¿Dónde se usan los relés dentro de los sistemas HVAC?
Más allá del contactor del compresor, aparecen relés en todos los diseños HVAC.
Los motores de ventilador de condensador y los motores de soplador interior suelen ser conmutados mediante relés que manejan tanto la carga mecánica de arranques frecuentes como el estrés eléctrico de las corrientes inductivas.
Aunque estos motores son más pequeños que el compresor, sus ciclos repetidos a lo largo de la vida útil de la unidad hacen que el desgaste por contacto y la resistencia de la bobina sean consideraciones importantes de diseño.
Las bombas de calor añaden otra aplicación crítica: el solenoide de válvula inversa.
Así, dicha0 carga relativamente pequeña, pero esencial, determina la dirección del flujo del refrigerante, cambiando el sistema de calefacción a refrigeración y viceversa. El relé que lo impulsa debe funcionar con un tiempo fiable y transiciones limpias para evitar picos de presión dañinos.
Además, los sistemas HVAC dependen frecuentemente de relés para controlar los elementos calefactores resistivos, incluyendo calefactores de cárter que impiden la migración del refrigerante y resistencias auxiliares que proporcionan calefacción suplementaria en condiciones muy frías.
Estos calentadores de tira pueden montarse en incrementos de varios kilovatios cada uno, requiriendo relés capaces de manejar corriente continua alta sin un aumento excesivo de temperatura. Tareas más pequeñas, pero aún importantes, como operar bombas de condensado o humidificadores, también dependen de relés, lo que muestra lo centrales que son estos dispositivos en los sistemas HVAC.
Consideraciones y preocupaciones sobre el diseño de relés para HVAC
El rendimiento eléctrico es la primera consideración en el diseño. Los relés deben estar clasificados no solo para corriente continua, sino también para los picos de alta corriente comunes en cargas accionadas por motores.
Además de la corriente de arranque, si un bloque mecánico impide que el motor gire, el consumo de corriente aumentará significativamente, conocido como amperaje de rotor bloqueado (LRA). Aunque son menos frecuentes, estos eventos más largos pueden ejercer una tensión significativa sobre el cableado, la electrónica y los relés del sistema HVAC y deberían tenerse en cuenta en el diseño.
Por último, el evento de ruptura, cuando se abren los contactos, suele ser la condición más dura y puede provocar el arco de arco mencionado anteriormente.
Condiciones medioambientales
Aunque el rendimiento eléctrico es fundamental, las condiciones medioambientales no pueden ignorarse.
El equipo HVAC funciona desde calefacción en tejados en verano hasta ventiscas invernales en lugares expuestos. Los relés deben funcionar de forma fiable a temperaturas ambientales que van desde menos de -40 °C hasta más de +60 °C, a menudo con humedad, condensación o contaminantes en el aire presentes. Esto hace que el aislamiento, el sellado y la selección de materiales sean clave.
Las convenciones de voltaje de control varían ampliamente, incluso dentro del mismo mercado. Aunque la mayoría de las unidades norteamericanas siguen utilizando bucles de control de 24 VAC, otros diseños emplean control de bajo voltaje en corriente continua, y algunos sistemas de alta tensión accionan relés directamente desde la lógica a nivel de red.
Cada enfoque tiene implicaciones para el diseño de las bobinas, el comportamiento de captación y caída, y la eficiencia.
La fiabilidad es otra preocupación constante. Los relés HVAC deben soportar ciclos frecuentes, con cargas inductivas que aceleran tanto el deterioro mecánico como eléctrico. Por último, los requisitos regulatorios como las normas UL o IEC establecen márgenes mínimos de seguridad, distancias de desplazamiento y espacio libre, y clasificaciones de inflamabilidad. La elección del relé debe alinearse con estos marcos para evitar problemas de cumplimiento en etapas avanzadas.
Desafíos de diseño en las bombas de calor por aire
Las bombas de calor de origen atmosférico presentan desafíos únicos que aumentan la demanda de relés. Una función clave es cambiar la válvula de inversión para alternar entre refrigeración y calefacción. Cada cambio de estado debe coordinarse con compresores y ventiladores, lo que hace que el tiempo sea más complicado.
Los calefactores eléctricos auxiliares con tiras también son comunes en las bombas de calor, que se encienden cuando las condiciones exteriores son demasiado frías para que el ciclo del refrigerante por sí solo proporcione comodidad. Los relés que gestionan estos calentadores deben soportar grandes cargas resistivas que pueden consumir decenas de amperios de forma continua.
El ciclo de descongelación añade aún más complejidad. En clima frío, la bobina exterior puede cubrirse de hielo, y el sistema debe invertir temporalmente en modo de refrigeración para derretir la helada, lo que requiere muchos más cambios de estado.
Durante este ciclo, los relés conmutan compresores, ventiladores y calefactores en una secuencia precisa para mantener el confort interior asegurando que la escarcha exterior se elimine. El frío también aumenta las corrientes de arranque del compresor, ejerciendo mayor tensión sobre los contactos si se utilizan diseños de velocidad fija.
Para cumplir con los estándares modernos de eficiencia, muchos sistemas están avanzando hacia diseños de bobinas de baja potencia o relés de bloqueo en placas de control para reducir el consumo de espera en espera.
Sin embargo, los diseñadores e ingenieros deben recordar que, aunque los relés de cierre reducen la potencia de la bobina del propio relé, no disminuyen la potencia de retención requerida por los dispositivos controlados, como el solenoide de válvula inversa.
