Ventilación, Calefacción y Aire Acondicionado en Vehículos: Apuntes

VENTILACIÓN, CALEFACCIÓN, AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACIÓN EN LOS VEHÍCULOS

CARACTERÍSTICAS, CONSTITUCIÓN, FUNCIONAMIENTO, DISFUNCIONES, PROCEDIMIENTOS DE CORRECCIÓN

TEMA 37 VENTILACIÓN, CALEFACCIÓN, AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACIÓN EN LOS VEHÍCULOS: CARACTERÍSTICAS, CONSTITUCIÓN, FUNCIONAMIENTO, DISFUNCIONES, PROCEDIMIENTOS DE CORRECCIÓN DE LAS MISMAS

ÍNDICE

1. Marco legislativo
2. Introducción
3. Sistema de ventilación y calefacción
4. Constitución del sistema.
5. Características.
6. Funcionamiento del sistema.
7. Disfunciones y procedimientos de corrección.
8. Sistema de aire acondicionado.
9. Constitución del sistema.
10. Características.
11. Funcionamiento del sistema.
12. Disfunciones y procedimientos de corrección.
13. Sistema de climatización
14. Constitución del sistema.
15. Características.
16. Funcionamiento del sistema.
17. Disfunciones y procedimientos de corrección.
18. Síntesis y conclusiones
19. Bibliografía

MARCO LEGISLATIVO

El presente tema forma parte de los contenidos de los siguientes títulos de la familia profesional de Transporte y Mantenimiento de Vehículos, definidos por los siguientes Reales Decretos (RD):

• RD 1796/2008, de 3 de noviembre, por el que se establece el título de Técnico Superior en Automoción, y se fijan sus enseñanzas mínimas.
• RD 453/2010, de 16 de abril, por el que se establece el título de Técnico en Electromecánica de Vehículos Automóviles, y se fijan sus enseñanzas mínimas.

Igualmente, para la Comunidad Autónoma de Andalucía, las siguientes Órdenes concretan el currículo de los citados títulos:

• Orden de 15 de octubre de 2009, por la que se desarrolla el currículo correspondiente al título de Técnico Superior en Automoción.
• Orden de 16 de junio de 2011, por la que se desarrolla el currículo correspondiente al título de Técnico en Electromecánica de Vehículos Automóviles.

INTRODUCCIÓN

El habitáculo del vehículo está directamente influenciado por las condiciones ambientales, lo que impacta en la seguridad y el confort del conductor y pasajeros. Para mantener una temperatura de confort, es esencial un sistema de climatización que garantice:

• Renovación del aire para evitar acumulación de impurezas.
• Calefacción en ambientes fríos para mantener el calor.
• Refrigeración en altas temperaturas para disipar el calor.

Inicialmente, los sistemas de ventilación y calefacción cubrían las necesidades térmicas básicas. Posteriormente, la incorporación del aire acondicionado y climatización permitió un control más preciso de la temperatura y la humedad en el interior del vehículo.

Este apartado abordará el funcionamiento y la estructura de estos sistemas.

SISTEMA DE VENTILACIÓN

El sistema de ventilación del habitáculo es esencial para garantizar la renovación continua del aire, manteniendo un ambiente confortable para los ocupantes.

Para ello, el vehículo cuenta con entradas y salidas de aire estratégicamente ubicadas, permitiendo la circulación mediante:

2· Circulación forzada, aprovechando la velocidad del vehículo. · Electroventiladores, que optimizan el flujo de aire interno.

Funcionamiento del Sistema de Ventilación

• Entrada de aire: Situada entre el capó y el parabrisas delantero, canaliza el aire hacia la caja climática.
• Caja climática: Distribuye y dirige el flujo de aire hacia las diferentes salidas, según los ajustes seleccionados en el tablero de mando.
• Elementos integrados: Puede incluir el ventilador, el evaporador (para aire acondicionado), el aerotermo de calefacción y el filtro del habitáculo.
• Salida de aire: Generalmente se encuentra en la parte trasera del vehículo, a través de rejillas discretas.

Este sistema es clave para la climatización y se complementa con los sistemas de calefacción y aire acondicionado, garantizando confort térmico y calidad del aire en el interior del vehículo.

SISTEMA DE CALEFACCIÓN

El sistema de calefacción, complementario al de ventilación, regula la temperatura del aire interior en condiciones de frío extremo. Su función es calentar el aire antes de introducirlo en el habitáculo, utilizando el calor residual del sistema de refrigeración del motor.

Principio de Funcionamiento de la Calefacción

• Aprovechamiento del refrigerante del motor: Se intercala un radiador auxiliar (aerotermo de calefacción) en el circuito de ventilación.
• Transferencia de calor: Una derivación del líquido refrigerante caliente circula por el aerotermo.
• Calentamiento del aire: Al abrir la trampilla del sistema, el aire forzado atraviesa el aerotermo, absorbiendo el calor del refrigerante antes de dirigirse al habitáculo.

Control y Regulación de la Calefacción

• Sistema de trampillas: Dirige el flujo de aire caliente según los ajustes seleccionados en el tablero de mando, mediante controles giratorios o electrónicos.
• Niveles de calefacción: Se pueden regular distintos grados de temperatura y distribución del aire.

Este sistema, en combinación con el de ventilación y climatización, garantiza un ambiente térmico confortable y eficiente dentro del vehículo.

31 8 2 9 3 7 6 00 00 O O 5 4 Fig. 1: Esquema de trampillas y canalizaciones de una caja climática en un vehículo

AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACIÓN

El aire acondicionado regula la temperatura del habitáculo, reduciéndola cuando supera los niveles de confort. Inicialmente, se instalaba como un sistema independiente de la ventilación y calefacción, pero con el tiempo evolucionó hacia los sistemas integrados de climatización.

La diferencia principal entre ambos sistemas radica en el control de la temperatura:

• Aire acondicionado: El conductor debe mezclar manualmente el aire frío y caliente hasta alcanzar la temperatura deseada.
• Climatización: Un sistema automático ajusta la temperatura de forma precisa según la selección del usuario.

Dado que la climatización es una evolución del aire acondicionado, el análisis se centrará en el funcionamiento del sistema de refrigeración por compresión de vapor.

Principio de Funcionamiento del Aire Acondicionado

El sistema de aire acondicionado opera mediante un ciclo térmico continuo, en el que el fluido refrigerante cambia de estado para facilitar el intercambio de calor, enfriando el habitáculo.

Fases del Ciclo de Refrigeración

41. Evaporación: El refrigerante absorbe calor del aire del habitáculo, evaporándose en el evaporador. 2. Compresión: Un compresor aumenta la presión del gas, elevando su temperatura. 3. Condensación: En el condensador, el refrigerante libera calor al exterior y se convierte en líquido. 4. Expansión: La presión y temperatura del líquido disminuyen en la válvula de expansión, preparándolo para un nuevo ciclo.

Factores Claves del Proceso de Refrigeración

• Presión y temperatura: Una presión baja reduce la temperatura de evaporación, mientras que una alta facilita la condensación.
• Volumen del refrigerante: Su variación influye en los cambios de estado dentro del sistema.

El circuito de aire acondicionado está diseñado para ajustar estos parámetros, permitiendo la absorción del calor del habitáculo y su expulsión al exterior. Este ciclo se repite continuamente, garantizando un ambiente térmico confortable y eficiente.

Componentes del Sistema de Aire Acondicionado

El circuito de aire acondicionado está compuesto por varios elementos que trabajan en conjunto para regular la temperatura del habitáculo mediante el ciclo de refrigeración.

1. Fluido Refrigerante

El medio de transferencia térmica en el sistema es el R-134a, un compuesto con propiedades adecuadas para los cambios de estado requeridos en el ciclo de refrigeración.

2. Compresor

• Aspira el fluido en estado gaseoso a baja presión y temperatura.
• Lo comprime y lo expulsa a alta presión y temperatura.
• Es accionado por la correa de accesorios del motor y generalmente incorpora un embrague electromagnético.
• Utiliza un aceite lubricante especial para reducir el desgaste de sus componentes móviles.
• El más utilizado en la actualidad es el compresor rotativo de cilindrada variable.

3. Condensador

5· Es un intercambiador de calor con un serpentín tubular y aletas disipadoras. · Su función es evacuar el calor del refrigerante, facilitando su cambio de estado de gas a líquido.

4. Electroventilador

• Facilita la disipación térmica en el condensador, asegurando una correcta cesión de calor a la atmósfera.
• Se activa en función de la presión detectada por el presostato del sistema.

5. Filtro

Encargado de limpiar, deshidratar y almacenar el refrigerante. Existen dos tipos:

• Filtro deshidratador: Se encuentra a la salida del condensador y recibe el fluido en estado líquido.
• Filtro acumulador: Ubicado a la salida del evaporador, recibe el fluido en estado gaseoso.

6. Evaporador

• Intercambiador de calor más compacto que el condensador.
• Situado en la zona de baja presión del sistema.
• Absorbe el calor del aire del habitáculo, provocando la evaporación del refrigerante, enfriando así el aire que se introduce en el interior.

7. Dispositivo Expansor

Provoca un rápido aumento de volumen en la zona de alta presión, reduciendo la presión y temperatura del refrigerante antes de ingresar al evaporador. Se presentan dos variantes:

• Válvula de expansión:
  • Regula el flujo de refrigerante mediante un bulbo sensor sensible a la temperatura de salida del evaporador.
  • Permite un ajuste dinámico del caudal y presión del fluido.
• Válvula de espiga o tubo calibrado:
  • Consiste en un orificio calibrado que permite el paso de una cantidad fija de refrigerante.
  • No permite regulación de caudal, por lo que requiere un compresor de cilindrada variable para el control del sistema.

8. Conducciones Externas

• Rígidas: Fabricadas en aluminio, utilizadas en tramos de alta presión.
• Elásticas (racores): Compuestas de caucho y nylon, permiten flexibilidad en la instalación.

6· Incorporan válvulas de servicio para realizar mantenimiento en los circuitos de alta y baja presión.

9. Elementos de Control

El sistema de aire acondicionado requiere dispositivos adicionales para gestionar su funcionamiento:

• Presostatos:
  • Monitorean la presión del circuito y desconectan el compresor si esta es demasiado baja o alta.
  • Existen versiones avanzadas (binary, trinary, cuadrinary) que permiten activar el electroventilador en diferentes velocidades.
• Termostatos:
  • Regulan la temperatura del sistema, evitando la formación de escarcha en el evaporador.
  • Controlan la temperatura del habitáculo. Pueden ser mecánicos o electrónicos.
• Mandos de accionamiento:
  • Situados en el salpicadero, permiten gestionar manualmente el sistema y están integrados con los controles de ventilación y calefacción.

Estos componentes trabajan en conjunto para garantizar la eficiencia y el confort térmico dentro del vehículo, optimizando la refrigeración del habitáculo.

Descripción del Funcionamiento del Sistema de Aire Acondicionado

El siguiente esquema muestra el ciclo de funcionamiento básico de un sistema de aire acondicionado con filtro deshidratante y válvula de expansión.

COMPRESOR Alta presión: 12 bar Alta temperatura: 70 ℃ Baja presión: 1,5 bar Baja temperatura: 8 ℃ GAS 70 °C + D 15-8 ℃ LICUEFACCIÓN GAS + LÍQUIDO Calor cedido al exterior 5 ℃ Aire fresco LÍQUIDO + GAS GAS EVAPORACIÓN EVAPORADOR: 1,5 bar LÍQUIDO 45 °C 1,5 bar 5 ℃ 12 bar 45 ℃ VÁLVULA DE EXPANSIÓN BOTELLA DESHIDRATADORA: 12 bar / 45 ℃ CONDENSADOR: 12 bar 50 ℃