1.Aire Acondicionado
Sirve para disminuir la temperatura De habitáculo cuando esta se sitúa por encima de los valores de confort. Además, por su propio funcionamiento, influye sobre la humedad relativa Contribuyendo a disminuir su valor.
La temperatura de confort oscila Entre los 20º y 24º y la humedad relativa del ambiente oscila entre 40 y 70%.
Consecuencias de una temperatura Excesiva sobre el cuerpo humano
Repercuten de forma muy negativa Sobre la capacidad de concentración del conductor y especialmente sobre su Capacidad de reacción ante circunstancias inesperadas.
La radiación solar intensa eleva la temperatura dentro del vehículo Entre 10 y 15º.
Con estas temperaturas, la frecuencia cardiaca se intensifica.
2.Principios termodinámicos
Calor
Es una forma de energía que se Manifiesta por un aumento del estado de agitación de las moléculas que componen La materia y que tiene como consecuencia el aumento de su temperatura.
El calor se propaga solamente desde un cuerpo más caliente a otro menos Caliente.
Una caloría es la energía calorífica Queha de aportarse a una masa de 1 Gramo de agua para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5ºC.
Temperatura
Propiedad que determina el nivel térmico de un cuerpo.
·Escala centígrada o Celsius. El cero coincide Con la temperatura de solidificación del agua, adquiriendo el valor 100cuando se produce la vaporización de esta, Todo ello a presión atmosférica. La temperatura más baja es -273ºC.
·Escala Kelvin. El cero se sitúa en la Temperatura más baja posible, o cero absolutos, será necesario sumar 273 a la Celsius.
·Escala Fahrenheit. La utilizada en países de Cultura anglosajona. Sesuma el valor 32 Como punto de fusión del hielo y 212 como punto de ebullición.
Todo fluido contenido en un recipienteejerce fuerzas contra las paredes de dicho recipiente En todas las direcciones.
La presión es la relación que existe Entre la fuerza ejercida sobre una superficie y el área de dicha superficie Sobre la aquí actúa. Se denomina presión, por tanto a la fuerza ejercida en Cada unidad de superficie.
Presión= fuerza / superficie
El sistema internacional es el Pascal.
Presión Atmosférica
La presión atmosférica en un punto Viene dada por el peso de una columna de aire, cuya altura es la de la Atmósfera y cuya sección es de 1 cm2.
1atm=1,033kg/cm2=1,033bar.
2.2Cambios De estado
Los estados en los que la materia se manifiesta son tres: solido, líquido Y gaseoso.
Los cambios de estado pueden ser Progresivos, cuando la materia adquiere energía del exterior, generalmente Calorífica, o regresivos provocados por la pérdida de calor.
En estado sólido las moléculas que Componen la materia se encuentran unidas, con poca movilidad y un nivel Energético bajo.
En estado líquido las moléculas Ti3enen mayor movimiento, debido a su estado de agitación, ocasionado principalmente Por su energía.
Estado gaseoso, Las moléculas adquieren más movimiento, no conservando la materia, ni su forma Ni su volumen su nivel energético es máximo.
Relación entre los cambios de estado y la Presión
La presión también Ejerce su influencia sobre el nivel energético de los cuerpos, determinando las Temperaturas de cambio de estado: vaporización y solidificación.
Si un fluido en Estado líquido ve reducida su presión, al disminuir la temperaturade vaporización, pasara al estado gaseoso, sí Que su temperatura hayavariado. De Igual modo, un fluido en estado gaseoso pasara al estado líquido, variando su Presión sin que la temperatura cambie.
Influencia ante los cambios de Estadode la temperatura, el volumen y La presión
El compresor, por reducción de Volumen incrementa la presión del fluido y, por tanto, su temperatura, pasando Del estado líquido al estado gaseoso producíéndose la evaporización. También se Produce incremento de volumen, en el llamado expansor, en el cual, al disminuir La presión, también desciende la temperatura, producíéndose la condensación.
3.Funcionamiento del aire acondicionado
3.1Funcionamiento conceptual
El Calor se propaga de una sustancia caliente aotra más fría.
El circuito de refrigeración permite Simultanear la cesión de calor a la atmósfera con la introducción de aire frio En el habitáculo. Para ello, somete al fluido que circula por su interior a Incrementos y disminuciones de presión perfectamente definidos, que permiten Alcanzar las temperaturas necesarias para que se efectúen las citadas cesiones Y aportaciones de calor.
3.2Funcionamiento básico
El Fluido refrigerante circula por el circuito, viendo alterados sus valores de Presión, temperatura y volumen, además de fluctuar del estado líquido al gaseoso y viceversa.
Cabe Distinguir dos zonas perfectamente diferenciadas: la zona de baja presión y la Zona de alta presión.
El Compresor aspira y comprime el fluido refrigerante en estado gaseoso, aumenta Su presión desde 1,2-2,5 bares hasta 14-25 bares, su temperatura desde los 0ºC Hasta los 85ºC.
En El compresor comienza en la zona de alta presión.
Desde El compresor, el fluido a alta presión y elevada temperatura pasa a un intercambiador De calor, llamado condensador, donde cede calor al exterior, bajando su Temperatura desde los 80ºC hasta los 50ºC. Esta disminución de temperatura Provoca un cambio de estado, pasando el fluido al estado líquido. La presión no Varía.
De Aquí sigue su recorrido hacia el llamado filtro deshidratador, que filtra, Deshidrata y almacena las posibles partículas de agua que pudiera haber, además Evita la formación de burbujas.
El Siguiente punto del circuito es el llamado expansor, formado por un Estrangulamiento, a cuya salida se produce un incremento de volumen, y a Consecuencia de ello una caída de presión, pasando de los 14 a los 2,5 bares. El expansor puede estar formado por la denominada válvula de expansión o bien Por la llamada válvula de espiga.
La Disminución de presión hace que disminuya el punto de ebullición del fluido Pasando este, en parte, al estado gaseoso, a pesar de que la temperatura Descienda desde los 45º a los-10ºC, puesto que la evaporación no es completa, El fluido se encuentra enestado Difásico, parte líquido y parte gaseoso.
El Fluido empleado posee un punto de ebullición e torno a los -26,5ºC a presión Atmosférica.
Desde El expansor, el fluido pasa al llamado evaporador, en el quese produce la total vaporización del fluido, Ya que absorbecalor del exterior, Enfriando de este modo al aire que atraviese el mismo. Esta corriente de aire a Baja temperatura se utiliza para enfriar el habitáculo.
Seguidamente Se repite el ciclo pasando el fluido vaporizado al compresor y de ahí a Condensador que expulsara el calor hacia fuera, cedíéndolo a la atmósfera.
4.Componentes de un circuito de aire Acondicionado
4.1Fluido refrigerante
Posee Las siguientes carácterísticas:
·Bajo punto de ebullición, de modo que se evapore A bajas temperaturas, y que además dicha evaporización se produzca a gran Velocidad, y la absorción de calor sea muy rápida.
·Temperatura de congelación muy baja, de modo que No planteeproblemas de solidificación En los tramos del circuito en los que esta es más reducida.
·Composición química estable.
·No corrosivo.
·Detectable en caso de fugas.
·No tener afinidad con los componentes Atmosféricos.
Se emplea un Compuesto llamado R-134a, y en la actualidad se usa HFO 1234YF.
Tipos de aceite
El aceite Mejora la estanqueidad del compresor,mejora su refrigeración y arrastra hasta el filtro las posibles Impurezas. Para ello, debe poseer propiedades antiespumantes, resistencia a la Congelación, además de no presentar problemas de miscibilidad con el fluido Refrigerante.
En los Circuitos de R-12 se utilizan aceites minerales, mientras que en los de R-134 Se utilizan sintéticos.
Existen dos Tipos PAG y POE.
4.3Compresor
Es El único elemento dinámico dentro del circuito hidráulico.
Sumisión Es aspirar el fluido e norma de vapor, a baja presión y temperatura, Comprimíéndolo e impulsándolo por circuito a alta presión y temperatura Elevada.
Su Accionamiento se efectúa mediante la correa de accesorios del motor, Incorporando un embrague electromagnético, que es activado cando se pone en Funcionamiento el circuito, haciéndolo solidaria la polea al compresor.
Todos Los compresores empleados, en cualquiera de sus variantes, son de tipo Volumétrico.
·Compresores rotativos:
oPaletas.
oEspiral.
·Compresores alternativos:
oCon émbolos axiales.
oCon émbolos lineales y accionamiento Biela-manivela.
Compresores de émbolos axiales y cilindrada Fija
Formando por Una carcasa de aluminio que sirve de soporte a los restantes elementos.
En la parte Central están situados los cilindros, de forma equidistante y paralela, dentro De los cuales se mueven los émbolos.
En su parte Delantera se disponenlas culatas, en las Que se encuentran ubicadas las válvulas de aspiración e impulsión de tipo Membrana.
El Movimiento alternativo de los émbolos lo proporciona un disco oscilante Inclinado, conectado mediante bielas y rotulas a los primeros.
El Disco,en su movimiento roto-axial, Provocara el empuje y tracción de las rotulas, las cuales, mediante las bielas, Producirán en los émbolos un movimiento lineal alternativo.
Las rotulas Se disponen en el llamado anillo de rotulas, el cual es accionado por el plato Oscilante, pero que a diferencia de este, no gira, sino que tan solo se Desplaza axialmente. De no ser así, las bielas se verían arrastradas por el Giro del disco oscilante, imposibilitando el funcionamiento del compresor.
Compresor de cilindrada fija, con émbolos De doble efecto
Es una Variante sobre el sistema anterior, en la que los émbolos impulsados a través De las articulaciones, se desplazan en un cilindro con dos cámaras de Compresión opuestas.
Compresor de cilindrada variable
Ventajas que Ofrece en canto a regulación y consumo energético, al poder ajustarse el causal De refrigerante a las necesidades de funcionamiento, no solo se mejoran sus Posibilidades de regulación sino que las pérdidas de potencia generadas por el Arrastre se ajustan a las citadas necesidades de funcionamiento.
En caso de Baja demanda de refrigeración, el caudal de fluido se reduce, siendo por tanto Menores las pérdidas por arrastre. Cuando las necesidades de refrigeración son Máximas, el caudal de refrigerante aumenta.
Compresores con autorregulación interna
El sistema De regulación de caudal se efectúa de modo automático, en función de la Diferencia de presión entre las zonas de alta y baja. Dicha diferencia es Indicativa de las necesidades de caudal por parte del circuito, además de Permitir gobernar la válvula que determina el equilibrio de fuerzas a ambos Lados del plato.
Su biela, Que tiendea aumentar el ángulo de Inclinación del plato. Por otro lado, bajo los émbolos, se forma una cámara Llena de fluido a presión, cuya fuerza resultante se opone a la inclinación del Plato, además de contrarrestarla fuerza F1, al actuar en sentido contrario sobre la cabeza del embolo.
Caudal mínimo
Cuando el caudal es reducido la válvula reguladora esa cerrada por acción Del muelle. Lapresión debaja no es suficiente para desplazarla, Debido al bajo caudal generado. Por tanto la presión en la cámara es elevada, Lo que decanta el equilibrio de fuerzas en el plato hacia la posición de mínima Inclinación.
Caudal Máximo
La presión de baja se incrementa debido a la falta de caudal, por lo Que su incidencia sobre la válvula reguladora hace que esta se abra. Con ello Se establece comunicación entre la zona de baja y la cámara permitiendo que la Presión del fluido en esta última se degrade. El equilibrio de fuerzas en el Plato se decanta hacia la posición de máxima inclinación aumentándose el Recorrido de los émbolos.
Sistemas con regulación electrónica
La válvula Reguladora es controlada electrónicamente por la Ucé, disponiéndose además de Modo exterior. Se trata por tanto de una electroválvula. Con ello se propicia Una entrada en funcionamiento del compresor más progresiva, no percibíéndose el Carácterístico tirón en la conexión.
La señal que Emiten es una corriente modulada PWM, pulso de frecuencia modular.
Compresores rotativos de paletas
Las Variaciones de volumen se producen por la disposición excéntrica del rotor, lo Cual provoca, al girar, el desplazamiento de las paletas por sus acanaladuras, De tal forma que las cámaras que se generan entre las mismas ven alterado su Volumen. Ello permite generar la aspiración-impulso del fluido, estando la Entrada y salida controladas mediante las correspondientes válvulas.
Este tipo de Compresores, se puede controlar el caudal mediante una válvula reguladora.
La válvula Se mantiene abierta debido a la llegada de presión desde la zona de alta Mediante el conducto. Ello hace que el embolo se mantenga en su posición Inferior, manteniendo cerrados los citados orificios de comunicación.
Compresores rotativos tipo espiral
Los Compresores en espiral, también denominados scroll, basan su funcionamiento en Una espiral que orbita respecto de otra similar que permanece estática.
Sistema de accionamiento del compresor
El Accionamiento del compresor se efectúa mediante la correa de accesorios, Accionada a su vez por la polea del cigüeñal.
Accionamiento Mediante embrague electromagnético
Es el sistema más empleado, está Formado por:
oUn plato de arrastre solidario.
oUna polea accionada por la correa de accesorios.
oUna bobina alojada en el interior de la polea
·
Accionamiento
Directo, adoptándose la posición de gasto nulo cuando el equipo de aire
Esta desconectado. Para ello la válvula que controla la inclinación del plato
Oscilante pasa a estar pilotada electromagnéticamente, siendo controlada
Mediante la centralita de gestión.
Como medida de seguridad se dispone un acoplamiento Elástico, a base de goma, entro la polea y el árbol de mando del compresor. En Caso de bloqueo del compresor, dicho acoplamiento se deforma, haciendo que Estos elementos dejen de ser solidarios.
4.4Condensador
Es un intercambiador de calor formado Por un serpentín tubular rodeado de aletas disipadoras, con las que se una Mayor superficie de intercambio con la atmósfera su función es la de evacuar el Calor del fluido frigorífico que se encuentra en estado gaseoso y a alta Presión, para que pase a esta líquido.
4.5Electro ventilador
Es El encargado de crear la corriente de aire necesaria para la cesión de calor a La atmósfera en el condensador.
La Velocidad de giro depende directamente de dicho factor dwell. Se dispone para Ello de una centralita específica para e electroventilador.
4.6Evaporador
El Evaporador es el intercambiador de calor instalado en el lado de baja presión, Mediante el cual se enfría el aire que se va a introducir en el habitáculo, Para así proceder a su refrigeración.
El Agua procedente de la condensación ha de ser recogida y evacuada, por lo que se Dispone un conducto de drenaje, mediante el cual se expulsa al exterior.
4.7Dispositivo expansor
Provoca Un brusco aumento de volumen en la zona de alta presión para así producir una Disminución de presión que favorezca la vaporización del fluido refrigerante.
Se Dispone un estrechamiento puntual en la conducción, de tal manera que a la Salida de dicho estrechamiento se produce la expansión.
Se Ubica a la entrada de evaporador.
La Disminución del valor de presión llega hasta los 1,2 bares.
Válvula de expansión
Permite Regular el caudal y la presión del fluidoque deja pasar hacia el evaporador, tomando siempre como referencia los Valores de estas magnitudes a la salida del evaporador.
Válvula de orificio o de espiga
No Permite la regulación de caudal, por lo que ha de ir asociada a un compresor de Cilindrada variable, con el que efectuar dicha regulación. Está formada por un Orificio calibrado, el cual permite el pasode un determinado porcentaje de refrigerante.
En Este sistema el filtro deshidratador se ubica en la zona de baja presión, Recibiendo el nombre de depósito colector.
4.8Filtro deshidratador
Cumple Las siguientes funciones en la instalación:
·Actúa como depósito de reserva
·Amortigua las oscilaciones de presión provocadas Por el compresor.
·Filtra el líquido en circulación.
·Absorbe la humedad contenida en la instalación, La cual puede producir hielo en la válvula de expansión llegando incluso a Bloquearla.
4.9Conducciones externas
Las Canalizaciones se utilizan para la uníón de los diversos componentes del Circuito lo cual permite el paso de fluidos entre los mismos.
Los Tramos rígidos se denominan tuberías, están construidas en aluminio.
Los Tramos elásticos se utilizan tuberías de caucho con trenzado de algodón, para así Absorber las vibraciones.
En Los tramos rígidos se intercalan las llamadas válvulas de servicio.
Se Dispone una válvula en cada zona, pudiéndose hablar por tanto de válvulade alta y válvula de baja.
4.10Presostastos
Controla la presión en el circuito de Forma que cuando esta no alcanza o sobrepasa los valores establecidos Desconecta el compresor.
Se puede disponer de un presostato de Dos funciones, denominado binary, que desconectara el compresor cuando en la Zona de alta presión se sobrepasen los 28 bares o, por el contrario no se Superen los 2,5 bares.
También se utilizan los de tres Funciones trinary, añadiendo al conjunto una nueva función.
Cuando la presión supera los 15 Bares, se activa el relé que gobierna la entrada en funcionamiento del electroventilador Del condensador para así aumentar la condensación, reduciendo de este modo la Presión.
Los que cuenta con dos velocidades en El electroventilador del condensador, o bien disponen de dos unidades, se Instalan los denominados cuadrinary.
4.11Termostatos
Son los encargados de regular la Temperatura de funcionamiento de la instalación, cumpliendo una doble función:
·Proteger la instalación, evitando la formación De escarcha en el evaporador.
·Regular la temperatura en el interior del Habitáculo.
Termostatos de habitáculo
·
Termostatos
De control mecánico, el sistema cuenta con una sonda de contacto con el
Evaporador, conectada con una tubería a una cámara flexible, que se contraerá
Cuando la temperatura del fluido existente en dichos elementos se situé por
Debajo de un determinado valor.
·
Termostato
Electrónico, la medición de la temperatura la realiza una resistencia
Variable NTC, situada en la salida del aire del evaporador. Esta NTC, cierra el
Circuito de base de un transistor, que comanda la puesta en marcha del relé del
Compresor, de este modo, cuando la temperatura sea muy baja y exista riesgo de
Congelación, el sistema desconectara el compresor.
·
Termostato
De protección, la medición de la temperatura la realiza un sensor formado
Por una resistencia NTC,situada en la
Salida del aire del evaporador.
4.12Regulación Del sistema
El Compresor impulsa el fluido en forma de vapor hacia el condensador, a alta Presión, donde se produce su enfriamiento por la corriente de aire que Atraviesa este.
El Fluido, ya en estado líquido, sale del condensador a alta presión, y llega al Filtro deshidratador, donde es filtrado y desprovisto de humedad, para salir Hacia la válvula de expansión.
Si La presión en la zona de alta supera o no alcanza los valores de tarado del Presostato de tres vías, este desconectara el compresor.
Si Se disponen dos electroventiladores, o uno solo con dos velocidades, el Presostato empleado es de cuatro vías.