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Circuito de aire acondicionado Parte 1 - Monografía



 
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Automoción. Elementos. Compresor. Válvulas de admisión y descarga. Evaporador. Serpentín de tubos. Condensador. Retrofit. Clases. Averías



ELEMENTOS PARA UN CIRCUITO DE AIRE ACONDICIONADO EN EL AUTOMÒVIL



El aire acondicionado es una parte importante de un sistema integrado que proporciona enfriamiento, calentamiento, descongelación, eliminación de neblina, filtrado de aire y control de humedad para la comodidad del pasajero y la seguridad del vehículo.


El circuito consta de los siguientes elementos fundamentales:



Válvula de expansión ( o de laminación )
Evaporador
Compresor
Condensador
Otros elementos auxiliares

COMPRESOR



El compresor cumple la misión de, aspirándolo, comprimir el gas refrigerante e imprimir la circulación de este en el circuito frigorífico.
El compresor puede ser de muchos tipos diferentes como se vera mas adelante, pero de momento nos centraremos en el compresor alternativo y con sus partes descritas en la figura siguiente:

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El motor del automóvil a partir del carburante utilizado CREA una potencia que servirá para obtener el movimiento deseado del vehículo.

El compresor CONSUME potencia del motor del automóvil en producir una compresión de un gas refrigerante que servirá para obtener una POTENCIA FRIGORIFICA.

El gas es aspirado por el compresor, formado por un cigüeñal con una polea por donde recibe el movimiento del motor del automóvil; sobre este cigüeñal van unidos por las correspondientes bielas, dos pistones que se mueven en sus respectivos cilindros situados en el cuerpo del compresor.

Sobre estos pistones esta situado el plato de válvulas, donde están dispuestos en cada uno la de admisión y la de descarga. Y en su parte superior una tapa culata que además del conducto de aspiración y el de descarga, tiene unos canales que unen la aspiración con ambos cilindros y el canal de descarga que une la descarga de ambos con el conducto de salida de gas comprimido.

La base se cierra por otra tapa sobre la cual va el aceite lubricante.

Los pistones llevan en algunos casos, un aro de teflón grafitado que no llega a unir dejando una ranura entre puntas por la que puede pasar una parte del gas que se va al carter durante la compresión, disuelve la parte del aceite que junto con el gas pasa a la cámara de compresión durante la aspiración y luego circula por toda la instalación.

Otros tipos de compresor no llevan aro de teflón dejando una tolerancia entre el pistón y el cilindro por donde circula el gas para obtener aceite.


VALVULAS DE ADMISION Y DESCARGA:



Estas válvulas van fijadas en las placas que separan los cilindros o cámaras de compresión y las cámaras de llegada o salida del compresor.

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a: Pistón en el centro muerto superior
b: Válvula de succión abierta
c: Pistón en el centro muerto inferior
d: Válvula de descarga abierta


Su funcionamiento es el siguiente:



La depresión producida por el descenso del pistón ayudado por la presión de retorno del gas hace que la válvula de admisión se abra y permite el llenado del cilindro hasta que este llega a su punto muerto inferior cerrándose cuando cesa la succión.

Superado el punto muerto inferior comienza la compresión hasta que el pistón esta cercano a su punto muerto superior, esta alta presión vence la fuerza que ejerce la válvula de descarga permitiendo la salida de gas a alta presión y temperatura. Cuando el pistón llega al punto muerto superior deja de comprimir y la válvula de descarga vuelve a cerrarse.

El aceite disuelto en el gas lubrica estas válvulas ayudando a que el cierre sea perfecto y a la vez al quedar la película de aceite evita el desgaste o huella de las válvulas sobre el plato de válvulas después de millones de aperturas y cierres.

Para evitar que el pistón golpee el plato de válvulas cuando llegue a su punto muerto superior los compresores se diseñan dejando un pequeño espacio entre el pistón y el plato de válvulas a este espacio se le llama Claro.
El volumen de este espacio se llama volumen de claro.

No todo el gas a alta presión sale por la válvula de descarga al llegar el pistón a su punto muerto superior, la cantidad que permanece en el espacio de claro, recibe el nombre de vapor claro.

CLASES DE COMPRESORES



Existen una gran variedad de tipos de compresores para automóviles, por lo que solo explicaremos las características principales de casa uno.


Alternativos con pistones y cigüeñal:



Es el sistema mas ampliamente establecido y mas antiguo. Se caracteriza por su gran fiabilidad, por ser el modelo de mas alto rendimiento y menor absorción de potencia.

De uno a tres cilindros, construidos en duraluminio o fundición de hierro, pistones de aluminio con uno o dos aros, bielas de aluminio o acero, cigüeñal de acero sobre cojinetes de bronce, bolas o agujas.

Tienen un plato de válvulas de acero lapidado con válvulas de lamina de acero también lapidado, para aspiración y descarga y una tapa superior con válvulas de servicio manuales o automáticas de carga y descarga.


Compresores de disco oscilante:



Este sistema a sido adoptado por muchas marcas habiéndose producido muchos cambios con el tiempo.


Los mas usados son:



SANDEN HARRISON:



Su principal característica consiste en un plato sobre el que van agrafados los pies de biela en forma de bola, la cabeza de la biela también en forma de bola a su vez va agrafada al pistón de aluminio. En el centro del plato en su parte frontal lleva insertado un piñón cónico que engrana con otro fijo y una bola en el interior de la parte frontal del compresor y que tiene la misión de que con el movimiento, el conjunto de pistones no pueda moverse en forma radial. En la parte posterior del plato porta pistones hay una pista sobre la cual va situado un cojinete axial de agujas, que a su vez se apoya en otro plato que tiene forma cónica y va unido al eje que sale al exterior y al que va montado el embrague magnético.

Al girar el embrague hace girar el plato cónico que se apoya sobre la pista de agujas haciendo que el plato porta pistones mueva en sentido horizontal haciéndoles trabajar de forma habitual.

En la parte posterior lleva un plato de válvulas y la culata con los acoplamientos para la fijación de las mangueras.
Estos compresores se fabrican en 5 y 7 cilindros.

Compresores axiales de disco oscilante y cilindrada variable:



Tal como su nombre indica, sus pistones pueden efectuar una cilindrada variable entre el 6% y el 100% de su cilindrada de 161,3 cm3.

Así como los descritos anteriormente su cilindrada era fija por ser movido, su plato de pistones por un plato cónico giratorio, estos tienen los pistones fijados en un plato-leva de ángulo variable, la cual varia su ángulo de giro según la presión de retorno del gas, variando entre 1,5° y 24°.

Una válvula automática llamada Mass Flow Compensated Valve ( MFCV ) que controla la presión de evaporación teniendo en cuenta la presión de descarga del compresor es la que activa las posiciones del plato-leva.

La base de este proyecto es la de tener un compresor que no se vea expuesto al golpe de entrada, o sea, al retorno de gas en fase liquida al compresor, causante de los gripamientos.


Compresores axiales dobles de disco oscilante:



Estos compresores están formados normalmente por tres o cinco pistones dobles opuestos, en forma de barra con un pistón en cada punta y una ranura intermedia, en la que se aloja el disco oscilante.
El disco oscilante es solidario con el eje del compresor.

Al girar el eje lo hace el disco oscilante, que en sus giros mueve los pistones en forma horizontal, así cuando un pistón aspira el opuesto comprime.

Tienen dos bloques de cilindros una a cada lado del disco oscilante y a la cabeza de estos bloques sendos platos de válvulas.

Las culatas frontal y posterior además de los conductos de aspiración y descarga están unidos entre si por conductos laterales que se unen en la admisión y descarga del compresor.


Rotativos de paletas:



Existen distintas versiones de este modelo:



Cilíndricos con rotor excéntrico de dos a cinco palas.
Ovalados con rotor excéntrico de tres a cuatro palas.

El rotor tiene ranuras longitudinales inclinadas donde van alojadas las paletas. Al girar el rotor, las paletas por la fuerza centrifuga tienden a salir del mismo y se produce el contacto con el interior de cilindro efectuándose el barrido del gas comprimiéndolo. Al ser el giro excéntrico, aspira el gas en la parte mas ancha del giro excéntrico y lo comprime hasta darle salida en la parte de excentricidad máxima.

En el lateral del cilindro van situadas las lumbreras de admisión y las válvulas de descarga que ha través de sendos conductos quedan unidas a los racores de admisión y descarga de la tapa posterior.

Estos compresores tienen un buen rendimiento a velocidades medias y altas debido a que las paletas barren perfectamente por la parte frontal, pero por los laterales, debido a la necesidad de tener que dejar una tolerancia de dilatación longitudinal no ajustan totalmente y permiten escapar parte del gas comprimido.


Rotativos sistema Wankel:



Este sistema de compresor esta formado por un rotor semitriangular movido por un cigüeñal excéntrico y en una doble cámara.
Dispone de dos lumbreras de admisión y dos válvulas de descarga situadas en el lateral del compresor.
Están preparados para giros de hasta 12.000 r.p.m con altos rendimientos volumétricos.


Compresores de espiral:



Este es el ultimo sistema experimentado y parece que con buenos resultados. Es un tipo rotativo sin paletas, utiliza un sistema de espirales fija y móvil, lo que le hace muy silencioso.

Compresores radiales:



Este compresor se lanzo al mercado en 1975 y se han venido usando durante muchos años con buenos resultados y rendimientos pero resultaban demasiado pesados.

Actualmente están en estudio y desarrollo los Turbo compresores, los de Membrana magnética y los de pistones electromagnéticos.


Dispositivos de seguridad en los compresores:



Algunos compresores llevan acoplado en la culata posterior o en la tapa frontal distintos elementos de protección constituidos por sensores de Temperatura, Presión o/y Revoluciones de embrague.

Temperatura:



El exceso de temperatura acostumbra a producirse por falta de lubricación, produciéndose el gripado del compresor.
En los compresores que lo lleven y se hayan gripado, puede que haya influido este sensor si esta mal, por lo que al cambiarlo no es aconsejable aprovechar este sensor.

Presión:



El exceso de presión al probar el sistema se puede comprobar, pero durante el funcionamiento corresponde a este sensor o al trinario detectarla y cortar la corriente del embrague.

Un aumento exagerado de presión puede ser producido al no ponerse en marcha los ventiladores por fallo del trinario, sensor de temperatura del radiador, unidad de mando de ventiladores, fusible, ventiladores viscosos..etc.

Algunos compresores llevan una válvula de seguridad consistente en un orificio estañado que revienta al sobrepasar una presión elevada.


Revoluciones del embrague:



El cometido de este dispositivo es para el compresor cuando presenta indicios de bloqueo.

Si el corte se presenta de forma repetitiva y no seguida, no puentearlo porque estos intentos de bloqueo pueden ser causados por fallos de la sonda termostatica del evaporador, que debe cambiarse.

Estas sondas son las causantes mas frecuentes de roturas de compresor. Por ello la justificación de este sensor.

ANOMALÍAS Y AVERÍAS DE LOS COMPRESORES



Los compresores son el elemento mecánico mas complejo del sistema de A.A y sus posibles averías son muy diversas y normalmente causadas por mal funcionamiento de otros componentes. Los mas frecuentes son:

Fallos de válvulas de servicio de admisión y descarga:



El fallo de estas válvulas situadas en las placas de las cabeceras de los compresores, normalmente es causa de intento de compresor de gas en fase de liquido que produce su deformación o rotura. También puede producirse por suciedad en el circuito y por cobreado.
El fallo de estas válvulas se reconoce por presiones igualadas normalmente bajas.


Fallo de la válvula reguladora de capacidad variable:



Esta válvula en los compresores de capacidad variable modula la presión del gas a baja presión, a 2 Kg./cm2 para que el evaporador no pueda congelarse; cuando falla el compresor puede dejar de trabajar como tal variable y convertirse en fijo.
El fallo de esta válvula suele producirse por viruta producida por roturas o roces de los pistones del compresor y normalmente se descubre al sacar la válvula de expansión de tubo y ver que contiene mucha suciedad.

Ruidos interiores:



Los ruidos interiores de los compresores pueden ser producidos por muy diversas causas pero casi siempre es por el deterioro de los componentes mecánicos del compresor que obliga a su cambio.

Si el ruido es de cojinetes, es que el aceite esta en mal estado, cambiarlo hacer rodar el circuito y cambiarlo de nuevo.

Bloqueo y roturas:


Los bloqueos y roturas son producidos normalmente por el retorno del gas en fase liquida al compresor, esto se produce normalmente por el fallo del termostato o de la sonda electrónica del evaporador al no conectar el compresor cuando se congela el evaporador.

Lubricación y nivel de aceite:



Es fácil comprender que un elemento mecánico como es el compresor precisa de lubricación. En los sistemas de refrigeración, el engrase de los compresores lo efectúa el aceite que el gas refrigerante ha arrastrado disuelto en si mismo.

Por ello vemos que estos aceites deben ser miscibles en los correspondientes gases refrigerantes:

- Con R-12 el aceite usado es de procedencia mineral y también pueden usarse los sintéticos, aunque son mas caros y mas higroscópicos.
- Con R-134a no puede utilizarse aceite mineral porque no lo disuelve, por lo que hay que utilizar los sintéticos Poloalquilglicol o Polio Ester.

En los compresores siempre es preferible, ante la duda, que falte algo de aceite en vez de que sobre.

Falta de limpieza en las reparaciones:



Cuando se repara un compresor, aunque solo sea un cambio de reten, debe hacerse con sumo cuidado para que no queden impurezas y nunca poner grasa en los retenes ( solo unas gotas de aceite del mismo compresor )


Silentblocks en mal estado:



Pueden ocasionar la rotura de las aletas de fijación del compresor.


Embrague magnético:



La transmisión del esfuerzo necesario para que gire el compresor se efectúa por medio de correa entre el motor del automóvil y el embrague magnético que se encarga de transmitirlo al compresor.

El embrague magnético esta formado por tres piezas básicas, Polea, Plato de acoplamiento y bobina.
El plato de acoplamiento va montado en el eje del cigüeñal por acoplamiento cónico y chavetas de fijado firmemente mediante tornillo o tuerca frontales según casos.

Este plato de acoplamiento esta formado por la parte frontal y el disco de acoplamiento acoplados entre si por tres o cinco flejes-muelles remachados a ambos.
La polea va acoplada a la armadura por medio de un cojinete de doble pistas de bolas. La parte exterior lleva mecanizado las gargantas para las correas. En el rebaje interno entre las gargantas y el soporte del cojinete va la bobina magnética o solenoide que va fijado sobre el compresor mediante un anillo de seguridad o tornillos según casos.

La solenoide o bobina al recibir una corriente desarrolla un potente campo magnético que actúa sobre la pletina de la polea que al contar con una serie de ranuras concéntricas permite el paso de las líneas magnéticas que actúa sobre el disco de acoplamiento, también con ranuras concéntricas no coincidentes con las de la polea, formando un polo positivo o negativo y el del signo inverso, en la polea, haciendo que se atraigan entre si.
Al igual que en el compresor, el embrague casi nunca es culpable de nada.


EL EVAPORADOR:



Una de las partes básicas del conjunto frigorífico es el Evaporador, ya que es quien logra el éxito de la instalación y produce el confort que se espera de él.
El Evaporador es un intercambiador de calor en el cual se efectúa el paso del gas de fase líquida a fase gas.

Tal como se explico en otro capítulo, para que el gas en fase líquida cambie de estado precisa absorber gran cantidad de calor y este es el objetivo base.
Los evaporadores para automóviles pueden ser de varios tipos diferentes:

- Serpentín múltiple de tubos y aletas
- Serpentín de tubo plano foliculado con aletas
- Panal de placas y aletas


SERPENTÍN DE TUBOS:



Este tipo de evaporador está formado por varios serpentines de tubos de cobre o aluminio en forma de horquilla que se montan por un lateral del evaporador entre aletas en forma de placas.

Cuando está completado el montaje de tubos en las aletas, estos son expansionados de forma mecánica con lo cual se logra que el tubo quede prensado al alojamiento labiado de las aletas lográndose con ello un prefecto contacto entre el tubo y la aleta y que las aletas queden situadas a la distancia exacta para la que han sido fabricadas.

Las placas de aletas, además de los agujeros labiados son prensadas en un ligero zigzag para lograr que el aire al pasar entre ellas lo haga chocando constantemente y así ceda mejor el calor.

Finalmente el panel formado poro los tubos en horquilla y las aletas es acabado soldando las curvas que cierran los serpentines y los acoplamientos de entrada y salida de gas.

La entrada de gas desde la válvula de expansión es a través de un tubo de diámetro adecuado hasta el distribuidor repartidor al que se unen tantos tubos como circuitos tiene el evaporador. Estos tubos deben de tener todos exactamente la misma longitud con el fin de que el gas entre en la misma cantidad exacta en cada circuito.

La salida del evaporador es mediante un tubo de mayor diámetro al cual acude uno de cada circuito.


SERPENTIN DE TUBO PLANO FOLICULADO:



Este tipo de evaporador es de buena efectividad y muy económico.

Resulta muy pesado debido al tubo extrusionado por el grueso de sus paredes y celdillas. Estas celdillas reparten el paso del gas que en sí es adecuado, pero el rendimiento no es lo efectivo que debería ya que las celdillas centrales no rinden a toda su efectividad por quedar bastante escondidas del flujo del aire.
Entre le tubo del serpentín va soldada una tira de aleta cortada y doblada en forma de zigzag.


EVAPORADOR DE PLACAS:



Evaporador de flujo paralelo, construido con finas placas embutidas soldadas al horno por el sistema de inducción conjuntamente con los tubos de entrada y salida.

Los tubos de unión entre placas, no son tales, están formados por las propias placas. Entre las placas van tiras de aletas rasgadas y en forma de zigzag soldadas junto con las placas de una sola vez.

Este evaporador es de muy buen rendimiento y muy bajo costo.


VÁLVULA DE EXPANSIÓN:



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El funcionamiento de una válvula de expansión es como se indica a continuación:

A esta válvula llega el gas licuado procedente del condensador, por lo que tiene un acoplamiento para entrada 9 y otro de salida 19.
Su construcción podemos considerarla como en forma de cruz.

Entre la entrada y la salida hay un cierre, normalmente una bola de acero 15, que empujada por un resorte 14 efectúa el cierre. Este resorte es regulable por un tornillo inferior 13.

En la parte superior se encuentra una membrana de acero redonda cerrada por dos tapas, una inferior 20 que va soldada al cuerpo de la válvula 12 y otra superior 6 soldadas entre sí. A la tapa superior lleva soldado un tubo capilar 2 al final del cual se efectúa arrollamiento que actuará como sensor. Este arrollamiento se hace para ganar superficie de sensor pero también se utiliza un tramo de tubo mas grueso cerrado por un extremo y con el tubo capilar soldado al otro extremo.

En la parte inferior de la membrana hay un platillo de apoyo y el eje 17 que se apoya en el otro extremo de la bola cierre.

Esta válvula , aunque es regulable, hay que preseleccionarla cuando se diseña el evaporador según el caudal que será necesario para su buen funcionamiento.
La parte superior de la membrana, tubo capilar y arrollamiento o bulbo, va rellena de gas en fase líquida que se mantiene a presión.

El bulbo va fijado firmemente sobre el tubo de salida del evaporador y aislado por medio de pasta de caucho con el fin de que el gas contenido en su interior pueda detectar cualquier cambio de temperatura en el tubo de salida del evaporador.

Cuando el gas que sale del evaporador , sale mas caliente o frío, esta temperatura se transmite al gas del bulbo. Este gas cuando se enfría baja su presión, deja de empujar la membrana, esta al eje del cierre y la bola cierra el paso de gas al evaporador durante unos segundos mientras esta temperatura de gas se mantiene baja a la salida del mismo.

Durante este tiempo de cierre, el aire del habitáculo sigue pasando a través del evaporador y cediendo temperatura al gas que sigue expansionándose con lo que su temperatura aumenta. Este aumento de temperatura es captado por el sensor calentándose su propio gas y aumentando su presión que por medio de la membrana empuja con el eje, la bola de cierre provocando la apertura de la válvula y el paso de gas al interior del evaporador donde se expansiona y repite el ciclo, al enfriarse el gas vuelve a enfriar el del sensor que baja su presión, cede el esfuerzo del resorte provocando el cierre de la válvula.

Estos ciclos se producen constantemente, con lo cual el gas se mantiene en el evaporador a una presión casi constante y su funcionamiento es correcto.

La válvula de expansión descrita es con compensación de presión interna, porque la parte inferior de la membrana está expuesta a la presión de expansión en el evaporador.

Hay otro tipo de válvula de expansión muy parecida a la descrita pero con un tubo capilar que va desde la cámara inferior de la membrana hasta una conexión en el tubo de salida del evaporador junto a la fijación del bulbo sensor.





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