Come scegliere i condensatori giusti per applicazioni HVAC

I condensatori svolgono un ruolo cruciale per il funzionamento ottimale degli impianti HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria), garantendone un'operatività regolare ed efficiente. Comprendendo il ruolo di questi componenti, i diversi tipi di utilizzo e le sfide comuni che possono portare a guasti, i progettisti possono migliorare in modo significativo le prestazioni degli impianti HVAC.

Un'analisi dei principali condensatori offerti dalla divisione elettronica di Eaton, un'azienda di prodotti per la gestione dell'alimentazione con oltre un secolo di storia, può aiutare a illustrare come abbinare i componenti giusti all'applicazione.

Motori, compressori e ventole fanno affidamento sui condensatori per migliorare efficienza e affidabilità. I progettisti devono tener conto di condizioni ambientali spesso estreme che possono causare costi di riparazione elevati e non pianificati, nonché l'insoddisfazione dei clienti.

Le sfide principali che gli impianti HVAC devono superare sono temperature e tassi di umidità elevati. Molti impianti HVAC sono installati sui tetti, dove sono esposti alla luce diretta del sole e circondati da materiale di copertura ad alto assorbimento termico che durante l'estate può creare surriscaldamento.

I compressori e i ventilatori utilizzati per raffreddare e deumidificare gli impianti HVAC sono soggetti alle vibrazioni costanti sviluppate dalla rotazione dei loro componenti. Ciò provoca sollecitazioni meccaniche che possono allentare gli attacchi dei condensatori, esacerbare l'usura e deteriorare gli strati dielettrici interni. Gli sbalzi di tensione, frequenti durante certi eventi meteorologici, nonché le fluttuazioni di tensione nella rete elettrica, possono compromettere l'integrità e le prestazioni dei condensatori.

I primi segnali di potenziali problemi sono un raffreddamento irregolare, bollette energetiche più alte del normale e rumori insoliti in fase di avvio dell'HVAC e durante il suo funzionamento.

Il ruolo dei condensatori in applicazioni HVAC

Come in altre applicazioni, i condensatori presenti negli impianti HVAC immagazzinano e rilasciano energia elettrica. Quelli di avviamento assicurano l'energia necessaria per avviare i motori, mentre quelli di marcia garantiscono la regolarità del funzionamento. Quando i condensatori lavorano in modo ottimale, i motori HVAC funzionano senza sovraccarichi o surriscaldamenti.

I condensatori offrono funzioni di variazione di fase e immagazzinaggio dell'energia che sono essenziali per avviare gli impianti HVAC e bilanciare il flusso di energia. Sono determinanti anche per ridurre le perdite di energia e migliorare l'efficienza del sistema, fattori cruciali per una maggiore durata del sistema e un uso più efficiente dell'energia.

Nei moderni condensatori per applicazioni HVAC vengono utilizzati materiali specializzati, come il polipropilene metallizzato, per resistere alle sollecitazioni termiche e assicurare proprietà di autoriparazione così che possano continuare a funzionare in presenza di guasti di lieve entità causati da archi elettrici.

Per assicurare un immagazzinaggio stabile dell'energia, nei condensatori viene utilizzato un film in polipropilene come strato dielettrico. A quel film viene applicato un sottile strato di metallo per formare gli elettrodi e consentire un fattore di forma compatto. I condensatori a film in polipropilene hanno in genere una densità di capacità inferiore. Tuttavia, nelle applicazioni ad alte prestazioni offrono vantaggi significativi rispetto ai tipi elettrolitici, fra cui una migliore stabilità e gestione della tensione, minori perdite e maggiore durata.

Condensatori per HVAC di Eaton

Eaton offre una gamma di condensatori progettati per migliorare le prestazioni e l'affidabilità degli impianti HVAC. La sua gamma di condensatori DC-Link, di sicurezza, di filtraggio c.a. e a film a impulsi offre ruoli complementari nel garantire l'affidabilità e le prestazioni dei progetti HVAC.

Realizzata in film in polipropilene metallizzato, la gamma di condensatori di Eaton di media tensione, monofase e interamente a film con fusibili interni è idonea per diverse applicazioni HVAC, in quanto offre versatilità, stabilità e flessibilità per la progettazione dell'impianto. Questi condensatori possono essere utilizzati per filtrare il rumore elettrico e le interferenze ad alta frequenza, assorbire i picchi di tensione per proteggere gli impianti da eventi transitori e migliorare la correzione del fattore di potenza.

I condensatori a film DC-Link serie EFDKxi di Eaton (Figura 1) riducono al minimo la perdita di potenza diminuendo la distorsione armonica e garantendo un flusso costante di energia a motori e compressori. Mantengono livelli di tensione c.c. costanti, attenuano le fluttuazioni di potenza e filtrano il rumore elettrico.

Figura 1: Un condensatore a film DC-Link serie EFDKx. (Immagine per gentile concessione di Eaton)

I condensatori EFDKx a basse perdite sono in grado di gestire un'elevata corrente di ripple senza surriscaldarsi. Incapsulati con resina epossidica in una custodia di plastica con terminali a filo di rame stagnato a due o quattro pin, questi condensatori fungono da stadio intermedio tra un raddrizzatore (convertitore c.c./c.c.) e un inverter (c.c./c.a.).

I condensatori a film di sicurezza serie EFX di Eaton sono realizzati con film in polipropilene metallizzato incapsulato con resina autoestinguente. Detti anche condensatori di soppressione delle interferenze elettromagnetiche, questi dispositivi forniscono isolamento e protezione da sovratensioni. Hanno un grado automotive (qualificati THB Grade IIIB e AEC-Q200) di elevata affidabilità e sono studiati per applicazioni in ambienti difficili. Disponibili nelle versioni di soppressione delle interferenze di Classe X1 e Classe X2, sono offerti in un'ampia gamma di dimensioni, lunghezze dei conduttori e configurazioni dei terminali.

I progettisti possono anche utilizzare i condensatori a film a impulsi di carica e scarica rapida serie EFPLS di Eaton. Anche questi sono qualificati THB Grade IIIB e AEC-Q200 e assicurano un immagazzinaggio dell'energia ad alte prestazioni pensato per applicazioni a impulsi che richiedono erogazioni rapide di potenza.

Anche i condensatori a film filtrante c.a. serie EFACA di Eaton sono qualificati THB Grade IIIB e AEC-Q200 e offrono correzione del fattore di potenza e filtraggio armonico per i circuiti dei convertitori di potenza. Possono essere utilizzati per ridurre i costi energetici e migliorare la qualità dell'energia.

I condensatori di Eaton possono essere configurati in diverse combinazioni in parallelo/in serie per soddisfare esigenze applicative specifiche in base ai requisiti di chilovolt-ampere reattivi (kVAR), tensione di sistema e strategia di protezione.

Supercondensatori per funzioni critiche

Eaton offre anche diverse famiglie di supercondensatori a bottone (Figura 2) che forniscono immagazzinaggio dell'energia elettrochimica in un fattore di forma compatto e ad alta capacità. Questi dispositivi possono immagazzinare e rilasciare energia elettrica rapidamente.

Figura 2: Un supercondensatore a bottone Eaton. (Immagine per gentile concessione di Eaton)

I supercondensatori forniscono una potenza di riserva immediata durante interruzioni o cali di tensione di breve durata e possono erogare iniezioni rapide di energia per mantenere la stabilità del sistema fino al ripristino dell'alimentazione o fino all'attivazione di quella ausiliaria. Inoltre, aiutano nei periodi di picco della domanda, riducendo il carico aggiuntivo sulle fonti di alimentazione primarie. Attenuando le fluttuazioni di tensione, i supercondensatori contribuiscono a mantenere livelli di tensione costanti all'interno degli impianti HVAC per proteggere i componenti elettronici sensibili e garantire un funzionamento affidabile.

I supercondensatori serie KR/KW e serie KVW di Eaton sono progettati per funzionare senza richiedere manutenzione e per durare fino a 20 anni. Utilizzano la costruzione dei condensatori a doppio strato elettrico (EDLC) abbinata a materiali e processi proprietari per garantire affidabilità e potenza elevate e un immagazzinaggio dell'energia ad altissima capacità.

La serie KR è idonea per applicazioni compatte e poco gravose, come il backup del clock in tempo reale. La serie KW è progettata per gli ambienti industriali e HVAC più esigenti con intervalli di temperatura estesi fino a +85 °C. La serie KVW, invece, assicura una robusta potenza di riserva per applicazioni industriali leggere e consumer nello stesso intervallo di temperatura esteso.

Conclusione

I condensatori sono componenti fondamentali degli impianti HVAC, in quanto ne migliorano l'efficienza e l'affidabilità fornendo l'immagazzinaggio e il rilascio dell'energia elettrica essenziale per ottimizzare le prestazioni. Eaton offre una vasta gamma di condensatori, tra cui condensatori DC-Link, di sicurezza e a film d'impulsi, progettati per resistere a condizioni ambientali difficili e migliorare le prestazioni del sistema.