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- Tutorial Nº 253 -

Tecnología Inverter en
Sistemas de Climatización

1.-  Generalidades

Se le llama inverter a un tipo de dispositivo electrónico que es capaz de regular el voltaje, la corriente y frecuencia de alimentación de un aparato eléctrico, es decir, que un inverter no es más que un circuito electrónico de conversión de la energía eléctrica de alimentación de un aparato eléctrico.

Aplicado a los sistemas de aire acondicionado, por ejemplo de tipo split, que consta de una unidad interior de tipo mural y una unidad exterior donde se sitúa el compresor, el dispositivo electrónico inverter lo que hace es modificar la corriente eléctrica que alimenta al compresor.

De esta manera, modificando la frecuencia, intensidad o voltaje de la corriente de alimentación del compresor, se puede conseguir también variar las revoluciones de funcionamiento del mismo, y por ende, del caudal de refrigerante que circula por el circuito entre las unidades exterior e interior del aire acondicionado.

Así por ejemplo, para un sistema de aire acondicionado que se alimenta de la red eléctrica de la vivienda en corriente alterna (50 Hz. y 230 V, en Europa) el dispositivo inverter modula esta corriente de entrada, y la transforma en una corriente de salida que alimente al compresor con frecuencia variable, que varíe en un rango de entre 30-90 Hz, por ejemplo, y una tensión de entrada también variable.

Con ello, se podrá conseguir que el compresor pueda girar a distintas velocidades en función de las necesidades de carga térmica de cada momento, permitiendo además al sistema adaptarse más eficazmente y de forma más rápida a la demanda de cada instante y reduciendo también, como se verá más adelante, el consumo eléctrico.

Comparándolo con un sistema de aire acondicionado estándar, la tecnología inverter permite ajustar el funcionamiento del compresor a la demanda de la carga, proporcionando mayor eficiencia y reduciendo las pérdidas.

En efecto, así por ejemplo, cuando las condiciones de temperatura del recinto a acondicionar no requiera de la máxima potencia (porque la ocupación de personas sea mínima, o las condiciones exteriores sean favorables), el dispositivo inverter permitirá que las revoluciones de giro del compresor disminuya por debajo de su régimen nominal.

Bajando el régimen de trabajo del compresor, se reduce también su potencia de funcionamiento y por tanto, su consumo eléctrico, aumentando así la eficiencia global del sistema.

En los siguiente apartados se pasará a desarrollar el principio de funcionamiento que rige este tipo de tecnología para tener una mejor comprensión de la misma.

 

2.-  Principio de funcionamiento

Para entender de manera sencilla el principio de funcionamiento de un sistema de aire acondicionado con tecnología inverter se recomienda estudiar la secuencia que sigue el sistema para su puesta en marcha:

1º.-  En primer lugar, en función de las necesidades de confort que el usuario desea tener en la estancia a acondicionar, se fija la temperatura deseada en el display o mando de control remoto del sistema.

2º.-  Mientras que en un sistema de aire acondicionado tradicional sin tecnología inverter, el compresor arrancaría funcionando siempre al 100% de su capacidad, desde el principio hasta alcanzar la temperatura deseada; con el sistema inverter, al poderse regular la corriente de alimentación del compresor, éste en los primeros momentos, nada más arrancar el sistema, podrá aumentar su velocidad de giro por encima de su régimen nominal, alcanzando incluso hasta un 130% de su capacidad, lo que permitirá alcanzar la temperatura de confort mucho antes que lo haría un sistema tradicional.

3º.-  Una vez alcanzada la temperatura de confort, con un sistema tradicional de climatización, la temperatura de la estancia se regularía mediante periodos sucesivos de paradas y arranques del compresor, que cada vez que se ponga en marcha trabajaría siempre al 100% de su capacidad. Por tanto, el compresor en un sistema tradicional trabajaría en un régimen de todo o nada. Esto va a generar picos de consumo, debido a que para arrancar un motor eléctrico desde cero se necesita de un consumo inicial varias veces su potencia nominal de régimen.

Sin embargo, con el sistema inverter el compresor no llega a pararse totalmente, sino que gracias a que el uso del inverte permite regular la velocidad del compresor, cuando se haya alcanzado la temperatura de confort de la estancia y no se necesite de toda la potencia, el inverter baja el régimen de giro del compresor, por ejemplo al 50% de su capacidad nominal o incluso menos, con lo que se consigue reducir el consumo eléctrico.

Además, al evitarse parar totalmente el motor del compresor se evitan también los picos de consumo que se producen en el arranque de la máquina, y también se reducen los efectos térmicos de sensación de excesivo frío o calor que se producen con el sistema de aire acondicionado tradicional con los periodos de arranques y paradas.

 

3.-  Fases de funcionamiento del inverter

Durante el funcionamiento de cualquier sistema de aire acondicionado con tecnología inverter, se pueden distinguir distintas fases o etapas en su funcionamiento:

Dispositivo electrónico inverter

Fase de Máxima Potencia: Se produce cuando las condiciones ambientales son adversas. En esta situación, el sistema inverter ordena al compresor girar al máximo de su capacidad para alcanzar lo antes posible la condición de confort. A esta fase se le llama también PAM (o Fase de Potencia).

Fase de Potencia Media: Cuando se ha alcanzado la temperatura de consigna y las condiciones son normales, el sistema inverter ordena al compresor a reducir su régimen de revoluciones, adaptando su potencia al requerimiento del sistema.

Esto en un sistema de climatización tradicional que no dispusiera de tecnología inverter no sería posible, dado que el compresor seguiría funcionando siempre al 100% de su capacidad, consumiendo así más potencia que un sistema inverter.

Fase de Mínima Potencia: Cuando las condiciones ambientales son favorables, para mantener la temperatura de confort en los sistemas de climatización inverter, el compresor continúa girando pero a muy bajas revoluciones, consumiendo de esta manera muy poca energía. A esta fase también se le llama técnicamente PWM (o Fase de Ahorro).

Por el contrario, en un sistema de climatización tradicional sin tecnología inverter el compresor trabajaría en régimen de todo o nada, es decir, que si se genera un exceso de frío en la estancia, el compresor reaccionaría parándose hasta que la temperatura de la estancia volviera a subir por encima de la temperatura de consigna que haría poner de nuevo en funcionamiento al compresor.

Estas fases sucesivas de parada y puesta en marcha del compresor suponen a la larga un mayor consumo energético, pues la potencia que se necesita en cada arranque de la máquina es varias veces superior a su potencia nominal de régimen.

 

4.-  Ventajas del sistema inverter en refrigeración

Como ya se ha comentado varias veces, a diferencia de los sistemas convencionales de climatización, la tecnología inverter adapta la velocidad del compresor a las necesidades de cada momento, permitiendo consumir únicamente la energía necesaria.

Tecnología inverter en climatización

De esta manera se consigue reducir bastante las oscilaciones de temperatura del recinto que se está acondicionando, consiguiendo mantener la temperatura ambiente en un margen comprendido entre +1 ºC y -1 ºC de la temperatura objetivo.

Así, el usuario logra disfrutar de una mayor estabilidad ambiental en la temperatura y sensación de confort, dado que se eliminan las fluctuaciones de temperatura tan típicas de los sistemas convencionales y que resultan tan desagradables.

Y todo ello gracias al dispositivo electrónico de alimentación sensible a los cambios de temperatura, los equipos con tecnología inverter hacen variar las revoluciones del motor del compresor para proporcionar la potencia ajustada a la demanda energética que se requiere en cada instante.

Asimismo, cuando se esté a punto de alcanzar la temperatura deseada, el dispositivo inverter disminuye gradualmente la potencia de alimentación al compresor para que gire más lentamente, pero sin llegar a detenerse. De esta manera se reduce también el ruido ligado a las fases de arranque de la máquina y el consumo es siempre proporcional a las necesidades de cada momento.

Además, como ya se ha dicho anteriormente, con el sistema inverter de regulación de la potencia de alimentación del compresor, éste también puede trabajar hasta un 30% por encima de su potencia nominal para conseguir más rápidamente la temperatura deseada en los momentos iniciales, que es cuando mayor demanda térmica se requiere.

Por otro lado, también puede funcionar hasta un 50% por debajo de su potencia nominal o menos en la fase de mínima potencia, que ocurre cuando se ha alcanzado la temperatura de confort y las condiciones ambientales son favorables. De nuevo, esto se traduce en una significativa reducción tanto del ruido como del consumo.

En la figura siguiente, se muestra la ficha de características técnicas de un sistema de climatización convencional y la ficha de otro con tecnología inverter, donde se han resaltado aquellas prestaciones que ofrecen uno y otro equipo para su comparación, sirviendo de ejemplo a lo anteriormente dicho.

Ficha de características técnicas de un sistema de climatización

A continuación y a modo de resumen, se enumeran las ventajas que presenta el sistema de aire acondicionado con tecnología inverter frente al modelo tradicional de climatización:

-  Rapidez de enfriamiento:

Con inverter: al poder regular la potencia de alimentación del compresor, el dispositivo electrónico inverter permite que éste pueda trabajar hasta un 30% por encima de su potencia nominal en los primeros instantes, con el fin de poder llegar antes a la temperatura de confort.

Sin inverter: un climatizador sin función inverter, el compresor funciona a la misma velocidad siempre, por lo que tarda más tiempo en enfriar o calentar el recinto y lograr la temperatura de confort.

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-  Uso eficiente de la energía:

Con inverter: el compresor regula su régimen de revoluciones, y por tanto, la potencia de salida, adaptándose a la demanda de cada momento. Esta regulación eficiente y lineal de la temperatura mantiene una sensación de mayor confort para el usuario.

Sin inverter: el compresor se enciende y apaga según los cambios de temperatura de la estancia, por lo que no se logra mantenerla constante. Además, los continuos periodos de arranque y parada del compresor suponen a la larga un mayor consumo de energía, ruido y menor durabilidad de la máquina.

-  Consumo de energía:

Con inverter: la posibilidad de regular el régimen de giro del compresor a la demanda de cada momento permite un ahorro de consumo energético. De hecho, se ha demostrado que un climatizador que incorpore tecnología inverter consume aproximadamente la mitad de energía eléctrica que un modelo sin función inverter.

Sin inverter: el compresor trabaja en régimen de todo o nada. Esto supone que cada período de arranque de la máquina generará picos de corriente que se traduce en un mayor consumo energético.

 

5.-  Ventajas del sistema inverter aplicado en bomba de calor

A continuación se expondrán algunos aspectos donde la tecnología inverter presenta una mayor ventaja frente a los sistemas convencionales de aire acondicionado en lo que respecta a su uso como bomba de calor.

Capacidad calorífica cuando baja la temperatura exterior:

En funcionamiento como bomba de calor, en los sistemas de aire acondicionado convencionales disminuye su capacidad calorífica conforme más baja es la temperatura ambiente del exterior.

Por el contrario, un sistema de aire acondicionado que disponga de tecnología inverter, debido a que es capaz de poder aumentar el régimen de revoluciones del compresor incluso por encima de su capacidad nominal, consigue mantener su capacidad calorífica invariable, aunque la temperatura exterior disminuya incluso por debajo de las condiciones de diseño de la máquina.

Tiempo para alcanzar la temperatura deseada en el recinto:

Un sistema de aire acondicionado con tecnología inverter puede hacer funcionar al compresor al máximo de revoluciones, incluso por encima de su capacidad nominal, en los primeros momentos de funcionamiento.

Con ello se consigue poder ofrecer una gran capacidad calorífica al principio, cuando la estancia a acondicionar está más fría, reduciendo el tiempo requerido en alcanzar las condiciones de confort.

Por el contrario, un sistema de aire acondicionado convencional funciona al mismo régimen siempre, por lo que no puede ofrecer más capacidad al principio que es cuando más se necesita.

Se estima en unos 20 minutos, como el tiempo medio de ahorro que un sistema inverter puede acortar en alcanzar las condiciones de confort con respecto a un sistema convencional.

Tecnología inverter en climatización

Fluctuaciones en la temperatura del recinto:

Efectivamente, ligado a la forma de funcionar de los sistemas convencionales de aire acondicionado donde el compresor funciona en un régimen de todo o nada, la temperatura del interior del recinto fluctúa en mayor medida, aumentando la sensación de frío en los momentos donde el compresor no funciona, o de excesivo calor cuando éste está funcionando.

Así de esta manera, la temperatura del recinto cae rápidamente en los periodos donde el compresor está parado, creando una sensación desagradable de frío en los usuarios.

Con la tecnología inverter, el régimen de funcionamiento del compresor no se detiene por completo, sino que se adapta a las necesidades de cada momento logrando controlar mejor la temperatura del recinto. Así se evita que la temperatura fluctúe demasiado, consiguiendo mejorar las condiciones de confort.

Efectivamente, en un sistema de aire acondicionado con tecnología inverter el compresor no deja de funcionar cuando se alcanza la temperatura de confort, sino que sigue controlando la temperatura del recinto, disminuyendo su velocidad cuando no es necesario aportar más calor, o aumentando su régimen de funcionamiento cuando la temperatura del recinto comienza a bajar.

Mantener funcionando al compresor, aunque sea a bajas revoluciones, evita los periodos de parada y arranque, como ocurre con los sistema convencionales. Esto, a la larga, repercute en un ahorro de energía (dado que cada vez que se arranque el compresor requiere de un pico de potencia) y de una mayor durabilidad de la máquina.

Tecnología inverter en climatización

 

6.-  Tipos de compresores en el sistema inverter

En un compresor tradicional con "escobillas", el stator detecta al rotor emitiendo impulsos eléctricos constantes, para lo cual suelen tener un colector de delgas o un par de anillos de rozamiento.

Esta tecnología aplicada a los sistemas tradicionales de climatización genera por tanto mucho rozamiento, disminuye su rendimiento, desprenden mucho calor y ruido durante su funcionamiento, requieren de mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor.

En los nuevos compresores "brushless" aplicados a la tecnología inverter, la detección del movimiento de giro del rotor es digital y se elimina esa ineficiencia derivada del rozamiento de las escobillas. En este caso, no hay impulsos eléctricos superfluos.

De esta manera, cuando se habla de compresores DC, o de sistema inverter DC, se refiere a "Digital Control", es decir, a compresores sin escobillas o "brushless", y sin rozamientos.

Como ya se sabe, los sistemas con tecnología inverter modulan la frecuencia de la corriente eléctrica de alimentación al compresor (desde 10 hasta 150 Hz aprox.), permitiendo al compresor girar a diferentes velocidades para regular la potencia entregada en función de la demanda térmica de cada momento.

 

7.-  ¿Qué distingue un inverter de otro?

Considerando que las dos necesidades básicas a satisfacer por todo sistema de climatización es el confort del usuario y el ahorro energético, y partiendo en igualdad de condiciones en otros aspectos tales como la clasificación energética del aparato (SEER / SCOP), caudal de aire, nivel sonoro o sistemas de filtrado empleado, la verdadera diferencia entre dos sistemas inverter de distintas casas comerciales radica en su capacidad de adaptación en cada momento a las distintas condiciones ambientales que puedan presentarse.

Clase de eficiencia energética

En este sentido, se conoce como "rango de variación" a la variación porcentual que el sistema puede ofrecer desde su capacidad nominal para aumentar su potencia (Fase de Potencia ó PAM), o para reducirla cuando ya no es necesaria por ser favorables las condiciones ambientales y por tanto procede ahorrar energía (Fase de Ahorro ó PWM).

a) Fase de Potencia. Gracias a la tencología inverter PAM, que regula la amplitud de onda de la corriente de alimentación, los sistemas son capaces de revolucionarse y funcionar por encima de su capacidad nominal para reaccionar en condiciones adversas de temperatura, o cuando la estancia está sobrecargada de fuentes de calor.

En este sentido, existen marcas comerciales que pueden ofrecer en sus equipos hasta el 50% más respecto a su potencia nominal.

b) Fase de Ahorro. El gran secreto del inverter es la tecnología PWM, que regula el ancho de onda de la señal de alimentación y que es responsable de la modulación de la capacidad para ajustarse a necesidades decrecientes de energía cuando las condiciones son favorables.

Un buen diseño del aire acondicionado supone elegir aquel modelo que opere en Fase de Ahorro la mayor parte del tiempo, y es aquí donde se nota la diferencia entre sistemas.

En función de la tecnología, tanto electrónica como mecánica, el sistema puede funcionar muy por debajo de su capacidad nominal, generando importantes mejoras en ratio de eficiencia energética, confort, nivel sonoro y, por supuesto, consumo.

En el mercado, existen sistemas de casas comerciales que pueden alcanzar mínimos de capacidad de hasta el 5% de su potencia nominal en gama residencial, 15% en gama comercial y 30% en sistemas VRF para edificios.

 

8.-  Valoraciones de eficiencia energética

Existen diferentes clasificaciones de eficiencia energética en función del tipo de aparato que se esté evaluando. Las más usualmente utilizadas son las siguientes:

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• EER (Coeficiente de Eficiencia Energética) es el ratio entre la capacidad frigorífica y el consumo de energía utilizado por el aparato para obtenerlo. Cuanto más alto es el EER, mejor rendimiento tendría la máquina.

En este caso se entiende por Capacidad Frigorífica (kW) a la capacidad de enfriamiento de un equipo, funcionando en modo frío y a pleno rendimiento.

• COP (Coeficiente de Rendimiento) es el ratio entre la capacidad calorífica y el consumo de energía utilizado por el aparato para obtenerlo. Cuanto más alto es el COP, mejor rendimiento tendría la máquina.

Para este caso, se entiende por Capacidad Calorífica (kW) a la capacidad de calefacción de un equipo, funcionando en modo calor y a pleno rendimiento.

• SEER (Clasificación de Eficiencia de Energía Estacional) es la medida de la eficiencia específicamente aplicado a centrales de aire acondicionado. Cuanto mayor sea el número, más eficiente energéticamente es la unidad. Se recomienda siempre buscar una unidad con un SEER de 12 ó más.

Por último, también se incluyen las clasificaciones energéticas empleadas para otros tipos de aparatos electrodomésticos:

Lavadora: EF (factor de energía) indica el número de ciclos completos de una lavadora empleando un kilovatio-hora de electricidad. El actual estándar federal para la energía de lavadoras eficientes es un FE de 1,18. Para el caso de lavadoras "super-eficientes" de los modelos Energy Starrequieren llegan a poseer un FE de 2,5.

Lavavajillas: EF (factor de energía), una vez más, es la unidad de medida, e indica el número de ciclos completos que el lavavajillas se completará con el consumo de un kilovatio-hora de electricidad. Los lavaplatos que han obtenido la etiqueta Energy Star tienen un EF de 0,52 ó superior.

Por último, para los refrigeradores y congeladores disponen de una etiqueta que indica el número de kilovatios-hora de electricidad que el aparato consume en un año de operación. Cuanto menor sea el número, más eficiente será el aparato.

 

 

 

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