¿Alguna vez te has preguntado cómo se mantiene la temperatura y la humedad en el aire que respiras dentro de edificios comerciales o industriales?
En el mundo de los sistemas de control de equipos HVAC, hay un componente fundamental que desempeña un papel crucial en este proceso: protección de resistencias eléctricas.
El control de estas resistencias se realiza mediante un proceso conocido como enclavamiento de contactores. Estos contactores, equipados con una bobina de control de 24 Vdc, son activados por una señal de control que proviene del sistema de gestión de edificios, BMS (por sus siglas en inglés, Building Management System).
La señal de control, generada por el BMS en base a datos de temperatura, humedad u otros parámetros ambientales, nos ayuda al funcionamiento adecuado de las resistencias, pues esta señal actúa como un disparador, iniciando el proceso de enclavamiento de los contactores y permitiendo así el flujo de corriente a través de las resistencias eléctricas.
Es importante destacar que esta señal de control debe ser monitoreada de manera continua por el sistema BMS para garantizar un funcionamiento óptimo del sistema HVAC, ya que cualquier desviación o anomalía en la señal podría afectar negativamente el rendimiento de las resistencias y, en última instancia, el confort de los ocupantes del edificio.
Arreglo típico de conexión para el control de un banco de resistencias
Arreglo típico de conexión para el control de un banco de resistencias
Este arreglo se compone de varios componentes clave que trabajan en conjunto para garantizar un funcionamiento adecuado y confiable del sistema. Veamos cada uno de estos componentes y su función dentro del arreglo:
- Señal DO (Digital Output): se usa para activar el contactor magnético y permitir que la corriente fluya hacia las resistencias eléctricas. Es importante para controlar el suministro de energía a las resistencias de forma segura.
- Relevador de control: actúa como un interruptor controlado que responde a la señal DO, cuando se activa la señal DO, el relevador cierra sus contactos permitiendo el flujo de corriente hacia el contactor magnético y, por ende, hacia las resistencias.
- Contactor magnético: dispositivo electromagnético que se activa cuando recibe corriente eléctrica. Una vez activado, el contactor magnético permite el paso de la corriente hacia las resistencias, lo que permite su funcionamiento.
- Dona de corriente: sensor que se utiliza para monitorear el consumo de corriente en el circuito de las resistencias.
- Señal DI (Digital Input): se utiliza para enviar información desde dispositivos externos al sistema de control. Esta señal puede utilizarse, por ejemplo, para activar o desactivar el sistema de protección de resistencias en función de ciertas condiciones operativas.
Diagrama de instrumentación de una AHU (Unidad Manejadora de Aire)
Diagrama de instrumentación de una AHU (Unidad Manejadora de Aire)
En el contexto de los sistemas HVAC, el diagrama de instrumentación de una Unidad Manejadora de Aire es una representación visual de los componentes y conexiones clave dentro del sistema.
Este diagrama proporciona una visión detallada de cómo se interconectan los diversos elementos para garantizar un funcionamiento eficiente y seguro de la unidad.
Componentes principales:
- Suministro de aire: representa el flujo de aire que entra en la AHU desde el exterior o desde el sistema de retorno.
- Intercambiador de calor: este componente facilita el intercambio de calor entre el aire de entrada y el aire de salida, ayudando a mantener una temperatura adecuada dentro del sistema.
- Ventilador: es responsable de hacer circular el aire a través del sistema, impulsándolo a través de los conductos y hacia los espacios interiores.
- Banco de resistencias: en algunos casos, se puede incluir un banco de resistencias en el sistema para proporcionar calefacción adicional cuando sea necesario. Este componente se activa según las necesidades de temperatura del aire.
- Sensores y controladores: estos dispositivos monitorean constantemente las condiciones del aire, como la temperatura y la humedad, y ajustan el funcionamiento del sistema en consecuencia.
- Señales de entrada y salida: se muestran en el diagrama para ilustrar cómo interactúan con los otros componentes del sistema.
Diagrama de conexión en banco de resistencias
Diagrama de conexión en banco de resistencias
Para el monitoreo de estado de las resistencias de 75°C y 120°C se cuenta con contactos NA (Normalmente Abierto) y NC (Normalmente Cerrado). Estos, son monitoreados por el BMS y a su vez esta señal puede ser usada en la lógica de programación.
Estas señales pueden activar subrutinas de control como son:
- Activación de prioridades de alto nivel en la programación.
- Desactivar subrutinas de control (las cuales pueden conllevar a la activación de las resistencias).
- Alarmas de alto nivel (de carácter urgente).
Éstas, priorizan la regulación térmica para mantener las condiciones de confort en los espacios interiores asegurando que las áreas críticas reciban la temperatura adecuada en todo momento.
Además de desactivar subrutinas, el BMS puede generar alarmas de alto nivel para alertar al personal de mantenimiento sobre alguna situación crítica.
¿Por qué es importante la protección de resistencias?
¿Por qué es importante la protección de resistencias?
Las resistencias eléctricas al operar voltajes tan elevados como 480 Vac, representan un riesgo inherente para la seguridad en cualquier entorno, y la posibilidad de un cortocircuito, mal funcionamiento o una sobrecarga eléctrica que podrían desencadenar consecuencias devastadoras.
Pero...¿el sistema de control puede fungir como protección?
Pero...¿el sistema de control puede fungir como protección?
Sí, pero requiere sensores de flujo de aire en el ducto de suministro, además de donas de corriente después de los contactores magnéticos y los contactos propios de las resistencias
Estos elementos envían señales para que la programación realice las secuencias de operación automáticamente, pero están limitados a ciertas condiciones como son:
- Cierre de dampers de aire exterior de manera manual.
- Manipulación y/o falsa lectura en sensores de flujo.
- Enclavamiento del motor de inyección y que este funcione en vacío.
- Enclavamiento de las resistencias de manera manual sin flujo de aire.
- Falla en controladores y/o módulos de E/S.
- Errores de programación.
- Mala operación del usuario.
¿Cómo evitar los 7 puntos antes mencionados?
¿Cómo evitar los 7 puntos antes mencionados?
Para evitar problemas potenciales y proteger eficazmente las resistencias eléctricas en un sistema HVAC, es crucial:
- Utilizar contactos propios de las resistencias: estos contactos tienen una doble función (cortar el suministro eléctrico a los contactores magnéticos y activar una alarma urgente en caso de anomalías).
- Integrar relevadores adicionales: añadir relevadores adicionales refuerza la capacidad de protección del sistema, asegurando que se tomen medidas correctivas en situaciones críticas.
Al implementar estas medidas, se establece una protección sólida y confiable para las resistencias eléctricas, incluso frente a manipulaciones manuales del usuario o fallas en el sistema HVAC.
Lo que tenemos en el esquema de arriba es un arreglo adicional que refuerza la protección de las resistencias eléctricas, funciona de manera sencilla pero efectiva: utilizando un suministro de 24 voltios de corriente alterna. Se conecta un borne de la resistencia a la bobina de un relevador, mientras que el otro borne se conecta al negativo de la bobina. Al tener dos contactos en la resistencia, uno abierto y otro cerrado, se utiliza el contacto normalmente cerrado para cortar el suministro de corriente cuando sea necesario.
Este arreglo se aplica tanto para resistencias de 75 como de 220 grados, el positivo se conecta en ambos casos y el negativo se conecta directamente, pues esto permite que la bobina esté enclavada y los contactos normalmente abiertos permanezcan cerrados, cumpliendo así su propósito.
La señal de control activa los relevadores, con la alimentación positiva pasando por el contacto normalmente abierto hacia el punto de conexión A de nuestro contacto uno. El negativo se pasa por el otro contacto normalmente abierto hacia la bobina A2. Sin embargo, este es un puente que se conecta a un contacto de la red y al relevador uno, otro contacto del relevador dos, formando así un puente.
Cuando se activa la resistencia a 75 grados, se abre el contacto, cortando el flujo de corriente. Esto garantiza que, incluso si las resistencias están enclavadas manualmente, ninguna de ellas estará activada debido a la falta de flujo de corriente. Este mismo principio se aplica si se activa primero la resistencia a 120 grados y se mantiene la misma situación de protección.
Seguridad HVAC: evitando desastres con un correcto entendimiento de los sistemas de control
Seguridad HVAC: evitando desastres con un correcto entendimiento de los sistemas de control
En un reciente proyecto de ingeniería, se vivió un incidente que destaca la importancia crítica de comprender completamente el funcionamiento de los sistemas HVAC y los protocolos de seguridad asociados, en el que el banco de resistencias se derritió debido a una serie de malentendidos y errores en el funcionamiento del sistema HVAC.
El problema se originó cuando el usuario, confundido acerca del funcionamiento de los manejadores de aire, cerró el damper de aire exterior, creyendo incorrectamente que el sistema operaba únicamente en recirculación. Sin embargo, esto interrumpió el flujo de aire necesario para el funcionamiento adecuado del sistema HVAC.
Como consecuencia, el motor de suministro de aire se quedó sin aire para mover, lo que llevó a un aumento drástico en el consumo de corriente y esto provocó que el contactor se quedara enclavado, mientras que las resistencias eléctricas funcionaron en vacío durante cinco días.
A medida que las resistencias continuaban operando sin control, la corriente se elevó a niveles peligrosos, lo que resultó en la soldadura de los contactos y, finalmente, en el derretimiento del banco de resistencias.
Para evitar situaciones similares en el futuro, se destaca la importancia de contar con un diagrama de conexión adecuado y comprender correctamente el funcionamiento del equipo HVAC.
La seguridad no debe ser subestimada cuando se trata de sistemas HVAC, y este incidente sirve como un recordatorio de la necesidad de una atención cuidadosa y una comprensión completa de estos sistemas complejos.
Para evitar problemas en el futuro, es importante tener un diagrama de conexión correcto y entender cómo funciona el equipo HVAC. Este incidente nos muestra la importancia de prestar atención y comprender los sistemas, capacitar al personal y utilizar sistemas de protección.
¡En KINENERGY, estamos comprometidos con la seguridad! Si necesitas asistencia o tienes alguna pregunta, déjanos tus datos para poder ayudarte.
Emmanuel Hernández
Ingeniero MEP - Sistemas Especiales
Emmanuel cuenta con más de 6 años de experiencia en propuestas eléctricas y más de 5 años en sistemas de control. Colaboró en la propuesta de la Plataforma Abkatun A2; participó en la actualización y comisionamiento del Sistema BMS dentro de una empresa de giro mixto, así mismo, colaboró como líder de ingeniería en la segunda parte del proyecto antes mencionado de esta empresa de giro mixto ubicada en Nuevo León. Emmanuel cuenta con el título de Ingeniería en Control y Automatización por el IPN.
Emmanuel cuenta con más de 6 años de experiencia en propuestas eléctricas y más de 5 años en sistemas de control. Colaboró en la propuesta de la Plataforma Abkatun A2; participó en la actualización y comisionamiento del Sistema BMS dentro de una empresa de giro mixto, así mismo, colaboró como líder de ingeniería en la segunda parte del proyecto antes mencionado de esta empresa de giro mixto ubicada en Nuevo León. Emmanuel cuenta con el título de Ingeniería en Control y Automatización por el IPN.
