- Tubo
orificio - Válvula de
expansión térmica
4. Bibliografía
En este trabajo se dará una breve
explicación del aire
acondicionado automotor, comenzando por la evolución del mismo, desde que el hombre se
dio cuenta de el interior de su nueva máquina, el
automóvil, era muy caliente e incómodo, y
decidió que debía hacer algo al respecto, hasta la
época actual, donde los equipos de aire
acondicionado son una opción básica de
cualquier automóvil. Luego se dará una
definición de las partes básicas de los diferentes
sistemas de
aire
acondicionado, y por último, se hablará del fluido
de trabajo del sistema, el
refrigerante.
1. La
historia del aire
acondicionado automotor
Los primeros autos no eran
precisamente cómodos; sus neumáticos delgados e
interiores alfombrados proporcionaban un paseo muy
incómodo. En el invierno los pasajeros se abrigaban, y en
verano el aire acondicionado era el resultado de la brisa que
soplaba al viajar a 15 mph. Nada es más caliente que el
interior de un auto, por lo que cuando los fabricantes de
autos
comenzaron a cerrar las cabinas, era obvio que se debía
hacer algo con dicho calor; al
principio se colocaron aberturas en el piso, pero esto trajo
más polvo y sucio que aire
acondicionado.
En 1884 William Whiteley tuvo la gran
idea de colocar cubos de hielo en un contenedor debajo de la
cabina de los carruajes y soplar aire adentro por medio de un
ventilador conectado al eje. Una cubeta cerca de las aberturas
del piso fue el equivalente en el automóvil; luego vino un
sistema de
enfriamiento por evaporación llamado Wheater Eye
(Ojo climático), en el que se producía un efecto de
disminución de la temperatura en
el aire haciéndolo pasar sobre agua. Dicho
sistema todavía se encuentra disponible en las VAN y los
RV. Este sistema fue inventado por una compañía
llamada Nash.
El primer auto con un sistema de refrigeración como los actuales fue el
Packard 1939, en el que una espiral enfriadora, que
no era más que un evaporador muy largo que envolvía
toda la cabina, y cuyo sistema de control era el
interruptor de un ventilador.
Luego vino Cadillac, que produjo
300 autos con aire acondicionado en 1941. Estos primeros sistemas de aire
acondicionado tenían una gran desventaja, no
existía un embrague en el compresor, por lo que
éste siempre estaba encendido mientras en auto estaba en
funcionamiento, y para apagar el sistema, se tenía que
parar el auto, salir de éste, abrir el capó y
quitar la correa del compresor. No fue sino hasta después
de la Segunda Guerra
Mundial que Cadillac promocionó una nueva
característica: controles para el aire
acondicionado. Estos controles estaban localizados en el asiento
trasero, por lo que el conductor debía estirarse hacia el
asiento trasero para apagar el sistema, pero aún
así era mejor que apagar el carro y desconectar la correa
del compresor.
Los sistemas de aire acondicionado fueron
por muchos años una opción no muy común. No
fue sino hasta 1966 que el Motor Seviche Manual
publicó que se habían vendido 3 560 000
unidades de aire acondicionado para automóviles que las
ventas de
autos con la opción de aire acondicionado se dispararon.
Para 1987 el número de unidades de aire acondicionado
vendidas fue de 19 571 000. En la actualidad se estima
que el 80% de los carros y camiones pequeños en uso poseen
unidades de aire acondicionado.
El aumento de unidades de aire
acondicionado instaladas el los autos en los 70s y los 80s se
debió a que a finales de los 70s, en los Estados Unidos
las personas comenzaron a mudarse hacía estados más
calurosos. Luego las personas que compraban autos deseaban que
éstos estuviesen equipados con todas las opciones
disponibles. Los vendedores hacían más dinero con
estas opciones extras, por lo que comenzaron a incluir equipos de
aire acondicionado como una característica básica y no como una
opción, a pesar de ser una de las características
más caras. Con el tiempo las
unidades de aire acondicionado fueron mejorando, por lo que los
conductores no tuvieron que preocuparse por el calor que
pasaban debido a que sus unidades de aire acondicionado no
funcionaban bien.
Hoy día, las unidades de aire
acondicionado son muy eficientes, con sistemas modernos como el
ATC (Control
automático de temperatura,
por sus siglas en inglés), que es más confiable que
los viejos termostatos. Las computadoras a
bordo también se aseguran que tanto el conductor como los
pasajeros se sientan cómodos.
Las unidades de aire acondicionado
automotoras están evolucionando continuamente, ahora hay
más diseños de compresores y
nuevos componentes electrónicos que mejoran la eficiencias
de estos equipos; y no solo los componentes están
evolucionando, por parte de los refrigerantes, los CFC
(clorofluorocarbonos, también conocidos como R–12 o
freón) están siendo reemplazados por otros gases
refrigerantes como el R–134, que no contiene cloro, debido
a que son contaminantes, especialmente dañinos para la
capa de
ozono.
2.
Partes de un sistema de aire acondicionado
automotor
La mayoría de los vehículos
existentes poseen tres diferentes tipos de sistemas de aire
acondicionado, pero la concepción y el diseño
de estos tipos muy similares. Los componentes más comunes
de estos sistemas son:
Comúnmente denominado el corazón
del sistema, como su nombre lo indica, comprime el gas refrigerante
tomando para ello potencia del
motor mediante
una transmisión de corre. Los sistemas de aire
acondicionado están divididos en dos lados, el lado de
alta presión y el lado de baja presión;
también denominados descarga y succión
respectivamente. La entrada del compresor toma el gas refrigerante
de la salida del evaporador, y en algunos casos lo hace del
acumulador, para comprimirlo y enviarlo al condensador, donde
ocurre la transferencia del calor absorbido de dentro del
vehículo.
Aquí es donde ocurre la
disipación del calor. El condensador tiene gran parecido
con el radiador debido a que ambos cumplen la misma
función. El condensador está diseñado para
disipar calor, y normalmente está localizado frente al
radiador, pero a veces, debido al diseño
aerodinámico de la carrocería del vehículo,
se coloca en otro lugar. El condensador debe tener un buen flujo
de aire siempre que el sistema esté en funcionamiento.
Dentro del condensador, el gas refrigerante proveniente del
compresor, que se encuentra caliente, es enfriado; durante el
enfriamiento, el gas se condensa para convertirse en
líquido a alta presión.
El evaporador está localizado
dentro del vehículo, y sirve para absorber tanto el calor
como el exceso de humedad dentro del mismo. En el evaporador el
aire caliente pasa a través de las aletas de aluminio
unidas a los tubos; y el exceso de humedad se condensa en las
mismas, y el sucio y polvo que lleva el aire se adhiere a su vez
a la superficie mojada de las aletas, luego el agua es
drenada hacia el exterior.
La temperatura ideal del evaporador es 0
ºC (32 ºF). El refrigerante entra por el fondo del
evaporador como liquido a baja presión. El aire caliente
que pasa a través de las aletas del evaporador hacen que
el refrigerante dentro de los tubos se evapore (el refrigerante
tiene un punto de ebullición muy bajo). En el proceso de
evaporización el refrigerante absorbe grandes cantidades
de calor, el cual es llevado por el refrigerante fuera del
interior del vehículo. Existen otros componentes de los
sistemas de aire acondicionado que trabajan en conjunto con el
evaporador, puesto que deben existir controles para mantener la
presión baja, y la temperatura, puesto que si ésta
disminuye por debajo del valor
mencionado anteriormente, el agua
producto de la
condensación del exceso de humedad no solo se
condensará, sino que se congelará alrededor de los
tubos del evaporador, y esto disminuye la eficiencia de la
transferencia de calor en el mismo.
2.4.
Dispositivos reguladores de presión
La temperatura del evaporador puede ser
controlada mediante la regulación del flujo y la
presión del refrigerante dentro del mismo. Existen muchos
dispositivos creados para tal fin, a continuación se
presentarán los que se encuentran más
comúnmente:
Tubo orificio: Es probablemente el
dispositivo más usado para regular la presión, y es
el que más se utiliza en los vehículos de la Ford y
la GM. Está localizado en el interior del tubo de entrada
del evaporador, o en la línea de líquido, en
algún lugar entre el condensador y la entrada del
evaporador. Para conocer la ubicación exacta de este
dispositivo, basta con tocar la línea de líquido y
ubicar el punto donde la temperatura pasa de caliente a
frío.
Válvula de expansión
térmica: Otro regulador de presión muy
común es la válvula de expansión
térmica, o TXV. Éste tipo de válvula mide
tanto la temperatura como la presión, y es muy eficiente
regulando el flujo de refrigerante que entra al evaporador.
Existen diversos tipos de TXV; pero, a pesar de ser muy
eficientes, tienen ciertas desventajas con respecto al sistema de
tubo orificio, pues al igual que el tubo orificio se pueden
obstruir con las impurezas del refrigerante, pero además
poseen pequeñas partes móviles que se pueden
atascar y tener un mal funcionamiento debido a la corrosión.
El depósito – secador se
utiliza en el lado de alta presión de los sistemas que
utilizan una válvula de expansión térmica.
Éste tipo de válvula requiere de líquido
refrigerante, y para tener la seguridad de que
sólo eso entrará a dicha válvula, se utiliza
el depósito – secador, el cual separa el gas y el
líquido, además de eliminar la humedad y filtrar
las impurezas. Normalmente el depósito – secador
tiene un vidrio de nivel,
en la parte superior, el cual se utiliza para recargar el
sistema; en condiciones normales, las burbujas de vapor no deben
ser visibles por el vidrio de
nivel.
Los acumuladores normalmente son
utilizados en sistemas que utilizan tubo orificio, y están
conectados a la salida del evaporador, en donde almacena el
exceso de líquido que no se evaporo, debido a que si este
líquido pasa al compresor éste se puede
dañar; aunque ésta es su función principal,
el acumulador también sirve para eliminar la humedad y las
impurezas.
Anteriormente los sistemas de aire
acondicionado automotores utilizaban como fluido de trabajo un
refrigerante denominado clorofluorocarbono-12 (CFC–12 o
como es conocido comercialmente, Freón); pero
estudios han determinado que el CFC–12 daña la
capa de ozono,
por lo que se dejo de fabricar en 1995, aunque todavía
existen grandes inventarios de
dicho refrigerante que están siendo usados hasta que se
agote la existencia, aparte que el reciclaje del
mismo asegura que seguirá estando disponible por un
tiempo.
Para sustituir al CFC–12 se utiliza
el R–134, el cual es el único refrigerante
alternativo que ha sido probado y recomendado por los fabricantes
de automóviles, que además aceptado por la EPA
(Agencia estadounidense para la protección ambiental, por
sus siglas en inglés); por lo que es utilizado en todos
los automóviles fabricados a partir de
1995.
Existen otros refrigerantes alternativos
en el mercado, como el
GHG–X4, una mezcla de los siguientes refrigerantes:
R–22, R–142b, R–124 y una pequeña
cantidad (alrededor de 4%) de R–600 (Isobutano). Este s el
refrigerante utilizado como sustituto para convertir los equipos
ya instalados de aire acondicionado en los autos antiguos, con el
fin de reemplazar el R–12. El isobutano presente en el
GHG–X4 ayuda a que el aceite lubricante arrastrado con el
refrigerante regrese al compresor, por lo que no es necesario
cambios de aceite; y el isobutano se encuentra en tan
pequeña proporción que el refrigerante no se
convierte en inflamable, por lo que no existe peligro de
explosión.
Para la realización de este
trabajo se utilizó información de los siguientes direcciones
electrónicas:
Información acerca de los
autores
Este trabajo fue realizado por Diego
Medina, Rafael Suárez, Raúl Silva y Jorge Matos,
los cuales son estudiantes del último semestre de Ingeniería Mecánica en el Núcleo Costa Oriental
del Lago de La Universidad del
Zulia, ubicada en el Cabimas, Estado Zulia,
en Venezuela.
Este trabajo está ubicado dentro
del área de tecnología, y el
título sugerido es "El aire acondicionado
automotor"
Cabimas, mayo de 2000
Autor:
Diego Medina