Electroválvulas para aplicaciones HVAC-R

Las unidades de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVAC-R) utilizan varios dispositivos para controlar la humedad, la temperatura y la pureza del aire en un espacio cerrado, como una casa. Un sistema HVAC-R proporciona una calidad del aire interior y un confort térmico aceptables dentro de una habitación o edificio. Las electroválvulas se utilizan habitualmente en estos sistemas para controlar el flujo de refrigerantes y combustibles en varios puntos del sistema HVAC-R. Este artículo analiza el principio de funcionamiento de un sistema HVAC-R y la selección de electroválvulas para cada unidad del sistema.

Índice de contenidos

• ¿Qué es un sistema HVAC-R?
• Funcionamiento del sistema HVAC-R
• Electroválvulas para HVAC-R
• Funciones de un sistema HVAC-R
• Aplicaciones HVAC-R
• Preguntas frecuentes

¿Qué es un sistema HVAC-R?

Un sistema HVAC-R proporciona una serie de condiciones ambientales, que pueden ser para fines residenciales o industriales, como un proceso de fabricación. De ahí que el sistema regule la temperatura ambiente, la humedad y la calidad del aire, proporcionando así unas condiciones de trabajo confortables en una industria.

• Calefacción: Un sistema de calefacción aumenta la temperatura ambiente en condiciones de frío extremo.
• Ventilación: La ventilación es el proceso de sustituir o cambiar el aire de cualquier espacio para controlar la temperatura. Un ejemplo natural de ventilación es abrir la ventana para que entre aire en el edificio.
• Aire acondicionado y refrigeración: Un acondicionador de aire está diseñado para enfriar y cambiar la humedad dentro de un área. La refrigeración consiste en congelar y enfriar un espacio cerrado utilizando un refrigerante, y esta técnica se utiliza habitualmente para conservar alimentos.

Proceso de trabajo del sistema HVAC-R

La unidad de tratamiento de aire (UTA) recoge y combina el aire exterior con el que vuelve de la zona interior del edificio. A continuación, la mezcla de aire se calienta o enfría, tras lo cual se distribuye por la zona del edificio a través de conductos.

Aire acondicionado y refrigeración

Un sistema de aire acondicionado (AC) se utiliza para enfriar y, a veces, calentar dependiendo de las propiedades del aire en un momento dado. La refrigeración se realiza con un ciclo de refrigeración típico. Las partes principales de un sistema de aire acondicionado son:

• Compresor
• Condensador
• Evaporator
• Válvula de expansión

El principio básico del aire acondicionado es eliminar el calor de una zona, sustituirlo por aire frío y expulsar el aire caliente y seco a la atmósfera. Para este intercambio de calor se utiliza un fluido especial conocido como refrigerante o refrigerante. El refrigerante es el verdadero portador o medio de intercambio de calor entre el entorno exterior y los componentes internos. Un refrigerante puede cambiar fácilmente de estado de líquido a gaseoso y viceversa debido a su punto de ebullición muy bajo. Por ejemplo, el punto de ebullición del refrigerante R410A es de ^-480C. Si este refrigerante se coloca dentro de una tubería que se mantiene en una habitación a^{300C de}temperatura, el refrigerante puede hervir fácilmente y cambiar a estado de vapor. Otro refrigerante de uso común es el freón (R22).

Las principales etapas de un sistema de aire acondicionado son:

1. El compresor (Figura 2 etiquetada B) comprime el refrigerante aumentando su presión. Al aumentar la presión de un gas, aumenta su temperatura, con lo que se calienta el refrigerante. La temperatura del refrigerante suele ser superior a la del exterior. El calor fluye naturalmente de una región de mayor temperatura a otra de menor temperatura. Por lo tanto, para dispensar el calor hacia el exterior, la temperatura del refrigerante debe ser superior a la del exterior.
2. El refrigerante, que ahora está a alta temperatura y presión, pasa por los tubos de conexión y llega al condensador (Figura 2 etiquetada D). En el interior del condensador, el refrigerante pasa del estado gaseoso al estado líquido a la misma temperatura y presión. La batería del condensador se encuentra en la unidad exterior de aire acondicionado y está situada en el exterior del edificio. La energía calorífica es absorbida del refrigerante gaseoso caliente, y el ventilador del condensador expulsa este calor al ambiente, convirtiendo el refrigerante en líquido.
3. El refrigerante líquido a alta temperatura sale del condensador y entra en la válvula de expansión (Figura 2 etiquetada A) a través de una tubería de conexión. La temperatura del refrigerante debe enfriarse antes de entrar en el evaporador. La válvula de expansión disminuye la presión del refrigerante, reduciendo así su temperatura. La válvula también controla la cantidad de refrigerante que entra en el evaporador.
4. El líquido enfriado a baja presión entra en los tubos de cobre dentro del evaporador (Figura 2 etiquetada C). Cuando el aire interior sopla sobre las baterías frías, el refrigerante absorbe el calor de la habitación. Esto hace que el refrigerante se evapore y se convierta en vapor. Como resultado, el ambiente pierde calor, por lo que se enfría. El ventilador del evaporador hace circular el aire frío de la superficie de la batería para conseguir el efecto de refrigeración. El refrigerante gaseoso caliente pasa al compresor, y el proceso se repite en un ciclo.

Tanto los aparatos de aire acondicionado como los frigoríficos funcionan según el principio de los disipadores de calor. Ambos dispositivos enfrían la temperatura de una zona cerrada transfiriendo el calor de una fuente (normalmente la zona cerrada) a otro lugar llamado sumidero. El principio básico de la refrigeración es similar al de un aparato de aire acondicionado. A diferencia de una unidad de aire acondicionado, un sistema de refrigeración está diseñado para mantener el aire frío dentro de la unidad sin expulsarlo fuera de ella. Además, no hay ventiladores en el frigorífico. La refrigeración se emplea habitualmente para enfriar o congelar los alimentos en casa y en diversas industrias, mientras que un aire acondicionado funciona para enfriar una habitación o un edificio y mantener la humedad.

Calefacción

El proceso de calentamiento se consigue mediante la combustión de gases naturales y propano dentro de una cámara. Las principales etapas de un calentador de horno empleado en aplicaciones de calefacción, ventilación y aire acondicionado son las siguientes:

• Termostato: Un termostato es un interruptor activado por la temperatura que se abre cuando la temperatura interior desciende por debajo de un valor determinado. El termostato enciende un interruptor de encendido abriendo una válvula que envía una señal a un tablero de control para que comience el ciclo de calentamiento dentro del horno. Después de la calefacción, cuando la temperatura ambiente alcanza el valor de consigna superior, el termostato desactiva la válvula que cierra el suministro de gas a la cámara de calefacción, deteniendo así el proceso de combustión.
• Fan: El aire se introduce en los quemadores desde el entorno y se mezcla con el gas (como el gas natural y el propano), lo que da lugar a una combustión que produce calor. El ventilador canaliza el calor producido en los quemadores hacia el intercambiador de calor, donde los gases de escape salen al exterior del edificio.
• Quemadores: El gas se dirige y se quema en un conjunto de tubos llamados quemadores del horno. Las llamas se controlan mediante el funcionamiento combinado de un encendedor, una válvula de gas y un sensor de llama. Cuando el sistema necesita calor, las válvulas de gas se abren y la mezcla se enciende mediante un piloto. Un piloto es un pequeño quemador de gas que se enciende permanentemente para encender un quemador más grande cuando sea necesario.
• Intercambiador de calor: Un intercambiador de calor consiste en un conjunto de tubos metálicos que se calientan con los quemadores para calentar el aire del interior. Cuando el gas se quema en el interior del intercambiador, los tubos metálicos se calientan e irradian calor al aire circundante. Cualquier daño en el intercambiador de calor puede provocar fugas de gases de combustión al aire circundante.
• Soplador: El ventilador canaliza el aire de los conductos de retorno hacia el intercambiador de calor caliente. El aire que ahora se encuentra en estado caliente se expulsa por los conductos del edificio.
• Ventila: Un respiradero recoge los gases de combustión utilizados para generar calor y los expulsa al exterior del edificio. El acero galvanizado se utiliza habitualmente en las unidades estándar, mientras que las unidades de alta eficiencia utilizan ventilación de polipropileno, y estas unidades se caracterizan por un procedimiento de instalación sencillo.

No todas las industrias tendrán sistemas HVAC que funcionen igual. Dependiendo de las condiciones climáticas, la unidad puede tener un horno pero no AC o viceversa.

Electroválvulas para HVAC-R

Una electroválvula es una válvula controlada eléctricamente con un tiempo de respuesta rápido y un bajo consumo de energía que puede utilizarse eficazmente en múltiples áreas de un sistema HVAC-R.

Electroválvula para unidades de CA y refrigeración

Las electroválvulas desempeñan un papel importante en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado al controlar el flujo de refrigerantes. La función básica de estas válvulas es activar y desactivar el flujo de refrigerante y garantizar así el rendimiento del sistema. Tenga en cuenta los siguientes factores a la hora de seleccionar una electroválvula para unidades de CA y refrigeración:

• Materiales de las electroválvulas: Los materiales elegidos para la electroválvula deben ser compatibles con refrigerantes como el R22 (freón), R404A, R410A y R290, por citar algunos. Se puede elegir acero inoxidable para el cuerpo de la válvula y NBR para el material de la junta. Lea nuestro artículo sobre la resistencia química de los materiales para obtener más información sobre la compatibilidad de diversos materiales con distintos medios.
• Accionamiento directo y servoaccionamiento: Las electroválvulas pueden ser de accionamiento directo o servoaccionadas. Las electroválvulas servoaccionadas suelen utilizarse en sistemas de mayor tamaño. En las electroválvulas servoaccionadas, debe tenerse en cuenta la presión diferencial junto con la caída de presión máxima. La presión diferencial bajo carga parcial debe ser siempre superior a la presión diferencial mínima de la válvula para un funcionamiento fiable. Esta diferencia de presión mínima se especifica en la ficha técnica de la válvula.
• Posicionamiento de la electroválvula: Las electroválvulas se colocan principalmente en la línea de líquido, cerca de la válvula de expansión. Colocar las válvulas cerca unas de otras reduce el riesgo de que se produzcan efectos de golpe de ariete .
• Normalmente cerrado/Normalmente abierto: Las electroválvulas están disponibles en dos tipos: normalmente cerradas (la válvula se cierra cuando está desenergizada) y normalmente abiertas (la válvula se abre cuando está desenergizada). En la mayoría de los casos, se utiliza una electroválvula normalmente cerrada si la válvula está instalada en la línea de líquido. Esto asegura que la válvula permanezca cerrada cuando el sistema no está funcionando y cuando la electroválvula está desenergizada, lo que a la larga ayuda a prevenir la migración de refrigerante (el refrigerante que viaja hacia el compresor cuando el dispositivo está apagado). Por lo tanto, una interrupción del suministro eléctrico no provoca ningún problema en el sistema de refrigeración. Por el contrario, el uso de una válvula normalmente abierta puede ser favorable si la válvula sólo tiene que cerrarse durante breves intervalos.
• Normas de seguridad: Las electroválvulas utilizadas para refrigerantes deben cumplir varias homologaciones de ATEX, LVD y PED, por nombrar algunas. Lea nuestro artículo sobre la certificación CE para obtener más información sobre la normativa sobre válvulas.

Electroválvulas para calentador

Las electroválvulas se utilizan para controlar el flujo de combustible al horno dentro de un calentador. La válvula se abre cuando la temperatura desciende por debajo de un punto de consigna determinado para permitir que el gas llegue al quemador para encenderlo. Una vez que se ha logrado el calentamiento requerido y el termostato alcanza el punto de ajuste definido, activa la válvula solenoide para cortar el gas al quemador. Cuando la temperatura es demasiado fría, la válvula abre el gas y el quemador se pone en marcha. Las electroválvulas son muy fiables cuando se instalan en entornos difíciles y tienen un bajo nivel de mantenimiento, lo que se traduce en bajos costes del ciclo de vida. Tenga en cuenta los siguientes factores al seleccionar una electroválvula para calentadores:

• Selección del material de la electroválvula: Los hornos suelen utilizar combustibles como el gas natural o el propano para producir calor al quemarse. El gas natural y el propano son compatibles con el latón, el aluminio, el hierro fundido o el acero para el cuerpo, y el caucho de nitrilo para el material de sellado de la válvula.
• Temperatura y presión de trabajo: La válvula funciona en un amplio rango de presión para el medio, desde muy baja hasta muy alta (normalmente 30 psi o más). Si la aplicación ve temperaturas extremas de funcionamiento de la válvula, asegúrese de clasificar la válvula en consecuencia. Las temperaturas ambientales muy bajas (como^400C) requieren elastómeros especializados para un sellado sin fugas.
• Certificaciones antideflagrantes: Como el medio de combustible utilizado en la electroválvula es altamente combustible, se debe tener suficiente cuidado para evitar que se origine cualquier chispa dentro de la bobina o la carcasa. La bobina o la caja de la válvula deben estar explícitamente especificadas para suprimir cualquier explosión originada por la válvula. Existen varias normas para clasificar los dispositivos para un entorno peligroso, como NEMA (National Electrical Equipment Manufacturers Association (EE.UU.)), ATEX (ATmosphères EXplosibles (UE)) e IEC Ex (International Electrotechnical Commission Explosive (mundial)). Al comprar una válvula para trabajar con combustibles explosivos, asegúrese de comprobar las marcas de una de estas normas en la válvula.
• Grado de protección IP: Asegúrese de que la válvula tiene la clasificación IP adecuada para la protección contra polvo, líquido, humedad y contacto. Esto es especialmente importante cuando la válvula se instala en entornos industriales difíciles para su funcionamiento a distancia. Lea nuestro artículo sobre electroválvulas para combustible, aceite, gas y propano para obtener más información sobre las características de diseño y los criterios de selección de las electroválvulas para combustibles.

Funciones de un sistema HVAC-R

• Calefacción y refrigeración
• Humidificación y deshumidificación
• Limpiar el aire
• Regulación del caudal de aire

Aplicaciones HVAC-R

Los sistemas HVAC-R se utilizan habitualmente en:

• centros sanitarios
• laboratorios
• hoteles
• instalaciones nucleares
• centros sanitarios
• apartamentos residenciales
• edificios comerciales y públicos

Preguntas frecuentes

¿Qué significa HVAC-R?

El sistema HVAC-R hace referencia a los sistemas mecánicos utilizados en calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración dentro de una industria o edificio.

¿Qué producto químico se utiliza en un aparato de aire acondicionado?

Un aparato de aire acondicionado utiliza un refrigerante como el freón.

¿Cuál es la diferencia entre aire acondicionado y refrigeración?

El proceso de refrigeración mantiene el aire frío confinado en un espacio, mientras que el aire acondicionado lo expulsa. La refrigeración utiliza un refrigerante solo para enfriar una zona, pero un aire acondicionado utiliza el aire del exterior.

¿Pueden utilizarse los aparatos de aire acondicionado como calefactores?

Algunos AC que incorporan una bomba de calor también pueden utilizarse como calefactor. Cuando se activa el modo calor, el aparato produce aire caliente.

¿Para qué sirve una electroválvula?

Una electroválvula se utiliza habitualmente para cerrar, liberar, distribuir, dosificar o mezclar diversos fluidos.