Los motores de aire acondicionado son componentes cruciales en el funcionamiento de los sistemas de aire acondicionado de su hogar. Convierten la energía eléctrica en energía mecánica para hacer girar el ventilador de su manejador de aire y el compresor en su unidad exterior. En este artículo, exploraremos los diferentes tipos de motores monofásicos utilizados en los sistemas de aire acondicionado residenciales.
¿Qué hace un motor de aire acondicionado?
El motor es el corazón de su sistema de aire acondicionado. Alimenta el compresor, el ventilador del condensador y el ventilador. Sin un motor que funcione correctamente, su unidad de aire acondicionado no podrá circular aire frío de manera eficiente por toda su casa.
Cómo funcionan los motores de aire acondicionado en general
Los motores de aire acondicionado funcionan con corriente alterna (CA) de su hogar y utilizan componentes electromagnéticos para convertir la electricidad de CA a CC (corriente continua) mediante transformadores y luego (o directamente de CA) en energía mecánica. Esta energía mecánica impulsa los diversos componentes de su sistema de aire acondicionado, permitiéndole enfriar y hacer circular el aire.
Dependiendo del tipo de unidad de aire acondicionado que tenga, la forma en que funciona su motor eléctrico será diferente; a esto me referiré a continuación.
Cómo funcionan los tipos comunes de motores de aire acondicionado
Cada tipo de motor de CA tiene sus propias características y aplicaciones únicas. Hay cuatro tipos principales de motores de CA monofásicos que se utilizan en los aires acondicionados residenciales:
- Motores de fase dividida
- Motores de arranque por capacitor
- Motores de arranque por capacitor, funcionamiento por capacitor
- Motores de capacitor dividido permanente (PSC)
Veamos más de cerca cómo funcionan estos motores en su sistema de aire acondicionado.
Motor de aire acondicionado de fase dividida
Este es el diseño más simple, donde el devanado RUN y el devanado START están conectados en paralelo y 90° eléctricamente separados. Por lo general, se utiliza en pequeñas bombas, ventiladores y sopladores donde la capacidad es inferior a 1 caballo de fuerza. Tiene un bajo par de arranque, pero una alta corriente eléctrica de arranque. Dado que el par es bajo, la capacidad de arrancar el motor solo es práctica para condiciones de baja carga.
El devanado RUN está hecho de alambre de mayor diámetro y menos vueltas para una menor resistencia y altas propiedades de inductancia. El devanado START está hecho de alambre de menor diámetro para una mayor resistencia y bajas propiedades de inductancia.
Cuando se conecta la alimentación de CA al motor síncrono, ambos devanados se energizarán con la corriente en el devanado RUN rezagada con respecto a la corriente en el devanado START en aproximadamente 30° eléctricamente. Este efecto fuera de fase en el estator produce un par de arranque y hace que el rotor comience a girar, lo que crea un campo magnético rotatorio.
Típicamente, la velocidad del motor es de 1800 rpm o 3600 rpm cuando funciona sin carga. Cuando se conecta la carga, la velocidad puede bajar a 1725 rpm y 3450 rpm, respectivamente.
La velocidad sin carga del motor viene dada por:
Velocidad(rpm) = (Frecuencia de la alimentación de CA X 120)/número de polos
Por ejemplo, si su alimentación es de 60 Hz y el motor utiliza dos polos, la velocidad síncrona = (60X120)/2 = 3600 rpm
Existe un interruptor conocido como interruptor centrífugo que está conectado en serie con el devanado START. Este interruptor mecánico se abrirá cuando la velocidad del motor alcance el 75% de la velocidad nominal, típicamente dentro de los 2 segundos. Una vez que el interruptor se abre, el devanado START en el circuito se desconecta.
Esto es para proteger el devanado START del sobrecalentamiento. Cuando el motor se apaga, el interruptor cerrará el circuito para prepararse para el próximo arranque del motor.
En la actualidad, el relé electrónico también se utiliza ampliamente para desconectar el devanado START.
Motor de aire acondicionado de arranque por capacitor
Este motor de inducción de CA es similar al motor de fase dividida y al accionamiento de frecuencia variable, excepto que hay un capacitor externo que está conectado en serie con el devanado START. Este capacitor de aire acondicionado hará que la corriente en el devanado START lidere el voltaje.
La corriente en el devanado RUN se retrasa con respecto al voltaje. Cuando esto sucede, la diferencia de fase entre los dos devanados es de 90° eléctricamente; por lo tanto, se logra un verdadero arranque de dos fases a través de la inducción electromagnética.
El par de arranque de este motor de aire acondicionado es muy alto, lo que lo hace adecuado para impulsar un pequeño compresor que necesita arrancar bajo carga completa. La capacidad de este motor puede llegar a 1 caballo de fuerza.
Una vez que el motor ha alcanzado el 75% de la velocidad nominal, el capacitor y el devanado START se desconectarán automáticamente del circuito mediante el interruptor centrífugo, el relé de potencial o el relé de corriente.
Después de que el capacitor y el devanado START se hayan retirado del circuito, el campo magnético que se genera continuamente hará que el motor continúe funcionando. Este tipo de motor también se conoce como motor CSIR o motor de arranque por capacitor, inducción y funcionamiento.
Motor de aire acondicionado de arranque por capacitor, funcionamiento por capacitor
Este tipo de diseño de motor de inducción es similar al diseño de arranque por capacitor, excepto que hay un segundo capacitor conocido como capacitor RUN, que está conectado en paralelo con el capacitor START y el interruptor. Es un tipo de motor asíncrono.
Estos capacitores están conectados efectivamente en serie con el devanado START. Durante el arranque del motor, ambos capacitores están conectados al circuito. El devanado START y el devanado RUN permanecerán conectados al circuito en todo momento.
Por lo general, la capacitancia del capacitor RUN es menor que la del capacitor START. Durante el arranque, la capacitancia efectiva es la combinación de ambos capacitores, lo que provoca un mayor desplazamiento del ángulo de fase entre los devanados.
Esto proporciona un par de arranque más alto y se puede utilizar para impulsar el compresor, así como en motores accionados por correa.
A medida que la velocidad del rotor alcanza el 75% de la velocidad nominal, el interruptor se abrirá automáticamente para desconectar el capacitor START del circuito. El devanado START permanece en el circuito.
El capacitor RUN ayuda a corregir el factor de potencia del circuito, lo que lo hace más eficiente. La capacidad de este tipo de motor puede llegar a los 10 caballos de fuerza, y es uno de los motores más eficientes con el mejor control de velocidad que se utiliza en la industria HVAC.
Motor de capacitor dividido permanente (PSC)
Este motor tiene un diseño similar al motor de fase dividida, excepto que hay un capacitor RUN conectado a los devanados START y RUN. Este motor no tiene ningún interruptor, y el devanado START, el devanado RUN y el capacitor RUN están activos siempre que el motor está ENCENDIDO.
Este tipo de motor tiene un bajo par de arranque y es adecuado para su uso en pequeños motores de ventilador, como la unidad de serpentín de ventilador de un sistema de aire acondicionado dividido.
El PSC de velocidad variable se logra cambiando la resistencia del devanado. Si se requiere una alta velocidad, el terminal se conecta a la menor resistencia del devanado. Si se requiere una baja velocidad, el terminal se conecta a la mayor resistencia del devanado.
Al utilizar relés para elegir el terminal que se conectará al voltaje de línea, se pueden lograr diferentes velocidades del motor del ventilador dependiendo de dónde fluya la corriente.
En el diagrama anterior, hay 4 velocidades del motor que se pueden seleccionar. Súper alto (SH), alto (H), medio (M) y bajo (L). La selección se puede realizar utilizando relés electrónicos para conectar L2 a uno de los cuatro terminales, dependiendo de la velocidad requerida.
Reflexiones finales
Los motores de aire acondicionado son la fuente de alimentación de su sistema de aire acondicionado, convirtiendo la energía eléctrica en la energía mecánica necesaria para impulsar las partes móviles, incluido el compresor, el ventilador del condensador y el ventilador. Si bien existen varios tipos de motores de CA, como los motores de fase dividida, de arranque por capacitor, de arranque/funcionamiento por capacitor y de capacitor dividido permanente, el tipo específico no es crucial para que la mayoría de los propietarios lo sepan. Lo que es más importante es obtener mantenimiento regular y reparaciones oportunas para prolongar la vida útil de su motor de CA y garantizar que su hogar siga siendo cómodo.
Consultas habituales
¿Qué hace que un motor de CA se queme?
El sobrecalentamiento debido a una lubricación insuficiente, problemas eléctricos o un compresor atascado pueden hacer que el motor de CA se queme.
¿Qué significa la fase de un motor de CA?
La fase de un motor de CA se refiere al número de corrientes alternas que alimentan el motor. Los motores monofásicos son los más comunes en las unidades de aire acondicionado para el hogar, mientras que los motores de inducción trifásicos se encuentran típicamente en sistemas comerciales más grandes.
¿Cuánto tiempo duran los motores de CA?
Los motores de CA pueden durar entre 10 y 20 años, dependiendo del uso, los intervalos de mantenimiento y los factores ambientales.
¿Puedo reemplazar un motor de CA yo mismo?
Reemplazar un motor de CA es un proceso complejo; no recomiendo hacer esto como un proyecto de bricolaje. En su lugar, contrate a un técnico de HVAC para asegurarse de que se haga correctamente.
Cómo funciona un motor de CA vs motor de CC
Tiempo de lectura: 6 minutos
Si bien los diferentes motores eléctricos sirven para propósitos muy diferentes, su función principal sigue siendo la misma: convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores son lo opuesto a los generadores, porque convierten la energía eléctrica en energía mecánica, mientras que los generadores convierten otra forma de energía en electricidad (puede ver un enorme generador deconstruido que se somete a mantenimiento en la presa Hoover a continuación).
Muchos recursos destacan las características de cada motor único en el mercado, pero los motores se pueden simplificar en dos categorías generales: motores de CA (corriente alterna) y motores de CC (corriente continua).
Cada tipo de motor eléctrico tiene sus pros y sus contras, pero este artículo tiene como objetivo proporcionarle la información que necesita para elegir el tipo correcto de motor para su aplicación. Exploremos cómo cada uno convierte la energía eléctrica, las diferencias en su construcción y los mejores casos de uso para cada tipo.
Poder
La diferencia evidente entre los dos tipos de motores es el tipo de energía eléctrica que utilizan. Con la electricidad de CA o corriente alterna, el voltaje se invierte cada medio ciclo, lo que a su vez cambia la dirección de la corriente. Esto se hace alternando la polaridad en cada extremo de un cable. Entonces, si toma el estándar de EE. UU. de suministro de 120V/60Hz, hay aproximadamente 120 medios ciclos por segundo.
Con la electricidad de CC o corriente continua, el flujo de corriente debe permanecer en una sola dirección (positivo a negativo), y el voltaje debe permanecer constante para mantener un flujo constante de corriente. Puede pensar en la electricidad de CC como una batería con terminales negativo y positivo claramente marcados.
Electricidad de CA para motores
Los electrones no viajan a una velocidad constante en una sola dirección dentro de un cable que propaga corriente de CA como lo harían con CC, simplemente se agitan hacia adelante y hacia atrás y transmiten energía (piense en la cuna de Newton).
La corriente alterna se utiliza para los sistemas de distribución de energía (energía para su hogar/oficina), por la sencilla razón de que la CA es mucho más eficiente cuando se transmite a través de cables a largas distancias, o para electrodomésticos que requieren un alto voltaje. ¿Por qué es mejor para estas aplicaciones? Porque el "bamboleo" de ida y vuelta de los electrones crea un campo eléctrico, un transformador se puede utilizar para aumentar el voltaje y mantener la corriente relativamente baja.
La correlación entre la corriente y el voltaje se puede encontrar en las siguientes leyes de electrónica:
Ley de potencia: Potencia=Corriente Voltaje
Ley de Ohm: Resistencia=Voltaje/Corriente
Por lo tanto, aumentar el voltaje aumenta la resistencia y disminuir la corriente con un voltaje constante aumenta la resistencia.
Entonces, ¿qué tiene que ver todo eso con un motor de CA? Bueno, básicamente, los motores de CA son excelentes para electrodomésticos/máquinas de alta potencia que requieren poca precisión, como una licuadora o su lavadora. Son objetos que necesita iniciar, y pueden aumentar o disminuir la velocidad, pero la diferencia entre 400 RPM y 420 RPM probablemente no sea crítica. Sin embargo, los motores de CA suelen ser menos eficientes que los motores de CC debido a la energía que se pierde en el campo magnético secundario que generan.
Electricidad de CC para motores
Los motores de CC, por otro lado, son todo sobre precisión y estabilidad, porque la energía de CC que alimenta estos motores llega a un voltaje constante (no hay conmutación de ida y vuelta como con la energía de CA). Los electrones dentro del cable solo pueden viajar en una sola dirección y lo hacen a un ritmo constante.
Nuevamente, esto es similar a la forma en que una batería triple A le proporciona a sus dispositivos electrónicos un suministro constante de 5V (excluyendo pérdidas) hasta que mueren. Esto es mejor cuando tiene circuitos/placas de circuitos o dispositivos electrónicos delicados que necesitan un suministro constante de energía para funcionar correctamente, como una computadora portátil.
Pero espera, si mi casa está suministrando energía de CA, pero mi producto requiere energía de CC, ¿qué hago? La mayoría de los dispositivos electrónicos tendrán un convertidor de CA a CC; es lo que hace ese bloque en el cable de alimentación de su computadora portátil. De hecho, puedes agradecerle al convertidor en una máquina de coser la inspiración detrás del nombre de la banda AC/DC. Con un motor de CC, puede utilizar un controlador de velocidad para ajustar el voltaje hacia arriba o hacia abajo. El controlador esencialmente controla el voltaje de accionamiento que va al motor para garantizar que haya suficiente par y velocidad de salida para manejar la carga requerida. Existe una relación entre el voltaje de accionamiento, la velocidad (RPM) y el par de salida. Aumentar el voltaje de accionamiento aumenta las RPM manteniendo un par constante.
Construcción
Si bien las carcasas externas de los motores de CA y CC pueden no ser notablemente diferentes, existen algunas diferencias fundamentales internamente que las hacen únicas. Tenga en cuenta que la diferencia está impulsada por su entrada/salida: los motores de CA toman un voltaje alterno en aras de la eficiencia y la potencia, mientras que los motores de CC mantienen un voltaje constante para la estabilidad.
Construcción del motor de CA
Los motores de CA son simples porque la corriente alterna hace todo el trabajo. Al enviar la corriente a través de un cable estacionario que rodea un eje, crea un campo magnético variable, que a su vez hace girar el eje.
Recuerde, la electricidad de CA va de "voltaje positivo" a 0 a "voltaje negativo" al doble de su frecuencia (Hz) cada segundo. Esto significa que con el estándar de EE. UU. de 60 Hz, la corriente cambia de dirección 120 veces por segundo.
La simplicidad de los motores de CA los hace duraderos y reduce significativamente las posibilidades de error mecánico. La mezcla entre eficiencia y larga vida útil los hace populares para aplicaciones donde no se desea demasiada pérdida de energía y no se quiere reemplazar constantemente un motor (piense en lavadoras). Aunque dependo lo suficiente de mi lavadora como para probablemente pagar cada año para conseguir una nueva si se avería, ¡no se lo digas a LG!
Construcción del motor de CC
El trabajo de un motor de CC es suministrar una salida estable y precisa, lo que hace que su construcción sea un poco más compleja. Volviendo al ejemplo de la batería que usamos anteriormente, queremos que la batería suministre un voltaje constante de 5V a nuestra placa de circuito, no cambiando de +5 a -5V cientos de veces por segundo que nos da la energía de CA. De la misma manera, para que un motor de CC convierta el voltaje constante que se le suministra, necesitamos una construcción de motor que convierta ese voltaje con precisión en energía mecánica.
Para hacerlo, necesitamos alguna funcionalidad mecánica para crear una rotación que mueva el motor. Nuevamente, esto fue fácil con los motores de CA, porque la energía de CA naturalmente se balancea hacia adelante y hacia atrás, lo que varía el campo magnético. Con CC, el campo magnético permanecerá igual.
Entonces, para contrarrestar, tenemos varias bobinas rotatorias en el centro de un motor de CC que se conectan a un "conmutador". El conmutador hace contacto con "escobillas" estacionarias de polaridades opuestas en el momento exacto en que necesita cambiar la dirección de la corriente para hacer girar el eje.
Puede ser obvio, pero la principal desventaja aquí es la pérdida de eficiencia, debido a la fricción causada por el contacto entre el conmutador y las escobillas. La pérdida de eficiencia se deja en forma de calor (y a veces chispas) si sobrecarga el motor.
Función
Si estás cansado de leer todos los detalles técnicos y realmente solo te importa qué motor funciona mejor para tus necesidades, bueno, todo depende de tu producto y su funcionalidad. Sin embargo, aquí hay una lista básica de ventajas para cada tipo de motor para ayudarte a averiguar cuál es el mejor para tu aplicación:
Ventajas de los motores de CA
- Transfiere energía de manera más eficiente
- Mayor duración y menos posibilidades de fallas
- Produce menos calor
- Mejor para aplicaciones de alta potencia o alta velocidad (lavadoras, refrigeradores, maquinaria)
- Se puede conectar directamente a una toma de corriente de casa u oficina, sin convertidor
Ventajas de los motores de CC
- Baja interferencia electromagnética (ideal para dispositivos electrónicos sensibles)
- Estabilidad para placas de circuito y electrónica sensible
- Puede ejecutar su producto con batería
- Mejor control de velocidad debido a un par más constante
- Puede requerir más mantenimiento debido a las escobillas en el motor
Principales conclusiones
En realidad, es probable que haya varios factores en su diseño que dictarán el tipo de motor que elija. Si está utilizando placas de circuito o baterías y requiere un ajuste fino en sus controles de velocidad, un motor de CC es el camino a seguir. Si busca alta potencia, eficiencia y una planta de energía duradera, un motor de CA hará el truco.
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