Yo escribí y defendí mi tesis de doctorado sobre el procesamiento de las señales en los radares meteorológicos. Esto lo hice, por empecinado que soy, en los años más duros del período especial, de 1993 a 1998. En paralelo estaba obligado a buscar una entrada monetaria que me permitiera mantener viva a mi familia porque el salario, que nunca había sido suficiente, en esos años se tornó insignificante. Así pues dejé a un lado lo de repararle a los vecinos los televisores Caribe, cosa que hacía de forma totalmente gratuita y comencé a fabricar y vender protecciones de refrigerador. Lo hice con el mismo espíritu científico conque me dediqué 42 años a los radares. En ese proceso, que yo suelo denominar como mi segundo «doctorado» (espoleado por mi amigo Manuel Serrano que construyó los primeros ejemplares), estudié y puse en claro unas cuantas cosas que significaron desmontar una serie de mitos que, lamentablemente, siguen primando hasta la actualidad. En este post compartiré mis experiencias al respecto.
¿Qué tiempo hay que esperar el protector para reconectar una máquina de frío después de una falla?
Sin titubear se los digo, hay que esperar entre 5 y 10 minutos. La enorme mayoría de los protectores industriales que se venden en el mercado esperan solo 3 minutos (a veces menos) y eso es un grave error. A mis protectores siempre les puse seis minutos y les explico por qué.
La razón no es eléctrica, sino mecánica y está relacionada con el compresor, que es el «corazón» del refrigerador. Cuando el refrigerador está funcionando, el compresor presuriza el gas refrigerante para que circule por el sistema. Cuando se apaga de repente (por una falla en el voltaje de suministro o por una acción del usuario), el gas queda a alta presión en la parte del «lado de descarga» (condensador) y a baja presión en el «lado de succión» (evaporador).
Si intentas encender el compresor inmediatamente (menos de 5 minutos), se encontrará con esta gran diferencia de presión (desequilibrio). El motor eléctrico tiene que hacer una fuerza descomunal para vencer esta presión y ponerse en marcha. El motor eléctrico demandará una corriente eléctrica (amperaje) extremadamente alta, mucho mayor de aquella para la que está diseñado. La parte eléctrica del compresor se sobrecalienta y se quema.
Esta es la falla más común y la más costosa (casi siempre significa cambiar el compresor completo o mandarlo a enrollar). En casos extremos, la tensión mecánica puede dañar las partes mecánicas internas del compresor. Producto de esta sobrecarga también se puede dañar el circuito de arranque de la máquina de frío (compresor). En el mejor de los casos, la máquina no se queda «herida de muerte» sino con una «lesión», la corriente aumenta, calienta los conductores del enrollado y si esta situación es repetitiva, a la larga, el barniz electroaislante del enrollado se va dañando y termina en un cortocircuito en la máquina. Es decir, los 3 minutos pueden no dañar «mortalmente» a la máquina en el momento de la falla, pero siempre le provocan un daño que a la larga acaba con el compresor. Se los digo y se los repito con conocimiento de causa: ¡3 minutos es insuficiente por muy «industrial» y «serio» que sea el fabricante de la protección!
En 5-10 minutos el sistema del refrigerador se equilibra. Durante ese reposo, el gas refrigerante a alta presión migra lentamente hacia el lado de baja presión, igualando las presiones en todo el circuito. Una vez equilibrado, el compresor puede arrancar con muy poca resistencia, como si lo hiciera «en vacío», demandando una corriente normal y evitando cualquier daño.
¿En qué rango debe estar el voltaje para alimentar a un refrigerador comercial?
La mayoría de los fabricantes recomienda que al refrigerador se le suministre un voltaje en el rango de +/- 10% a 15% del voltaje nominal. Por ejemplo, si el refrigerador fue fabricado para un voltaje de 120 V en la línea, debe mantenerse en el rango de 102V (-15%) a 108V(-10%) por debajo hasta 138V (+15%) a 132V (+10%) por encima (pero lo mejor es leer el manual del fabricante, allí está la última palabra). En Cuba el suministro eléctrico nominal es 110V; pero es sumamente variable de un lugar a otro, dependiendo de la barrida, de la distancia hasta el transformador de suministro y de la hora del día, generalmente una Delta Abierta. Mi experiencia es que yo debía primero medir el voltaje de suministro en la casa del cliente a varias horas del día antes de instalarle el protector. Generalmente, el voltaje mínimo lo ajustaba de 90-95 V y hasta un máximo de 135-145 V. De lo contrario se corría el riesgo de que el refrigerador nunca funcionara, pues habitualmente los protectores industriales vienen ajustados para un voltaje (obviamente no regulables) de 105 a 130 V. En Cuba, en determinados lugares y horarios el voltaje de línea puede bajar por debajo de 90 V, en ese caso, el cliente debe decidir entre proteger su refrigerador o resignarse y ponerle un límite más bajo (70 V por ejemplo) para poder tener el equipo funcionando (cosa que no recomiendo). El bajo voltaje hace que la máquina demande más corriente y caliente el enrollado, dañando el barniz y ocasionando un cortocircuito a la corta o a la larga, es por eso que se debe evitar a toda costa.
¿Que tiempo puede durar un microcorte?
Hay lugares en los que la línea de suministro eléctrico sufre de re-cierres que causan microcortes en el voltaje de alimentación de la máquina de un refrigerador. Bueno, en general debo decir que habría que mirar los datos del fabricante; pero en mi experiencia puedo decir que interrupciones inferiores a 30 milisegundos en el voltaje de suministro no suelen ser peligrosas para la máquina de frío. En el régimen de funcionamiento normal, la máquina (el compresor) está girando a su velocidad nominal (digamos 3600 r.p.m.), una interrupción de menos de 30 milisegundos no hace que la máquina, por inercia, pierda tantas revoluciones que el circuito de arranque entre a funcionar. Esto está en dependencia, claro está, del grado de compresión que tenga el sistema, que es quien le origina el frenado y pérdida de revoluciones del motor. Yo me cercioraba que mis protectores reaccionaran ante micro-cortes del voltaje de más de 30 milisegundos y entraran a contar el tiempo de 5-10 minutos.
Precursor
En mis protectores introduje algunas novedades tecnológicas que no estoy muy seguro que la industria moderna las haya interiorizado.
Conteo digital del tiempo. Una de las causas para que los protectores industriales no les pongan más de 3 minutos es que usan un circuito analógico basado en la carga de un condensador. Para aumentar el tiempo, hay que aumentar la capacidad del condensador. Este conteo analógico suele ser inestable, pues la temperatura influye sobre el tiempo de conteo. Para evitar estos contratiempos usamos el circuito CMOS soviético (ya descontinuado) К176ИЕ8 (alimentación de 9 V) que se usaba en los radiosondas aerológicos y que yo obtenía de los que se desechaban en el Centro Meteorológico por no cumplir con los parámetros que debía medir el radiosonda. Posteriormente pasamos a usar el CD4060) rango de voltaje de 3 a 15V) que es análogo funcional y constructivo (pin a pin idéntico) del К176ИЕ8. Se trata de uno de los más comunes y versátiles circuitos integrados para conteos largos. Ambos (el soviético antiguo y el moderno occidental) son un contador binario de 14 etapas (÷16384) con un oscilador interno. Bastaba ponerle un capacitor para obtener a la salida un pulso cada 6 minutos. La estabilidad del tiempo de conteo es altísima.
Comparador de voltaje. Los protectores toman una muestra (reducida proporcionalmente) del voltaje al que se conecta el protector (110 V, por ejemplo). Los protectores industriales solían usar para esto un comparador analógico con muy poca histéresis por lo que si el voltaje en la línea estaba en 105 V (punto de comparación), bastaban unos pocos milivolts por encima o por debajo para que el protector pasara del estado «tiempo de conteo» al estado «voltaje bajo». Para evitar estas molestias usamos un Schmidt Trigger hecho con dos NAND (К176ЛА7, de 9 V proveniente de los radiosondas o su equivalente occidental CD4000, de 3-15 V). En ambos casos una sola pastilla CMOS. Al Schmidt Trigger le podía regular los voltajes y la histéresis, por ejemplo cuando bajaba de 95 V se desconectaba el refrigerador, pero para volverse a conectar el voltaje en la línea tenía que subir a 105 V (y contar 5-10 minutos). Las fluctuaciones en el orden de los milivoltios no hacen reaccionar a nuestro circuito. Como la pastilla usada tenía 4 NAND, hacía dos comparadores (Schmidt Trigger), uno para el bajo voltaje y otro para el alto voltaje. Esta pastilla CMOS es mucho más barata que los comparadores analógicos. Por ser circuitos digitales formando un Schmidt Trigger, su funcionamiento es altamente estable.
Fuente de corriente. Como elemento ejecutor para manejar el encendido y apagado del refrigerador, tanto en los protectores industriales como en el nuestro se usa un relé, generalmente de 24 V. Para esto hay que bajar el voltaje de la línea y rectificarlo. Usar transformador hubiese sido encarecer al protector y hacerlo grande y engorroso. Los circuitos industriales usan un rectificador de media onda con un capacitor de alrededor de 1 microfaradio para tumbar el voltaje que alimenta a un diodo Zener. El diodo Zener es una de las causas más comunes de rotura de estos protectores. En el nuestro se usa el mismo rectificador de media onda, y el mismo capacitor, formando una FUENTE DE CORRIENTE. Si la carga en la parte de 24 V se mantiene estable, el voltaje se mantiene estable. La bobina del relé cuando se conecta tumba a 24 V (en serie con un led verde), cuando la bobina del relé no está conectada, se tumba el voltaje por medio de un circuito de led rojo, que indica que el protector está apagado porque el voltaje en la línea está fuera de los límites, o un led amarillo que indica que el voltaje entró dentro de los límites; pero está contando. No hay Zener en nuestro circuito para los 24 V, solo para la alimentación de las dos pastillas CMOS que es mínimo el consumo comparado con el relé o los Zener. Yo solía poner un condensar de más de 30 V en el circuito de 24 V. El monstruo Leonardo-Ichi demostró que bastaba poner el condensador en el circuito de 9 V que alimentaba a las dos pastillas integradas.
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Si a alguno de mis amables lectores le pueden servir estas experiencias me sentiría muy satisfecho. Estos protectores tuvieron una larga vida con los clientes. Irónicamente, la que hizo Serrano para mi casa se rompió y no la he mirado desde hace años. Estas protecciones me permitieron sobrevivir a lo más agudo del período especial y no morir de hambre. Agradecido a Manuel Serrano por impulsarme e iniciar la construcción de estos equipos.
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