Cómo domar los picos de potencia: cómo los inverter eliminan las sobrecorrientes de arranque de los aires acondicionados de velocidad fija

Las luces se atenúan un momento, el router se reinicia y el reloj digital del microondas pierde la hora. Estas pequeñas perturbaciones domésticas comparten una única causa: el compresor de un aire acondicionado arrancando a plena tensión de la red. La elevada corriente de arranque de un aire acondicionado estándar de velocidad fija es uno de los riesgos eléctricos más subestimados de los hogares europeos, y aumenta con la capacidad de refrigeración de formas que pillan desprevenidos a instaladores y propietarios.

El problema no es que la corriente se mantenga. El pico dura de medio segundo a tres segundos, y el compresor se estabiliza entonces en su consumo normal de funcionamiento. Pero en esos primeros instantes, una unidad portátil de tamaño modesto puede exigir veinte o más amperios a un circuito nominado para dieciséis, y las consecuencias para el cableado, la protección del circuito y los suministros compartidos de generador son concretas y evitables.

¿Qué son los amperios de rotor bloqueado en un compresor de aire acondicionado de velocidad fija?

Los amperios de rotor bloqueado (LRA) son la corriente que un motor de inducción consume en el instante de la energización, antes de que el rotor empiece a girar. Como un rotor inmóvil presenta una impedancia casi nula al suministro, la corriente solo está limitada por la resistencia del devanado y la reactancia del circuito del motor. Para un aire acondicionado portátil de velocidad fija típico de 9.000 BTU, los LRA alcanzan de 15 a 25 amperios frente a una carga de funcionamiento estable de 4 a 5 amperios.

La relación LRA / FLA (amperios a plena carga) para un motor de inducción PSC estándar (condensador de arranque permanente, el tipo de motor de compresor dominante en las unidades portátiles de velocidad fija) suele ser de 4:1 a 7:1 y está grabada en la placa de características del motor. El condensador en un diseño PSC crea una corriente de devanado desfasada que ayuda al arranque, pero la reducción de LRA resultante es modesta: quizá un 20 a 30 por ciento por debajo de lo que consumiría un motor de inducción monofásico directo, dejando aún un pico sustancial.

La duración importa tanto como la magnitud. Los LRA persisten hasta que el motor acelera hasta aproximadamente el 75 a 80 por ciento de la velocidad de sincronismo, lo que lleva de 0,5 a 2 segundos en condiciones de carga normales. Si el compresor rearranca contra la presión residual de refrigerante —un escenario común cuando un termostato apaga la unidad e inmediatamente la vuelve a encender— la carga es mayor, el arranque tarda más y la duración de los LRA se prolonga. Las normas eléctricas europeas (IEC 60364) recomiendan al menos tres minutos entre la parada del compresor y el rearranque para permitir la igualación de presión.

¿Por qué la elevada corriente de arranque causa problemas en los hogares europeos?

Un pico de LRA de 20 amperios en un circuito de 16A produce una caída de tensión del 5 al 15 por ciento que dura de 0,5 a 2 segundos, suficiente para atenuar las luces, reiniciar relojes digitales y desestabilizar la electrónica cercana. En circuitos compartidos o con tramos de cableado de alta impedancia, los arranques repetidos pueden provocar disparos por sobrecarga con retardo temporal aunque la corriente de funcionamiento se mantenga muy dentro del valor nominal del circuito.

La magnitud de la caída de tensión depende de la impedancia de la fuente del suministro: en edificios europeos más antiguos con tramos de cable largos y secciones de cable más pequeñas, el mismo LRA produce una caída de tensión mayor que en una instalación moderna con cableado corto y bien dimensionado. Las propiedades rurales conectadas mediante largas líneas aéreas de distribución pueden experimentar caídas de tensión del 10 al 20 por ciento al arrancar el compresor, suficiente para activar la protección de subtensión en equipos electrónicos sensibles.

Para los propietarios que operan aires acondicionados portátiles desde tomas de jardín compartidas, carretes de extensión o circuitos exteriores dimensionados para una corriente continua menor que el anillo principal, los LRA son un auténtico riesgo de disparo. Las unidades portátiles se conectan con frecuencia mediante largos cables de extensión de 13A o 16A que añaden una resistencia en serie apreciable, haciendo que la impedancia efectiva del circuito sea sustancialmente mayor que la del cableado fijo por sí solo.

Curvas de disparo de los MCB: por qué el Tipo B falla y el Tipo C es el mínimo

Un interruptor automático miniatura (MCB) de Tipo B se dispara instantáneamente a 3 a 5 veces su corriente nominal. Para un interruptor de Tipo B de 10A, cualquier corriente superior a 30 a 50 amperios lo dispara inmediatamente. Un evento de LRA de 20A queda por debajo de ese umbral, por lo que un Tipo B de 10A normalmente sobrevivirá al arranque, pero por poco, y el margen desaparece a medida que la unidad envejece y los LRA aumentan con los rodamientos desgastados. Un MCB de Tipo C (nominado para disparo instantáneo a 5 a 10 veces la corriente nominal) es la especificación correcta para cualquier circuito que alimente una carga de compresor de velocidad fija, proporcionando una tolerancia de corriente de arranque adecuada sin sobreproteger el cableado. El Tipo D (10 a 20 veces) está reservado para aplicaciones de motores industriales y proporciona muy poca protección para el propio cable.

¿Cómo eliminan los compresores inverter el pico de corriente de arranque?

Los compresores inverter usan electrónica de accionamiento de frecuencia variable para arrancar el motor a velocidad casi nula, aumentándola gradualmente durante dos a cinco segundos. Como el rotor siempre está girando antes de que se aplique la tensión de suministro completa, no se produce ninguna condición de rotor bloqueado. La corriente de arranque se mantiene dentro de 1,5 a 2 veces la carga de funcionamiento —frente a 4 a 7 veces en los diseños de velocidad fija—, eliminando el pico por completo.

La electrónica de accionamiento logra esto mediante modulación por ancho de pulso (PWM, una técnica que conmuta rápidamente la tensión CC para simular una frecuencia CA variable, controlando la velocidad del motor sin reguladores mecánicos). En el arranque, la salida PWM está a baja frecuencia y tensión; a medida que el compresor acelera, la frecuencia y la tensión aumentan juntas siguiendo una curva de voltios por hercio preprogramada, manteniendo el motor dentro de su rango de flujo diseñado durante toda la aceleración.

El resultado práctico es que un aire acondicionado portátil inverter puede arrancar desde un MCB nominado a la corriente de funcionamiento de la unidad, en lugar de requerir el sobredimensionamiento de 1,5 a 2x que exigen los compresores de velocidad fija. En un circuito ya cargado cerca de su valor nominal, esta diferencia determina si la unidad puede arrancar siquiera.

Las cifras de generador de la tabla suponen un generador inverter estándar con una distorsión armónica total inferior al 3 por ciento, que es segura para la electrónica y los accionamientos de aires acondicionados inverter. Los generadores AVR convencionales con mayor THD (distorsión armónica total, una medida de la impureza de la forma de onda que somete a esfuerzo a las fuentes de alimentación conmutadas) pueden necesitar una capacidad nominal ligeramente mayor para manejar las cargas de accionamiento electrónico de los aires acondicionados inverter.

¿Cómo se dimensionan correctamente la protección del circuito y los generadores para aires acondicionados portátiles?

Para un aire acondicionado portátil de velocidad fija de 9.000 BTU con LRA de 20 amperios, un interruptor automático miniatura de Tipo C nominado a 10 amperios proporciona una tolerancia de corriente de arranque adecuada: el pico de LRA es 2 veces el valor nominal del MCB, bien dentro del umbral de disparo instantáneo del Tipo C de 5 a 10 veces. Un generador debería dimensionarse a 2,5 a 3,5 veces la potencia de funcionamiento de la unidad; para una unidad de 880 W, eso significa un generador de 2,2 a 3,1 kVA como mínimo.

Para un aire acondicionado portátil inverter, el cálculo se simplifica drásticamente. Sin evento de LRA, el generador solo necesita manejar el consumo continuo máximo, típicamente de 750 a 950 W para una unidad inverter de 9.000 BTU. Un generador inverter de 1,5 kVA es suficiente y hará funcionar la unidad incluso en operación a carga parcial donde el inverter consume solo 400 a 600 W. Los hogares con sistemas de solar más batería también se benefician: la rampa de corriente suave del accionamiento inverter permite que un inversor de batería arranque el aire acondicionado sin el disparo de potencia máxima que las unidades de velocidad fija activan comúnmente.

1. Compruebe la cifra de LRA en la placa de características o en la ficha técnica de la unidad antes de seleccionar el valor nominal del MCB.
2. Use MCB de Tipo C (no de Tipo B) para circuitos que alimenten cualquier compresor de aire acondicionado.
3. Para unidades de velocidad fija en circuitos por debajo de 16A, verifique que la sección del cable pueda soportar el aumento de temperatura por LRA durante dos segundos sin superar su valor nominal de aislamiento.
4. Al dimensionar un generador de respaldo, use 3× los vatios de funcionamiento para unidades de velocidad fija y 1,5× para unidades inverter.
5. Deje como mínimo tres minutos entre la parada del compresor y el rearranque para igualar la presión de refrigerante y reducir la carga de arranque.

En los hilos de la comunidad r/hvac, los electricistas y técnicos de HVAC informan sistemáticamente de que los disparos molestos de MCB en circuitos de aires acondicionados portátiles casi siempre están causados por un LRA elevado en unidades de velocidad fija combinado con un cableado de circuito apenas adecuado, situaciones que nunca surgen con unidades inverter en circuitos correctamente dimensionados.

El caso límite: reacondicionamiento con arrancador suave para unidades de velocidad fija existentes

Los módulos electrónicos de arrancador suave —dispositivos enchufables que insertan un breve periodo de reducción de tensión en el arranque usando un circuito de tiristores— pueden reacondicionarse en aires acondicionados portátiles de velocidad fija para reducir los LRA en un 40 a 60 por ciento. Los dispositivos diseñados para cargas de compresor monofásico cuestan de 50 € a 150 € y están disponibles en mayoristas eléctricos de toda Europa. Son particularmente útiles en dos escenarios: operar un portátil de velocidad fija desde un generador donde el LRA completo pararía el alternador, o en edificios de apartamentos antiguos donde un propietario no permite un circuito dedicado pero la toma compartida existente experimenta disparos molestos en el arranque. La limitación es que los arrancadores suaves añaden una pequeña impedancia en serie que aumenta ligeramente la temperatura de la corriente de funcionamiento y añaden un componente más que puede fallar; en una unidad inverter moderna, la necesidad de un dispositivo de reacondicionamiento desaparece por completo.

Las unidades split móviles con compresores inverter —la clase Midea PortaSplit— combinan la ventaja de la corriente de arranque con una pérdida de infiltración nula y una disipación de calor exterior dedicada, abordando tres penalizaciones de eficiencia separadas simultáneamente. Durante las olas de calor europeas, estas unidades están entre los primeros productos de refrigeración portátil en agotarse.