Sentera es especialista en soluciones de control HVAC. Una solución de control es una forma de controlar un dispositivo (por ejemplo, un ventilador). Estos sistemas de control existen en diferentes formas, desde muy simples hasta más complejas. En este artículo explicaremos la diferencia entre los dos sistemas de control más utilizados en la industria de la ventilación.
El sistema de control más sencillo es conocido y utilizado por todos: el control ON-OFF. Un control ON-OFF funciona como un interruptor de luz clásico: el sistema solo tiene dos posiciones, completamente encendido o completamente apagado. En el contexto de la ventilación, esto significa que se suministra mucho aire fresco o nada en absoluto. Como resultado, a menudo se producen fluctuaciones: el ambiente se vuelve algo cargado antes de que el sistema arranque y luego el flujo de aire se vuelve repentinamente muy fuerte.
Un sistema de control más sofisticado es el control proporcional. Un sistema de control proporcional funciona más como un regulador de intensidad, el pedal del acelerador de un coche o un grifo de agua. Si quieres llenar un vaso pequeño, abres un poco el grifo. Si quieres llenar un cubo entero, lo abres completamente. En lugar de simplemente encenderse o apagarse, el sistema se ajusta gradualmente según la demanda. En un sistema de ventilación, el control proporcional funciona de la siguiente manera: si el aire está ligeramente contaminado, el sistema ventila suavemente. Si entran más personas en la habitación y la calidad del aire empeora, el sistema aumenta automáticamente el nivel de ventilación. Esto mantiene el clima interior mucho más constante y confortable, sin grandes fluctuaciones.
En resumen: un control ON-OFF funciona bajo el principio de todo o nada, mientras que un control proporcional proporciona exactamente lo necesario en el momento adecuado.
Control ON-OFF
Una gran ventaja de un sistema de control ON-OFF es que es muy simple y fiable. El sistema funciona según un principio claro: tan pronto como se alcanza un determinado límite, se activa, y cuando ese límite deja de superarse, se desactiva nuevamente. Como resultado, hay pocas probabilidades de errores y el funcionamiento es fácil de entender tanto para los usuarios como para los instaladores. En el mundo de la ventilación, “encendido” suele significar alta velocidad de ventilación y “apagado” velocidad baja o mínima. Los sistemas de ventilación a menudo nunca se apagan completamente.
Además, un sistema ON-OFF es más económico de comprar e instalar. No se requieren controladores complejos, variadores de frecuencia ni sensores avanzados. Esto hace que el sistema sea accesible y atractivo para instalaciones pequeñas o aplicaciones con presupuesto limitado.
Un sistema ON-OFF también destaca en términos de mantenimiento y resistencia a fallos. Como hay menos componentes y menos electrónica compleja, la probabilidad de averías es menor y cualquier reparación puede realizarse de manera más rápida y sencilla. Si aun así ocurre una avería, normalmente es fácil localizarla gracias a la simplicidad del sistema.
Asimismo, un sistema ON-OFF es más que suficiente en muchas situaciones. En aplicaciones donde la necesidad de ventilación está claramente presente o ausente —como en aseos, garajes o salas utilizadas ocasionalmente— basta con que el sistema simplemente se active cuando sea necesario y luego se desactive de nuevo. En estos casos, la simplicidad suele ser más importante que las ventajas de un sistema de control más sofisticado.
Finalmente, un sistema ON-OFF también ofrece cierta robustez. No requiere ajustes finos ni configuraciones complejas y generalmente sigue funcionando bien sin necesidad de reajustes frecuentes. Esto lo hace especialmente adecuado para situaciones donde la facilidad de uso y la fiabilidad son más importantes que un control extremadamente preciso.
Una aplicación típica es la detección de monóxido de carbono (CO) en aparcamientos. Tan pronto como se supera un límite peligroso de CO, es recomendable activar inmediatamente la ventilación a máxima potencia para neutralizar la situación peligrosa lo más rápido posible suministrando una gran cantidad de aire fresco. Cuando la concentración de CO vuelve a estar por debajo del nivel de alarma, la ventilación puede volver a la velocidad mínima.
Otro ejemplo es prevenir daños por congelación en el sistema de filtración de piscinas exteriores. Cuando la temperatura desciende por debajo de 5 °C, puede activarse una bomba de circulación para evitar daños por heladas. Mientras exista riesgo de congelación, la bomba continúa funcionando. Cuando la temperatura vuelve a superar el valor umbral establecido (5 °C), la bomba se detiene.
Control ON-OFF para motores
Los motores eléctricos consumen mucha energía. Cuanto más potentes son, más energía consumen y mayor caudal de aire pueden generar. En los motores AC, la energía del motor (corriente eléctrica) es suministrada por un regulador de velocidad o un variador de frecuencia. Los motores EC tienen control de velocidad integrado. En ambos casos, debe distinguirse entre potencia eléctrica y señales de control eléctricas. La señal de control es el comando de arranque/parada recibido por el regulador de velocidad (o la electrónica del motor EC). La potencia eléctrica es la energía que necesita el motor para girar. El motor convierte esta energía eléctrica en energía mecánica. Las señales electrónicas de control son pequeñas corrientes eléctricas utilizadas para controlar el motor. Indican cuándo debe arrancar o detenerse el motor, a qué velocidad debe girar, etc.
Los motores eléctricos consumen mucha energía. Cuanto más potentes son, más energía consumen y mayor caudal de aire pueden generar. En los motores AC, la energía del motor (corriente eléctrica) es suministrada por un regulador de velocidad o un variador de frecuencia. Los motores EC tienen control de velocidad integrado. En ambos casos, debe distinguirse entre potencia eléctrica y señales de control eléctricas. La señal de control es el comando de arranque/parada recibido por el regulador de velocidad (o la electrónica del motor EC). La potencia eléctrica es la energía que necesita el motor para girar. El motor convierte esta energía eléctrica en energía mecánica. Las señales electrónicas de control son pequeñas corrientes eléctricas utilizadas para controlar el motor. Indican cuándo debe arrancar o detenerse el motor, a qué velocidad debe girar, etc.
Un motor eléctrico contiene una bobina formada por devanados. Técnicamente, esto se denomina carga inductiva. Una de las leyes fundamentales de la física establece que una corriente eléctrica que circula por un devanado siempre tiende a mantenerse. Por lo tanto, interrumpir una corriente eléctrica en una carga inductiva no es tan sencillo. Especialmente en motores eléctricos grandes (corrientes eléctricas elevadas), se requiere un equipo de conmutación especial. Este equipo conmuta las corrientes del motor —la gran cantidad de energía que el motor necesita para funcionar— y está controlado por pequeñas señales electrónicas.
Encender o apagar un motor requiere, por tanto, una señal de control que puede ser alta (motor encendido) o baja (motor apagado). El encendido y apagado del motor se realiza mediante una señal de control digital, a menudo un contacto libre de potencial o una entrada digital del regulador de velocidad. Cuando este contacto se cierra, el regulador recibe una orden de arranque y el ventilador comienza a girar. Cuando el contacto se abre, el motor entra en modo parada o espera. También existen reguladores de velocidad en los que la entrada digital se utiliza para cambiar entre velocidad alta y baja.
Los siguientes reguladores de velocidad disponen de una entrada digital:
- Reguladores de velocidad por transformador para control de 5 velocidades. Los siguientes reguladores disponen de una entrada digital para encender y apagar remotamente el motor:
- Serie STRA - ¡el regulador de velocidad todoterreno! La serie STRA1 controla motores monofásicos y la serie STRA4 controla motores trifásicos. Estos reguladores disponen de una entrada digital, una salida de alarma y una salida no regulada. Cuando la entrada digital está activa, el motor comienza a funcionar. La salida no regulada está activa mientras el motor está en marcha. En caso de sobrecalentamiento del motor, se activa la salida de alarma. Tras un fallo de alimentación, el motor se reinicia automáticamente.
- Serie SFPR - ¡el regulador ideal para campanas industriales de cocina! La serie SFPR1 controla motores monofásicos y la serie SFPR4 controla motores trifásicos. Disponen de una salida adicional para controlar la válvula de gas. El ventilador se activa mediante la entrada del termostato; cuando se supera el valor de temperatura ajustado, el ventilador se activa. Se requiere un sensor de flujo de aire (presostato) para detectar el flujo de aire. La salida de la válvula de gas se activa simultáneamente con el ventilador. Si no se detecta flujo de aire dentro de los 60 segundos posteriores al arranque del motor, la salida de la válvula de gas se desactiva por razones de seguridad. Tras un corte de energía, el motor se reinicia automáticamente.
- Serie STTA4 - Estos reguladores de velocidad disponen de un interruptor magnetotérmico que proporciona protección contra sobrecargas. Controlan motores trifásicos. La entrada digital puede utilizarse para comandos remotos de arranque y parada. Después de un fallo de alimentación, el motor se reinicia automáticamente.
- Reguladores de velocidad por transformador para control de 5 velocidades. Los siguientes reguladores disponen de una entrada digital para cambiar entre velocidad baja y alta:
- Serie SC2-1 - Disponen de una entrada digital para cambiar entre dos velocidades del motor. Ambas velocidades pueden seleccionarse mediante dos mandos en el panel frontal. La serie SC2-1 controla motores monofásicos.
- Serie SC2A - Disponen de una entrada digital para cambiar entre dos velocidades del motor. Ambas velocidades pueden seleccionarse mediante dos mandos en el panel frontal. Además, también cuentan con una entrada TK para supervisar la temperatura del motor. En caso de sobrecalentamiento, el sistema se detiene y se activa una alarma. La serie SC2A1 controla motores monofásicos y la serie SC2A4 motores trifásicos.
- Serie SER-1 - Disponen de un botón de emergencia para activar la extracción de humo (velocidad máxima). Controlan motores monofásicos. La extracción de humo también puede activarse mediante una entrada digital.
- Reguladores electrónicos de velocidad para control de velocidad variable. Los siguientes reguladores de velocidad disponen de una entrada digital para encender y apagar el motor de forma remota:
- Serie ITRS9 - La serie ITRS9 está compuesta por reguladores de velocidad variables para motores monofásicos. El motor acelera en modo kick start o soft start. El motor puede activarse mediante el interruptor ON-OFF integrado o a través de la entrada digital. La función de supervisión TK desactiva el motor en caso de detectarse un sobrecalentamiento. En ese caso, se activa una alarma para indicar problemas en el motor.
- Serie ITRS9 - La serie ITRS9 está compuesta por reguladores de velocidad variables para motores monofásicos. El motor acelera en modo kick start o soft start. El motor puede activarse mediante el interruptor ON-OFF integrado o a través de la entrada digital. La función de supervisión TK desactiva el motor en caso de detectarse un sobrecalentamiento. En ese caso, se activa una alarma para indicar problemas en el motor.
- Variadores de frecuencia para control de velocidad variable.
- Los variadores de frecuencia disponen de múltiples entradas digitales y numerosas opciones de control. Una simple orden de arranque/parada puede enviarse a través de la entrada 1. Hay modelos disponibles para montaje en pared y para montaje en carril DIN. La serie FI-E11 controla motores monofásicos, mientras que la serie FI-E44 ontrola motores trifásicos.
Control proporcional
La principal ventaja del control proporcional es que se adapta continuamente a la demanda real. En lugar de simplemente encenderse o apagarse por completo, el sistema se ajusta gradualmente. Esto significa que en todo momento se proporciona exactamente la cantidad de ventilación necesaria. Como resultado, la calidad del aire permanece mucho más constante y se evitan grandes fluctuaciones, como una sensación repentina de aire cargado o corrientes de aire excesivas.
El control proporcional garantiza un mayor nivel de confort. Como el sistema no se enciende ni se apaga bruscamente, sino que se ajusta de forma suave, los usuarios perciben menos molestias por ruido o corrientes de aire. La ventilación funciona en segundo plano prácticamente sin notarse, mientras la estancia permanece agradable.
Otro beneficio adicional es la eficiencia energética. Como el sistema solo trabaja más intensamente cuando realmente es necesario, consume menos energía que un sistema que funciona regularmente a plena potencia. Esto se aplica tanto al consumo eléctrico del ventilador como a la reducción de pérdidas de calor debido a una ventilación excesiva. A largo plazo, esto puede generar ahorros importantes. Además, el control proporcional contribuye a una mayor vida útil de la instalación. Como el sistema necesita cambiar con menos frecuencia entre encendido y apagado, componentes como motores e interruptores están sometidos a menos esfuerzo. Esto reduce el desgaste y disminuye el riesgo de averías.
Por lo tanto, el control proporcional es especialmente adecuado para entornos donde las condiciones cambian constantemente, como oficinas, aulas o viviendas con ocupación variable. En estas situaciones, garantiza que el sistema se adapte automáticamente al uso sin necesidad de intervención humana. Como resultado, combina confort, eficiencia y facilidad de uso en una sola solución.
Una aplicación típica es la medición de la concentración de CO₂ en una sala mediante un sensor de CO₂ con señal de salida analógica. Con esta señal analógica, el sistema de ventilación puede controlarse proporcionalmente. Cuantas más personas compartan un espacio cerrado, más rápidamente aumentará la concentración de CO₂. Esto hará que aumente la señal analógica del sensor. Posteriormente, la velocidad de ventilación aumentará. Gracias al aporte adicional de aire fresco, el nivel de CO₂ volverá a disminuir y se establecerá un equilibrio que garantizará una buena calidad del aire.
Una aplicación similar es el control de la ventilación mediante un sensor de humedad relativa. Si no puede utilizarse un sensor de ambiente, se puede emplear un sensor de conducto de aire. Este sensor se instala preferiblemente en el conducto de extracción, ya que permite medir la calidad del aire dentro de la estancia. A medida que aumenta la humedad relativa, la señal analógica del sensor también aumenta y la velocidad del ventilador se incrementa. La ventilación adicional hará que la humedad relativa vuelva a disminuir hasta alcanzar un equilibrio.
Control proporcional para motores
Al igual que en el control ON-OFF, el encendido y apagado del motor se realiza mediante una señal ON-OFF conectada a la entrada digital del regulador de velocidad del ventilador. Cuando este contacto se cierra, el regulador recibe una orden de arranque y el ventilador comienza a girar. Cuando el contacto se abre, el motor entra en modo parada o espera. Este es el control de arranque/parada descrito en el capítulo anterior.
Ahora vamos un paso más allá. Cuando el ventilador está funcionando, puede girar lenta o rápidamente. Además, su velocidad también puede regularse. Por ello, además del comando de arranque/parada, se requiere una señal de control adicional: una señal proporcional o analógica. Esta señal analógica indicará al regulador de velocidad (o al motor EC) a qué velocidad debe hacer girar el motor. Una señal analógica es una señal eléctrica continua que representa diferentes niveles entre un valor mínimo y máximo. Las señales analógicas se utilizan para transmitir un valor de un dispositivo a otro. Puede imaginarse como una especie de lenguaje de comunicación entre dos dispositivos.
Existen muchos tipos de señales analógicas de control: una señal de 0–10 voltios, 0–20 mA, una señal PWM o un protocolo de comunicación como Modbus RTU se utilizan frecuentemente para ajustar la velocidad del motor. Todos tienen sus propias ventajas y desventajas. Aquí se muestra un ejemplo de una señal de control de 0–10 voltios: cuando la señal de control es de 0 voltios, el motor funcionará a velocidad mínima; cuando la señal sea de 10 voltios, el motor funcionará a velocidad máxima. Las velocidades mínima y máxima normalmente pueden definirse en el regulador de velocidad. La señal analógica indica al regulador a qué velocidad debe funcionar el motor. Además de la señal analógica, normalmente también se proporciona un comando de arranque/parada mediante una señal digital independiente. De este modo, el motor puede arrancarse, regular su velocidad y detenerse.
Se distingue entre señales de potencia y señales de control. La tensión de alimentación (la potencia) permanece conectada continuamente al regulador de velocidad o al motor EC. La señal digital determina si se envía potencia al motor. La señal analógica determina cuánta potencia se envía al motor y, por tanto, a qué velocidad girará.
Los siguientes reguladores de velocidad requieren una señal de control analógica:
- Reguladores de velocidad por transformador para control de 5 velocidades:
- Serie STVS - Las series STVS son reguladores de velocidad de 5 pasos con entrada analógica. La señal de control de 0–10 voltios activa una de las cinco velocidades. Cuando la señal de control es inferior a 2 voltios, el motor se detiene. La serie STVS1 controla motores monofásicos y la serie STVS4 controlan motores trifásicos.
- Serie STVS - Las series STVS son reguladores de velocidad de 5 pasos con entrada analógica. La señal de control de 0–10 voltios activa una de las cinco velocidades. Cuando la señal de control es inferior a 2 voltios, el motor se detiene. La serie STVS1 controla motores monofásicos y la serie STVS4 controlan motores trifásicos.
- Reguladores electrónicos de velocidad para control de velocidad variable:
- Serie EVS-1 - Las series EVS-1 son reguladores de velocidad variables para motores monofásicos. Disponen de una entrada digital para arrancar y detener el motor de forma remota. La velocidad del ventilador puede ajustarse mediante la entrada analógica. La carcasa está diseñada para montaje en pared.
- Serie EVSS1 - Las series EVSS1 son reguladores de velocidad variables para motores monofásicos. Al igual que las series EVS-1, disponen de una entrada digital para arrancar y detener el motor de forma remota. La velocidad del ventilador puede ajustarse mediante la entrada analógica. Además, también cuentan con una entrada TK para supervisar la temperatura del motor. En caso de detectarse sobrecalentamiento del motor, el sistema se detiene y se activa una alarma. La carcasa está diseñada para montaje en pared.
- Serie MVS-1 - Las series MVS-1 son reguladores de velocidad variables para motores monofásicos. Disponen de una entrada digital para arrancar y detener el motor de forma remota. La velocidad del ventilador puede ajustarse mediante la entrada analógica. La carcasa está diseñada para montaje en carril DIN dentro de un cuadro eléctrico.
- Serie MVSS1 - Las series MVSS1 son reguladores de velocidad variables para motores monofásicos. Al igual que las series EVS-1, disponen de una entrada digital para arrancar y detener el motor de forma remota. La velocidad del ventilador puede ajustarse mediante la entrada analógica. Además, también cuentan con una entrada TK para supervisar la temperatura del motor. En caso de detectarse sobrecalentamiento del motor, el sistema se detiene y se activa una alarma. La carcasa está diseñada para montaje en carril DIN dentro de un cuadro eléctrico.
- Serie TVSS5 - Las series TVSS5 son reguladores de velocidad variables para motores trifásicos. Disponen de una entrada digital para arrancar y detener el motor de forma remota. La velocidad del ventilador puede ajustarse mediante la entrada analógica. Además, también cuentan con una entrada TK para supervisar la temperatura del motor. En caso de detectarse sobrecalentamiento del motor, el sistema se detiene y se activa una alarma. La carcasa está diseñada para montaje en carril DIN dentro de un cuadro eléctrico.
- Variadores de frecuencia
- Los variadores de frecuencia son reguladores de velocidad variables. Disponen de múltiples entradas digitales y numerosas opciones de control. La velocidad del motor puede ajustarse mediante la entrada analógica. Hay modelos disponibles para montaje en pared y para montaje en carril DIN. La serie FI-E11 controla motores monofásicos, mientras que la serie FI-E44 controla motores trifásicos.
¿Cómo crear una señal de control?
Una señal de control digital puede generarse mediante un simple interruptor o un relé. Un interruptor puede utilizarse para encender o apagar manualmente un dispositivo. Un relé es un interruptor controlado eléctricamente en lugar de accionarse manualmente. Cuando se envía una pequeña señal eléctrica al relé, este activa o desactiva otro circuito. Un sensor con salida de relé activará el relé cuando se alcance un determinado valor (por ejemplo, temperatura, nivel de CO, etc.). De esta manera, el sensor puede, por ejemplo, arrancar un ventilador cuando se alcanza un determinado nivel de CO. El ventilador continuará funcionando a velocidad máxima hasta que los niveles de CO vuelvan a normalizarse. Cuando la concentración de CO vuelva a estar por debajo del valor límite, el relé se desactivará y el ventilador se detendrá.
Una señal de control analógica se utiliza para ajustar la velocidad del ventilador. Es algo más que simplemente encendido o apagado. Con una señal analógica, se puede definir un número o valor. Una señal analógica normalmente proviene de un sensor o de un potenciómetro. Un potenciómetro puede utilizarse para ajustar manualmente la velocidad del ventilador. Girando el mando, se crea una señal de 0–10 voltios para controlar la velocidad del ventilador. Los sensores suelen medir temperatura, humedad relativa, CO₂ o calidad del aire. Un sensor convierte la medición en una señal analógica, normalmente una señal de 0–10 voltios.
La combinación de un sensor y un regulador de velocidad permite regular la velocidad del ventilador en función de la demanda. El control de ventilación basado en la demanda ajusta la cantidad de aire fresco suministrado a un espacio según las necesidades reales, como el número de personas presentes o el nivel de contaminación del aire. Su principal ventaja es la eficiencia energética, ya que el sistema solo aumenta la ventilación cuando es necesario, en lugar de funcionar continuamente a plena capacidad. Esto reduce los costes operativos, ya que los ventiladores, así como los sistemas de calefacción y refrigeración, no tienen que trabajar tanto durante los periodos de baja demanda. Al mismo tiempo, mejora la calidad del aire interior proporcionando más aire fresco cuando aumentan los niveles de contaminantes o dióxido de carbono. También ayuda a prolongar la vida útil del equipo, ya que el sistema está sometido a menos esfuerzo continuo. En conjunto, el control de ventilación basado en la demanda crea un entorno interior más eficiente, rentable y confortable al responder a las condiciones reales en lugar de funcionar constantemente al mismo nivel.
Los siguientes sensores disponen de una salida analógica y pueden utilizarse para controlar la velocidad del ventilador:
¿Cómo realizar un control ON-OFF con una señal de 0–10 voltios? Esta pregunta puede surgir cuando se instala un sensor con salida de 0–10 voltios y el ventilador necesita ser controlado mediante ON-OFF. En este caso, la serie ARM ofrece la solución. El módulo ARM convierte una señal analógica en una salida de relé. De ahí su nombre: módulo Analogue to Relay. La señal analógica procedente de un sensor puede conectarse al módulo ARM. El punto de conmutación puede ajustarse. Tan pronto como se alcanza este punto de conmutación, la salida de relé del módulo ARM conmuta.
Un ejemplo: la temperatura mínima que puede medirse es 0 °C y la máxima es 50 °C. La señal de salida analógica del sensor de temperatura variará entre 0 y 10 voltios, donde 0 voltios corresponden a 0 °C y 10 voltios a 50 °C. Cuando la temperatura medida es de 25 °C, la señal analógica será por tanto de 5 voltios. En resumen, la señal analógica sigue una curva lineal: aumenta proporcionalmente a medida que sube la temperatura.
Una aplicación típica es la activación de la refrigeración. En este ejemplo, la refrigeración solo es necesaria cuando la temperatura supera los 25 °C. Esto significa que la refrigeración debe activarse en el momento en que la temperatura alcance los 25 °C. Si el punto de conmutación del módulo ARM se ajusta a 5 voltios (25 °C), el contacto de relé conmutará cuando se alcance esta temperatura. La refrigeración puede activarse entonces mediante el contacto de relé.