los compresores y los ventiladores utilizados para refrigerar y deshumidificar los sistemas HVAC se ven sometidos a vibraciones constantes debido a sus componentes giratorios. Esto provoca una tensión mecánica que puede aflojar los capacitores de los puntos de montaje, exacerbar el desgaste y degradar las capas dieléctricas internas. Los aumentos de potencia, que suelen producirse durante los fenómenos meteorológicos, así como las fluctuaciones de tensión en la red eléctrica, pueden dañar la integridad y el rendimiento de los capacitores.

Los primeros indicadores de posibles problemas son un enfriamiento irregular, un incremento en las facturas de energía y el ruido inusual durante el arranque y el funcionamiento de los HVAC.

El papel de los capacitores en aplicaciones HVAC

Tal como en otras aplicaciones, los capacitores de los sistemas HVAC almacenan y liberan energía eléctrica. Los capacitores de arranque proporcionan el impulso necesario para que los motores enciendan, mientras que los capacitores de funcionamiento permiten que operen de forma estable. Cuando funcionan de forma óptima, garantizan que los motores de HVAC puedan funcionar sin sobrecargarse ni sobrecalentarse.

Los capacitores desempeñan funciones esenciales de cambio de fase y almacenamiento de energía para el arranque de los sistemas HVAC y el equilibrio del flujo de energía. También ayudan a reducir la pérdida de energía y mejorar la eficiencia del sistema, factores que son clave para prolongar su vida útil y aprovechar al máximo la energía.

Los capacitores modernos para las aplicaciones de HVAC utilizan materiales especializados, como el polipropileno metalizado, para soportar el estrés térmico y ofrecer propiedades de reparación automática a fin de garantizar que puedan continuar funcionando con pequeñas fallas causadas por arcos eléctricos.

Los capacitores utilizan una película de polipropileno como capa dieléctrica para proporcionar un almacenamiento de energía estable. Se aplica una fina capa de metal a esa película para formar los electrodos y permitir un factor de forma compacto. Los capacitores de película de polipropileno suelen tener una densidad de capacitancia menor. Sin embargo, en las aplicaciones de alto rendimiento, ofrecen ventajas significativas sobre los tipos electrolíticos, por ejemplo, mejor estabilidad, manejo de la tensión, menos pérdidas y mayor vida útil.

Capacitores HVAC de Eaton

Eaton ofrece una gama de capacitores diseñados para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los sistemas HVAC. La gama de capacitores de enlace de CC, de seguridad, de filtrado de CA y de película de pulso de la empresa desempeña funciones complementarias para garantizar la fiabilidad y el rendimiento de los diseños de HVAC.

Fabricados con película de polipropileno metalizado, la gama de capacitores de media tensión, monofásicos y de película con fusible interno de Eaton es adecuada para las diversas aplicaciones HVAC, pues ofrece versatilidad, estabilidad y proporciona flexibilidad en el diseño del sistema. Se pueden utilizar para filtrar el ruido eléctrico y las interferencias de alta frecuencia, absorber los picos de tensión para proteger los sistemas de eventos transitorios y mejorar la corrección del factor de potencia.

Los capacitores de película de enlace de CC de la serie EFDKx de Eaton (Figura 1) minimizan la pérdida de energía reduciendo la distorsión armónica y garantizando un flujo constante de energía a los motores y compresores. Mantienen los niveles de voltaje de CC constantes, estabilizan las fluctuaciones de energía y filtran el ruido eléctrico.

Figura 1: un capacitor de película de enlace de CC de la serie EFDKx. (Fuente de la imagen: Eaton)

Los capacitores EFDKx de baja pérdida pueden ajustar una corriente de ondulación alta sin sobrecalentarse. Estos capacitores, encapsulados con resina epoxi en una caja de plástico con terminales de alambre de cobre estañado de dos o cuatro pines, funcionan como la etapa intermedia entre un rectificador (convertidor de CC-CC) y un inversor (CC-CA).

Los capacitores de película de seguridad de la serie EFX de Eaton son fabricados con una película de polipropileno metalizado encapsulada con resina autoextinguible. También conocidos como capacitores de supresión de EMI, estos dispositivos proporcionan protección frente a la sobretensión y el aislamiento. Son de grado automotriz (calificación THB Grado IIIB y AEC-Q200) con alta fiabilidad y están diseñados para aplicaciones en entornos hostiles. Disponibles en las versiones de supresión de interferencias Clase X1 y Clase X2, vienen en una amplia variedad de tamaños, longitudes de cable y configuraciones de terminales.

Los diseñadores también pueden utilizar los capacitores de película de pulso de carga y descarga rápida de la serie EFPLS de Eaton. Estos también cuentan con la calificación THB Grado IIIB y AEC-Q200 y proporcionan un almacenamiento de energía de alto rendimiento diseñado para aplicaciones pulsantes que requieran ráfagas rápidas de entrega de energía.

Los capacitores de película filtrante de CA de la serie EFACA de Eaton también cuentan con la calificación THB Grado IIIB y AEC-Q200 y proporcionan corrección de factor de potencia y filtrado armónico para circuitos de convertidores de energía. Se pueden utilizar para reducir los costos de energía y mejorar su calidad.

Los capacitores de Eaton se pueden configurar en varias combinaciones de paralelo/serie para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación en función de los requisitos reactivos de kilovoltios-amperios (kVAR), el voltaje del sistema y la estrategia de protección.

Supercapacitores para funciones críticas

Eaton también ofrece diversas familias de supercapacitores tipo botón (Figura 2) que proporcionan almacenamiento de energía electroquímica en un factor de forma compacto y de alta capacidad. Estos dispositivos pueden almacenar y liberar energía eléctrica con rapidez.

Figura2: un supercapacitor tipo botón de Eaton. (Fuente de la imagen: Eaton)

Los supercapacitores brindan energía de respaldo de manera inmediata durante interrupciones a corto plazo o caídas de voltaje, además de que pueden proporcionar ráfagas rápidas de energía para mantener la estabilidad del sistema hasta que se restablezca la energía o se active la energía auxiliar. Además, pueden proporcionar asistencia de potencia máxima durante períodos de alta demanda, lo que reduce la tensión adicional en las fuentes de energía primarias. Al suavizar las fluctuaciones de voltaje, los supercapacitores ayudan a mantener los niveles de voltaje constantes dentro de los sistemas HVAC para proteger los componentes electrónicos sensibles y garantizar un funcionamiento confiable.

Los supercapacitores de la serie KR/KW y de la serie KVW están diseñados para funcionar sin mantenimiento y tener una vida útil de hasta 20 años. Utilizan una construcción de capacitor de capa doble eléctrica (EDLC) combinada con materiales y procesos patentados para proporcionar almacenamiento de energía de alta fiabilidad, alta potencia y capacitancia ultraalta.

La serie KR es adecuada para aplicaciones compactas y ligeras, como la copia de seguridad del reloj en tiempo real. La serie KW está diseñada para entornos industriales y HVAC más exigentes con márgenes de temperatura ampliados de hasta +85 °C, mientras que KVW ofrece una sólida energía de respaldo para aplicaciones ligeras, industriales y de consumo dentro de ese margen de temperatura.

Conclusión

Los capacitores son vitales en los sistemas HVAC, pues mejoran la eficiencia y la fiabilidad proporcionando un almacenamiento y una liberación de energía eléctrica esenciales para optimizar el rendimiento. Eaton ofrece una gama de capacitores, incluidos capacitores de enlace de CC, capacitores de seguridad y capacitor de película de pulso, diseñados para soportar condiciones ambientales adversas y mejorar el rendimiento del sistema.