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SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN, CALEFACCIÓN Y CLIMATIZACIÓN

EN AUTOBUSES Y AUTOCARES

CALOR Y FRIO INDUSTRIAL 2

E.T.S.I.I. U.P.M.

PROFESOR: A. MARDOMINGO JOSE MANUEL GARCÍA 96372 VICTORIA GARCÍA 96397 ALBERTO MARTÍN YEBRA 97269

INDICE

Introducción 3

I.- Sistema de refrigeración de un autobús/autocar 4

1.- Introducción 4

2.- Estudio de la transmisión de Calor 6

3.- Sistema de refrigeración 13

3.1.- refrigeración por agua 13

3.2.- Refrigeración por aire 20

II.- Sistema de calefacción de un autobús/autocar 22

1.- Introducción 22

2.- El convector 23

3.- El precalentador 26

4.- Datos ténicos: Conjunto, montaje y despiece 41

III.- Sistema de climatización de un autobús/autocar 49

1.- La historia del aire del aire acondicionado automotriz 49

2.- Partes de un aire acondicionado automotriz 51

3.- Elementos para un circuito de aire acondicionado en el automóvil 56

4.- Introducción a la climatización en vehículos pesados 82

5.- Sistema de climatización 99

IV.- Apéndice A: sobre los freones 109

V.- Bibliografía 113

Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Climatización en Autobuses y Autocares

3

INTRODUCCIÓN

Los autobuses, y autocares en menor grado, forman parte de nuestra vida diaria desde que el

desarrollo y extensión de las ciudades a conducido a un distanciamiento de los puesto de trabajo

y las viviendas.

Pero a los autobuses no sólo se les exige que nos desplacen de un sitio a otro, también queremos

hacerlo de forma confortable. Por este motivo se van incorporando sistemas de climatización en

los vehículos, aire acondicionado que nos refresque en verano, y calefacción que nos caliente en

invierno. Estos nuevos sistemas tienen un coste energético, parte del cual pasa por las

prestaciones del motor, que habrá de ser mejorado, o aumentado, y con ello se debe diseñar un

sistema de refrigeración acorde con las características térmicas que requiera el uso de ese motor.

Con esto, un simple trayecto entre dos puntos en autobus nos presenta la posibilidad de conocer,

estudiar y diseñar tres sistemas básicos del vehículo con la transmisión de calor como núcleo de

funcionamiento: Sistemas de Refrigeración del motor, que retiren el calor generado en la

combustión, Sistemas de Calefacción, que hagan menos rigurosas las condiciones invernales, y

Sistemas de Aire Acondicionado, que nos refresquen, y en conjunto hagan más confortable el

trayecto.

Con estos tres sistemas en mente, y siguiendo un poco este esbozo, vamos a tratar de

introducirnos en sus esquemas generales, elementos constitutivos, y principios de

funcionamiento, de modo que las ideas generales, y las dudas razonables que se presentan a la

hora de entender estos equipamientos puedan quedar resueltas.


4

I.- SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE UN

AUTOBUS/AUTOCAR.

1.- Introducción

Los motores actuales instalados en los autobuses y autocares son en un elevado

porcentaje motores de explosión, aunque recientemente se están incorporando motores

eléctricos, de pila de hidrógeno, e híbridos, en autobuses urbanos de grandes ciudades. La

metodología de refrigeración de estas últimas unidades no está muy consensuada, y cada

fabricante adopta las medidas de refrigeración necesarias para sus unidades. Por este motivo nos

fijaremos en la refrigeración de motores de combustión interna alternativos, en concreto en

motores diesel por ser los más generalizados.

1.- Motor de autobús

En lo que a motores de combustión interna alternativos se refiere, casi todos los

montados en autobuses recurren a refrigeración por agua, y quizás un número limitado de

modelos, orientados a mercados con escasez de agua, se refrigeren por aire. En cualquier caso,

se esbozarán ambos sistemas de refrigeración.

En toda combustión se libera calor, y se producen ciertas pérdidas cuando parte de este

calor se intercambia con elementos adyacentes. Las pérdidas de calor son indeseables, pero

inevitables. La refrigeración, como idea general, se lleva a cabo para que los materiales

reduzcan sus cargas térmicas de trabajo, incluidas las cargas térmicas en aceites lubricantes,

cuyas características se ven gravemente alteradas por su degradación a elevadas temperaturas,

afectando negativamente a la lubricación.


5

Algunas temperaturas de las que podemos encontrar en motores convencionales son:

• Cilindros 200ºC

• Cabezas de pistones 360ºC

• Culata 300ºC

• Válvulas de escape 700ºC

• Segmentos 225ºC

• Y los gases hasta 2000ºC. 2.- Temperaturas en la cabeza del cilindro

Por este motivo, los esfuerzos en mejorar los sistemas de refrigeración se centran en

conocer mejor la distribución y el comportamiento de las pérdidas de calor, y en enfriar los

elementos más sensibles cuando excedan sus temperaturas de trabajo.

Como vemos con estas temperaturas, la refrigeración de las zonas alrededor de los

cilindros es crítica, especialmente alrededor de las válvulas de escape. Por este motivo, la

práctica totalidad del espacio interior a la cabeza del pistón que no se necesita en la estructura se

rellena con refrigerante.

3.- Canales de refrigerante en el bloque motor

Si el motor está sin refrigerante durante un largo periodo, el motor se puede “gripar”, lo que

significa que el motor ha adquirido calor suficiente como para que el pistón se quede soldado a

la camisa, o a la culata, lo que suele constituir una avería grave, una completa inutilización del

motor. Por ejemplo, un método interesante para reducir la demanda en el sistema de

refrigeración es reducir la cantidad de calor transferida de la cámara de combustión al resto de

partes metálicas del motor. Esto se consigue en algunos motores aplicando un recubrimiento

cerámico a la cara interna de la cabeza del pistón, que por ser materiales de baja conductividad,

reducen el calor transmitido por la combustión.


6

Como vemos, en los componentes físicos, la

mayor temperatura se alcanza en la válvula de escape,

debido precisamente a la circulación de los gases de

escape, por lo que se han llegado a desarrollar válvulas

refrigeradas por sodio para casos extremos. 4.- Válvula refrigerada

2.- Estudio de la transmisión de Calor.

Dentro del ciclo de cuatro tiempos, las mayores pérdidas de calor se dan en las

proximidades del Punto Muerto Superior (PMS). Cerca de este punto, el primer segmento del

pistón, o segmento de fuego, se encuentra a elevada presión y temperatura, con mala lubricación

debido a la parada e inversión de movimiento que se realiza al llegar al extremo superior, y al

escaso engrase por cuña de la zona por el movimiento del segmento.

Para calcular las pérdidas de calor en el motor, lo ideal sería dividir el motor en partes, y

aplicar las ecuaciones de transmisión de calor (en todas sus variantes, conducción, convección y

radiación, pues todas ellas están presentes). En la práctica esto sólo ahora está empezando a ser

factible debido al desarrollo de métodos informáticos que llevan a cabo las innumerables

iteraciones necesarias para las muchísimas variables, y complejísimas ecuaciones que definirían

los modelos, volúmenes variables, coeficientes de película no uniformes, etc., por lo que salvo

en contados casos, se desaconseja esta práctica.

Tg: Temperatura media del gas.

Tsg: Temperatura media de la pared lado del gas.

Tsr: Temperatura media de la pared lado refrigerante.

Tr: Temperatura media del refrigerante.

Ag: Superficie de Transmisión de Calor lado del gas.

e: Espesor recorrido por el flujo de calor.

hr: Coeficiente medio de película lado refrigerante.

hg: Coeficiente medio de película del lado del gas.

. .Re v Dρµ

= nº de Reynolds

.g

g

h DNu

k= nº de Nusselt


7

Una primera aproximación para simplificar el cálculo es considerar régimen permanente:

Convección del gas a la pared .( )g g sgg

Q h T TA

= −

i

(1)

Conducción en la pared ( )wsg sr

kQ T TA e= −

i

(2)

Convección de la pared al refrigerante ( )r sr rr

Q h T TA

= −

i

(3)

Pero esta simplificación, como todas las simplificaciones, introduce un error en el

cálculo de la transmisión de calor, error este que puede alcanzar el 5% sólo considerando las

pérdidas por radiación que no se están considerando.

En las ecuaciones se están haciendo algunas hipótesis de difícil aceptación:

Los coeficientes de película no sólo no son constantes en el tiempo, sino que son

anisótropos, es decir, tienen distintos valores para cada punto del espacio (hr(t,x,y,z),

hg(t,x,y,z)), como también sucede con las temperaturas Tr y Tg.

Conocer la transmisión de calor del proceso de combustión hacia fuera nos permite

diseñar modelos de motores más fiables, y en concreto, sistemas de refrigeración más acertados

y seguros.

A las ecuaciones anteriores podemos añadir una cuarta, combinación lineal de todas ellas:

1 1.

g r

gg

s w r r

T TQAeA

h k A h

−=

+ +

i

(4)

Esta ecuación nos permite hacernos una idea de las pérdidas globales a partir de la

diferencia de temperatura entre el gas de combustión y el refrigerante. La sustitución de esta

ecuación en las anteriores permite conocer otras temperaturas que intervienen en el proceso,

como las temperaturas en las superficies del cilindro en contacto con el gas y con el refrigerante,

valores que dan idea de las dilataciones y esfuerzos térmicos, así como de las garantías de

mantenimiento de la lubricación.


8

Ecuaciones semiempíricas de Transmisión de Calor al refrigerante.

Existen diferentes puntos de vista para acercar el estudio de de la Transmisión de Calor de la

cámara de combustión del motor al refrigerante.

• Modelado de la combustión en cuanto al estudio de la evolución del fluido en el motor:

Ecuaciones de Eichelberg y de Woschni

• Predicción del flujo de calor medio en las peores condiciones de refrigeración para el

conjunto del motor: Correlación de Taylor y Toong.

Ecuación de Eichelberg.

El modelo consiste en reducir el proceso de combustión a una ecuación de transmisión de calor

por convección:

( ).g g wQ h T T A= −i

dónde se mantiene la nomenclatura anterior, y Tw

representa la temperatura media de las paredes del motor.

Para la determinación del coeficiente de película, Eichelberg realizó una corrección

empírica de la ecuación de Nusselt, aplicable a una cámara esférica con convección libre,

obteniendo:

37,8.10 . .m gh c p T−= donde

h se expresa en W/m2ºC

cm (velocidad lineal media) se expresa en m/s

p en N/m2

y Tg en K

Esta ecuación de Eichelberg está bastante extendida debido a su razonable exactitud, y a su

extraordinaria sencillez.

Ecuación de Woschni:

Esta ecuación es la más utilizada de todas las que evalúan las pérdidas de calor en

motores, sobre todo en motores diesel, puesto que fue para ellos para los que se desarrolló. La

mayor parte de los motores actuales de autobuses y autocares son motores diesel, una menor

proporción de gasolina, y una pequeña parte, casi anecdótica por el momento, otros medios de

generación de potencia como los de pila de hidrógeno, etc., por eso, siendo la correlación de

Woschni la de mayor exactitud para motores diesel, nos vamos a interesar un poco más en ella.


9

Para Woschni el punto de partida es la misma ecuación de convección que para

Eichelberg, pero el coeficiente de película lo obtiene a partir de la ecuación adimensional de

transmisión de calor en conductos:

( ).g g wQ h T T A= −i

; 0,8.ReNu k=

Y se ha utilizado el diámetro del cilindro como longitud característica. Esto permite

realizar algunas hipótesis, y ajustar los valores experimentales a la expresión: 0,8

2 0,2 0,8 0,531 2 01,3.10 . . . . ( )

g

T cam

CA CA

V Th D p T C c c p pp V

− − = + −

Con la nomenclatura anterior, y:

VT volumen desplazado por el embolo en m3

TCA temperatura de la carga al final de la admisión

pCA presión de la carga al final de la admisión

VCA volumen final de la carga al final de la admisión

Y siendo C1 y C2 constantes que varían con el tipo de motor y la fase de trabajo considerada:

Cámara abierta Cámara dividida

C2 3,24.103 m/sK 6,22 .103 m/sK

Renovación de la carga Compresión o expansión

C1 6,18+0,417 cu/cm 2,28+0,308 cu/cm

Siendo cu la componente tangencial de la velocidad del gas en la cámara de combustión,

y en el caso de que no pueda obtener de forma empírica se puede despreciar por su pequeña

aportación. La expresión entre corchetes representa la velocidad media de los gases

considerando el movimiento del émbolo y el proceso de combustión.


10

5.- Comparación entre diferentes coeficientes de película

En la gráfica se pueden apreciar los distintos valores que toma el coeficiente de película

en cada una de las expresiones disponibles para conocer la transmisión de calor en los motores.

Ambas expresiones permiten determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo, o

integrando a lo largo de un ciclo, la cantidad de calor total.

Q Q t= ∂∫i

en las correlaciones de Woschni y Eichelberg

Son necesarias para hacer cálculos paso a paso, como se ha hecho en el estudio representado en

la figura, a lo largo de 200 ciclos.

6.- Integración en 200 ciclos


11

La ecuación de Taylor y Toong, en cambio, está concebida para calcular directamente la

cantidad media de calor transmitido por unidad de tempo al refrigerante:

.Q Q t= ∆i

en la correlación de Taylor y Toong

Ecuación, o correlación, de Taylor y Toong:

La ecuación se plantea como un proceso de convección . ( )m p g rQ h A T T= −i

Aquí se hace una correlación entre los números de Nusselt y de Reynolds respecto del

diámetro del pistón, para muchos motores diferentes, encontrando una correlación clara: 0,7510, 4.ReNu −= , y con esta expresión, el coeficiente de película queda:

0,750,25

0.7510,4 gm

kh m D

µ−=

i

7.- Relación entre los números de Nusselt y Reynolds según Taylor


12

Balance térmico de un motor

N r g res a ratQ Q Q Q Q Q Q= + + + + +i i i i i i i

siendo los calores equivalentes a: tQi

Energía total del combustible: 100%

NQi

Potencia en el eje 40%

gQi

Calor en gases de escape 25%

rQi

Calor en el sistema de refrigeración 25%

aQi

Calor cedido al aceite 3%

resQi

Calor por combustión incompleta 2%

raQi

Calor por radiación 5%

Comportamiento del motor durante el tiempo de trabajo.

La transmisión de calor en el motor no sólo se determina constructivamente, sino que el

movimiento y uso del motor introducen variables cuyos efectos podemos esbozar brevemente:

• Un aumento en el grado de admisión de combustible (o la inyección) α hace aumentar el

calor transmitido, aumentando las tensiones térmicas debido a una mayor riqueza en la

mezcla, y unas condiciones de combustión extremas.

0 Re , ( )QNu hg Tsg Tsg TsrAg

α∆ > ⇒ ↑ ↑⇒ ↑⇒ ↑⇒ ↑⇒ − ↑

i

• De igual modo ocurre aumentando el régimen de giro n:

0 Re , ( )Qn Nu hg Tsg Tsg TsrAg

∆ > ⇒ ↑ ↑⇒ ↑⇒ ↑⇒ ↑⇒ − ↑

i

En cuanto al tamaño del motor, los motores de autobuses y autocares tienen un tamaño

intermedio, entre lo que consideramos motores pequeños (de motocicleta y domésticos), y los

motores grandes (industriales y navales). Cuanto más grande es el motor, y más potencia da,

mayores son sus perdidas totales, pero, en general, menores son sus pérdidas relativas. A esto lo

denominamos que un motor es más adiabático (en términos relativos) que uno más pequeño,

aunque estrictamente no pudiéramos emplear el término “adiabático


13

3.- Sistema de Refrigeración

En los sistemas de refrigeración para automoción, como ya se dijo anteriormente, rara

vez llevan un refrigerante distinto del aire o del agua.

8.- Circuito de refrigeración

3.1.- Refrigeración por agua

El agua como refrigerante se encarga de llevar la energía térmica del motor a un

elemento llamado radiador que es quien finalmente elimina el exceso de calor utilizando aire

como refrigerante, por lo que decimos que es un sistema de refrigeración indirecto.

9.- Componentes del circuito

1.- Bomba

2.- Canales en cilindros

3.- Canales en culata

4.- termómetro

5.- Termostato

6.- radiador

7.- intercambiador

8.- Electroventilador

9.- Termocontacto eléctrico del ventilador


14

Bomba

Se suelen usar bombas centrífugas de alto caudal, tamaño educido y pocas

sobrepresiones. Lo normal es que la bomba de agua se sitúe a la entrada del motor para que el

agua de los canales vaya de debajo de arriba, empezando el contacto con superficies a menor

temperatura, reduciendo el riesgo de cavitación, y evitando problemas de que la bomba no esté

cebada.

La bomba está en funcionamiento desde que el

motor se enciende, y se acciona a través de una correa

ligada al cigüeñal, lo que además produce una sencilla y

automática regulación de velocidad. La bomba usa la

fuerza centrífuga para impulsar el agua que entra por una

cavidad en el centro de la bomba, y al girar accionada

por la correa impulsa el agua por los canales de

refrigeración. 10.- Bomba centrífuga

El salto térmico del refrigerante condiciona el caudal, afectando a la elección de la

bomba, y a su potencia de accionamiento.

Refrigerante

Como fluido refrigerante se utiliza agua, por ser abundante y barata. Los problemas del

agua como refrigerante son su elevado punto de congelación (0ºC), para lo cual necesitamos

anticongelante que lo baje, y un bajo punto de ebullición que produce que sea fácil la

vaporización del agua, forzando a que el circuito vaya presurizado.

El anticongelante que se emplea más habitualmente es el etilenglicol (C2H6O2), que aunque

reciba el nombre de anticongelante cumple ambas funciones de anticongelante, y antibullente.

Agua pura 50/50 C2H6O2/agua 70/30 C2H6O2/agua

Punto de congelación 0 ºC -37 ºC -55 ºC

Punto de ebullición 100 ºC 106 ºC 113 ºC


15

El principal problema del etilenglicol es su toxicidad, tanto para seres humanos como

animales, ya que produce cristales de oxalato de calcio en los riñones hasta el fallo renal.

También es habitual encontrar aditivos en los anticongelantes, como tintes de colores

azules y verdes para identificarlos, o añadidos anticorrosivos, o agentes reparadores para las

paredes interiores del circuito de refrigeración, solo accesibles siguiendo el circuito del fluido.

Radiadores

El radiador es un tipo de intercambiador de calor diseñado para transmitir calor del

refrigerante caliente que circula por el interior de los tubos (normalmente en vertical) al aire frío

que lo atraviesa perpendicularmente. Actualmente muchos radiadores de automoción, incluidos

los modernos de autobuses, se fabrican en aluminio, haciendo soldadura fuerte de pequeñas

aletas a los tubos planos de aluminio. El refrigerante fluye de la toma de entrada a la de salida a

través de los muchos tubos paralelos. Las aletas recogen el calor de los tubos y lo intercambian

con el aire.

11.- Distintas configuraciones de cambiadores aire-agua

Algunas veces los tubos del radiador tienen un tipo especial de aletas interiores

encargadas de producir turbulencia en el fluido refrigerante. Si el movimiento del fluido fuera

estrictamente en régimen laminar, sólo el fluido en contacto con las paredes del tubo tendría un

enfriamiento directo. La transmisión de calor es proporcional a la diferencia de temperaturas

entre el tubo y el fluido en contacto con sus paredes, por lo que si el fluido en contacto con el

tubo en régimen laminar se enfría rápidamente, se transmitirá menos calor. Creando la

turbulencia interior al flujo, todo el flujo se va mezclando, manteniendo más alta la temperatura

del refrigerante más tiempo, y aprovechando todo el refrigerante de forma más eficiente.


16

12.-aletas de turbulencia y flujo turbulento creado en el interior del tubo

Los radiadores suelen incorporar un depósito a cada lado, e interior a los depósitos se

encuentra un enfriador, que es un intercambiador de calor pequeño, un radiador dentro de un

radiador, que recoge el calor del aceite de la de transmisión y lo pasa al refrigerante, con la

única salvedad que en vez de intercambiar calor con el aire, el aceite cambia calor con el

refrigerante del radiador.

13.-Nucleo de Radiador de automoción

Tapa del radiador

La tapa del radiador permite aumentar el punto de ebullición del refrigerante en unos

25ºC mediante métodos mecánicos. Esta tapa es en sí una válvula de presión, que normalmente

queda fijada en torno a 20 psi. El punto de ebullición del refrigerante aumenta cuando se

encuentra presurizada. La refrigeración en sistemas en sobrepresión no sólo aumenta el punto de

ebullición, sino que también permite una mayor transmisión de calor.


17

El calentamiento del líquido refrigerante produce aumento de presión en el sistema de

refrigeración, y una expansión del fluido. La válvula de presión de la tapa permite descartar una

parte de refrigerante cuando se excede una presión preestablecida (la presión de tara de la

válvula). De este modo en vez de seguir aumentando la presión, se mantiene constante en dicho

valor, y se puede seguir intercambiando calor con el refrigerante a presión constante.

14.- Válvula de presión y depósito

15.- Válvula en sobrepresión

En sistemas de refrigeración con recuperación de refrigerante, junto al radiador se

encuentra un pequeño depósito a continuación de la válvula.

Estos sistemas permiten un flujo bidireccional del refrigerante, por lo que cuando la

presión sube, parte del refrigerante sale por la válvula de presión al recipiente, y cuando se para

el motor, y se enfría, se crea una depresión en el circuito. De este modo, podemos encontrar que

la tapa del radiador permite el regreso del refrigerante al circuito cuando baja la presión, pero

esto conlleva un cierto riesgo de que se introduzca aire, con el perjuicio que ello conlleva.

16.- Partes de la válvula bidireccional


18

Para evitar esto, casi todos los sistemas de refrigeración con recuperación de

refrigerante llevan en la tapa una válvula de presión, y una válvula de vacío, que solo permite el

retorno de refrigerante. La tara de depresión de la tapa del radiador debe estar en las cotas más

altas de la depresión admitida por el radiador sin superarla, ya que presiones de vacío pueden

provocar daños en el sistema de refrigeración por colapso interior en sus puntos más débiles.

17.- Accionamiento válvula de presión

18.- Accionamiento válvula de vacío

Termostato

La función del termostato está encaminada a hacer que el calentamiento del motor hasta

temperaturas de trabajo sea lo más rápido posible. Es la función alternativa, y complementaria,

del circuito de refrigeración. Una vez alcanzada la temperatura de trabajo, se encarga de

mantenerla, variando el recorrido del refrigerante, permitiendo su entrada, o no, en el radiador.

Consta de un cilindro exterior en contacto con el agua, y en su interior se coloca cera con

un coeficiente de dilatación conocido. Si se alcanza las condiciones límite de dilatación, se abre

una trampilla. Se coloca a la salida del motor de modo que puede alterar el circuito de

refrigeración a partir de las condiciones de salida, y afectar al recorrido del refrigerante para la

siguiente entrada al bloque motor.

19.- Termostato en posiciones abierta y cerrada


19

Con el motor frío, la trampilla está cerrada, y el circuito de refrigeración tiene cerrado el

acceso al radiador. El fluido refrigerante se devuelve a la bomba y se recircula para que se

caliente lo antes posible. Al subir la temperatura del motor parte del agua se va dejando pasar

por el radiador, y se enfría más rápidamente que la que solo pasa por la bomba. Cuando las

condiciones de trabajo son suficientemente altas, la temperatura del refrigerante hace que el

termostato esté completamente abierto, y todo el agua pase por el radiador, y en según que casos,

como con el motor en marcha, y el vehiculo parado, se acciona también el electroventilador para

que el agua del radiador se enfríe con la convección forzada que proporciona el ventilador.

20.- Circuito de refrigeración a baja temperatura. Termostato cerrado

21.- Circuito de refrigeración sobrecalentado. Termostato abierto

22.- Circuito de refrigeración con calefacción interior activada


20

En la última secuencia podemos ver también el funcionamiento de un circuito de adicional que

aprovechando el calor de refrigeración para introducirlo en los convectores constituye el circuito

de calefacción del vehículo.

Ventilador

El accionamiento del ventilador debe estar controlado para que, como el termostato,

ayude a mantener constante la temperatura del motor.

Los autobuses montan el motor en la parte trasera del vehículo, tanto en posición

transversal como longitudinal. Aún así, hay autobuses que llevan el motor en posición delantera,

pero es menos frecuente.

La posición transversal del motor permite que lleven electro-ventiladores, que se pueden

controlar mediante una válvula termostática como la descrita anteriormente, o mediante el

ordenador de abordo. Se ponen en funcionamiento cuando la temperatura del refrigerante supera

cierta temperatura, y se para cuando la temperatura baja.

En posición longitudinal, los ventiladores se accionan mediante un embrague viscoso

ligado al motor, situado en la toma de aire del ventilador. El aumento de temperatura hace que

el fluido interior al embrague se espese, y el ventilador es arrastrado a mayor velocidad cuanto

mayor es la temperatura.

23.- Motor trasero de autobus en posición longitudinal

24.- Embrague viscoso

3.2.- Refrigeración por aire

La norma general nos indica que los motores de combustión pequeños se refrigeran por

aire, si bien las características de los motores de autobuses y autocares desaconsejan este

sistema, por la elevada carga térmica que se genera en los procesos de combustión. El problema

de la refrigeración se ve acrecentado en zonas de escasez de agua, zonas de elevadas


21

temperaturas y desérticas. En estas zonas, la refrigeración pasa a ser un factor crítico en el

mantenimiento del motor.

En los casos en que la refrigeración sea necesariamente por aire, no hay posibilidad de

añadir refrigerantes al aire ambiente que faciliten el enfriamiento, siendo la única posibilidad la

incorporación de sistemas que aprovechen de la forma más eficiente posible el aire disponible,

como son sistemas de convección forzada (soplantes) que permitan que la refrigeración sea

directa (frente a la indirecta en refrigeración por agua), y una máxima superficie de contacto con

el sistema a refrigerar, mediante la adición de elevado número de aletas exteriores.

25.- Motor de motocicleta, aleteado y refrigerado por aire

Al igual que el circuito de refrigeración en sistemas refrigerados por agua, los sistemas

refrigerados por aire permiten incorporar un elemento que haga las veces de termostato, un

sistema de regulación de caudal que mediante compuertas permita alargar o acortar el circuito

de aire, así como el caudal que lo recorre.

La combinación de estos sistemas garantiza una cierta capacidad de refrigeración, pero produce

un nivel sonoro no asumible en zonas urbanas.

Ventajas del agua frente al aire

• Permite temperaturas de funcionamiento más elevadas • Caudales de flujo menores en el electroventilador que en la soplante • Regulación más simple y perfeccionada • La ausencia de aletas (salvo en el radiador) hace que haya menos suciedad • El motor es más silencioso.

Inconvenientes del agua frente al aire:

• El aire da menos averías • Menos autonomía por usar agua. • Incrustaciones en cámaras de agua


22

II.- SISTEMA DE CALEFACCIÓN DE UN

AUTOBUS/AUTOCAR.

1.- Introducción

En este apartado se van a ilustrar los principales elementos empleados en los sistemas de

calefacción para autobuses/autocares. Son dos los elementos que diferencian sustancialmente el

sistema de calefacción de un turismo respecto del empleado en un autobús/autocar: el convector

y el precalentador. A continuación se van a describir ambos elementos para una mejor

comprensión de los mismos. Es necesario comentar que existe la posibilidad de calefactar el

vehículo mediante un sistema de climatización por bomba de calor, pero ése no es el estudio

aquí realizado, sino que se trata en un apartado destinado a la climatización.

26.- Sistema de calefacción de un turismo

.

27.- Sistema de calefacción de un autobúsr


23

.

2.- EL CONVECTOR

El convector es el elemento destinado a la calefacción del habitáculo. Para ello se basa

en los principios de transmisión del calor, concretamente en el fenómeno de la convección, que

se puede resumir de la siguiente forma:

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un fluido (líquido o un gas) es

casi seguro que se producirá un movimiento llamado convección. Si se calienta un líquido o un

gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir, el fluido más caliente y menos

denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento,

debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina

convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de

presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

28.-Calentamiento de un líquido

Así pues, para lograr la calefacción del habitáculo del vehículo, se emplearán unos

aparatos, llamados convectores, que utilizan el fluido refrigerante proveniente del sistema de

refrigeración del motor del vehículo.


24

29.- Elementos para el intercambio de calor

Es preciso recordar que a pesar de tratarse de equipos basados en la convección,

también emiten calor por radiación.

Como se ha indicado antes, existen dos tipos de equipos, según el tipo de convección:

1. Convección forzada

2. Convección natural, convectores.

CONVECCIÓN FORZADA:

Calefacciones bajo asiento y bajo piso.

30.-Elementos para Calefacción

-Dan una potencia calorífica de 8 a 12kW.

-La distribución del aire es con un caudal de 400m3/h a 1150m3/h

-La tensión es 12/24V

-Por su gran caudal y sus dimensiones reducidas es ideal para un rápido calentamiento.


25

CONVECCIÓN NATURAL (CONVECTORES)

Pueden ser de uno o dos tubos, como tenemos en el esquema siguiente:

modelo EASY PSC-1T de un tubo modelo EASY PSC-2T de dos tubos

características:

-1 tubo

-Tamaño 173*75mm

-diámetro del tubo 60mm

-500W/m

características análogas al anterior modelo

-2 tubos

-Tamaño 173*75mm

-diámetro del tubo 60mm

-720W/m

31.- Salidas de calefacción bajo los asientos

• Idénticas dimensiones para uno o dos tubos

• Aleta recortada para ángulos especiales y espacios reducidos

• Posibilidad de suministro desde 550W/m a 720W/m

• Preparados para incorporar aire forzado con el mismo diseño

• Especial diseño de soporte de sujeción a pared, muy fácil adaptación, manipulación e

instalación


26

En ambos casos, el accionamiento de la calefacción se ha de realizar desde el puesto de

conducción del vehículo. Para ello se emplearán llaves de accionamiento que permitan o

impidan el paso de fluido hacia los convectores según las necesidades de temperatura.

32.- Equipos de suelo

33.- Equipos de suelo

3.- PRECALENTADOR

A continuación se van a describir todos los aspectos relacionados con el elemento más

característico del sistema de calefacción de los autobuses: el precalentador. Aunque se ha

realizado un estudio válido para cualquier tipo de precalentador de agua, los datos técnicos que

se muestran son los referentes a los precalentadores modelo Hydronic 16/24/30/35 de la firma

Eberspächer.


27

34.- Precalentador

El precalentador consiste en un cambiador de calor y un quemador intercambiable. El

intercambiador de calor es una cámara de combustión, constando de un tubo de llama con

mezclador integrado. Si fuera necesario, el tubo puede ser extraído del intercambiador. La

unidad de control y el motor eléctrico están unidos bajo la tapa del quemador a la brida del

quemador. La bomba de combustible está integrada a la carcasa del quemador.

Para trabajar con el precalentador, se requiere el siguiente equipo adicional:

• Bomba de agua.

• Componentes para la conexión al circuito de refrigeración.

• Equipo adicional para el suministro de combustible.

• Equipo adicional para el quemador de gas.

• Elementos de control.

Características especiales

Si el caudal de agua es insuficiente, la temperatura de salida será limitada. La

temperatura de salida del agua es controlada continuamente. Si la temperatura se incrementa

demasiado (debido a un caudal de entrada insuficiente) el precalentador se desconectará

automáticamente y saltará su válvula de retardo, para reiniciarse el ciclo con posterioridad. Los

valores del sensor de temperatura se comparan continuamente con el valor de corte por

seguridad. Si la diferencia entre estos valores es demasiado grande, se produce la desconexión.


28

DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO.

Encendido del precalentador

Cuando el precalentador se conecta, se activa un testeo que dura 3 segundos, tras el cual

empieza a funcionar la bomba del agua. Si la temperatura del refrigerante es menor de 5 ºC, el

arranque del quemador se demora durante sesenta segundos. Este retardo se debe a la actuación

de un cartucho de calentamiento situado en la pieza inyectora de combustible, para facilitar el

arranque en frío.

Encendido del quemador

El motor eléctrico arranca y mueve el ventilador y la bomba de combustible.

Transcurridos diez segundos, se inicia la ignición a la que sigue la apertura de la válvula

soleniodal. Dentro de este mismo periodo de diez segundos se realiza una comprobación del

giro del motor eléctrico. En la cámara de combustión la combinación de combustible y aire da

lugar a la mezcla. Al saltar una chispa de alto voltaje se produce la combustión de la mezcla. El

monitor de la llama detecta la frecuencia de parpadeo de la llama y desconecta el generador de

la chispa de combustión. El sistema es controlado electrónicamente y el número de veces que se

desconecta está condicionado por las diferentes exigencias caloríficas de cada momento. Los

gases inflamables calientes fluyen a través del cambiador de calor y transmiten el calor al agua

que circula a través del mismo.

Opciones

Cuando la opción de baja temperatura está seleccionada, el valor de selección de corte cae

aproximadamente ocho grados. La bomba de agua puede ser manejada independientemente si se

hace de manera adecuada. El ventilador del vehículo se controla mediante el encendido/apagado

en las siguientes temperaturas:

• Temperatura del agua > 55 º C --> ventilador encendido.

• Temperatura del agua <50º C --> ventilador apagado.


29

35.- Comportamiento en distintos modos de trabajo

Apagado del precalentador

Una vez que el precalentador ha sido apagado, la válvula solenoidal de combustible se

cierra y en el mismo instante comienza un retardo de corte de tres minutos. Finalizado este

tiempo de retardo, el precalentador se desconecta automáticamente. El calentador trabaja en

función de la demanda de calor. Por tanto, los tiempos de encendido y apagado del quemador

son de distinta longitud. La bomba de agua continua funcionando todo el tiempo que el

calentador está encendido, así como en los intervalos en los que la válvula de retardo produce el

corte. El combustible continúa circulando hasta que el calentador es desconectado, incluso

durante los tiempos de desconexión producidos por la válvula de retardo. La corriente de aire

para la combustión favorece la evacuación de los gases de escape residuales, así como la

refrigeración de las partes calientes existentes en el intercambiador de calor. Al mismo tiempo

la bomba de agua disipa el calor sobrante en el intercambiador para favorecer su refrigeración.

Pasado el periodo de refrigeración, la bomba de agua y el ventilador de aire para la combustión

se desconectan automáticamente.


30

36.- Esquema de componentes

1 Tapa (Control de CO2) 10 Sensor de corte por temperatura 19 Tubo de llama

2 Acoplamiento 11 Relé 20 Cambiador de calor

3 Unidad de control 12 Fusibles 21 Bomba de agua

4 Generador de chipa 13 Temporizador modular 22 Conexión para el tubo de escape

5 Monitor de llama 14 Turbina A Salida de gases

6 Válvula solenoidal 15 Motor eléctrico B Combustible

7 Sensor de temperatura 16 Conexión para combustible V Aire para combustión

8 Electrodos de ignición 17 Cartucho de calentamiento WA Salida de agua

9 Cámara de combustión 18 Vaporizador WE Entrada de agua

Posición de instalación

El precalentador debería ser instalado tan bajo como fuera posible en el vehículo. Se

debe montar el precalentador bajo el nivel mínimo de refrigerante, es decir, por debajo del vaso

de expansión, radiador... por ejemplo, en el compartimento del motor o en el área de equipaje.


31

Esto asegurará que el precalentador y la bomba del agua estarán ventilados. Se permiten

otras posiciones de instalación en tanto y en cuanto cumplan con los requerimientos de

instalación que se comentan más adelante. Cuando se elija la ubicación para el precalentador, se

debe prestar atención para asegurarse que hay suficiente espacio para desmontar la tapa (130

mm.) y el quemador (375 mm.). Todas las aperturas hacia el exterior deben ser a prueba de

salpicaduras. Está prohibida la instalación en la cabina del conductor o en el compartimento de

pasajeros en autobuses con más de ocho plazas además de la del conductor. A continuación se

muestra un posible ejemplo de la instalación.

37.- instalación en autobus

Instalación del precalentador en una caja

Si la instalación en el compartimento del motor o en el compartimento de equipajes no

es posible, el precalentador también puede ser instalado en una caja. La caja que contenga el

precalentador será anclada al vehículo en una localización adecuada, por ejemplo anclada al

chasis. Se recomienda montar una tapa con una conexión para un tubo para facilitar la entrada

del aire necesario para la combustión a través de un tubo flexible. Con este montaje es posible

tomar el aire necesario para la combustión de una zona donde la temperatura está dentro del

rango permitido y proteger al precalentador de la suciedad. También es necesario colocar una

rejilla de protección para el tubo flexible para evitar que se introduzcan objetos.


32

38.- Precalentador en caja

Reglamentación

El año en que el precalentador fue instalado debe ser mostrado en la placa de

identificación. Para ello en la placa figuran los números de tres años en la parte inferior. El año

adecuado debe ser indicado eliminando los años que no son correctos. La placa de identificación

debe ser fijado al quemador y deber ser fácilmente visible en la posición de instalación. Si no

fuera el caso, se puede fijar un duplicado que contenga la misma información que la placa

original un una posición adecuada. La placa está unida al quemador y debe ser fácilmente

visible en la posición de instalación. Si esto no fuera posible, se debe colocar un duplicado que

contenga la misma información en un lugar visible en el precalentador o en la cubierta del

mismo. El duplicado debe colocarse de modo que permita ser retirado.

39.- Placa de información


33

Instalación permitida y posiciones de fijación

El precalentador debería ser siempre situado en su posición normal. Para esto, se deben

transferir los cuatro agujeros de ajuste y el agujero pasante para el tubo de escape (como se

muestra la siguiente figura) a la superficie de montaje y taladrar. Se debe ajustar el

precalentador al vehículo con los dos soportes de montaje. Es preciso tener en cuenta que la

superficie de apoyo para los dos soportes de montaje ha de ser plana. Dependiendo de las

condiciones de instalación, el precalentador puede montarse inclinado, como se muestra en las

siguientes figuras. Se permite una desviación durante el funcionamiento del calentador (a causa

de la inclinación del vehículo) por encima de los 15 º en cualquier dirección.

40.- Posiciones de instalación permitidas


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41.- Plantilla para agujeros del precalentador

Instalación de la bomba de agua

La bomba de agua debe ser instalada en el punto más bajo del circuito de refrigeración,

teniendo en cuenta la posición de instalación. Se deben transferir los cuatro agujeros de ajuste

para al el soporte de la bomba de agua a la superficie de montaje (como se muestra en el

diagrama) y taladrar. Por último ha de sujetarse la bomba de agua al vehículo con el soporte. No

se deben colocar válvulas de corte en los tubos de agua conectados a la toma de aspiración de la

bomba de agua. La superficie de contacto con el soporte para la bomba de agua debe ser plana.


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42.- Posiciones de instalación permitidas para dos bombas Plantilla para agujeros y curvas de entrega.

Sistema de escape de gases. Regulación

La salida debe ser diseñada de tal forma que no sea posible la introducción de una bola

de 16 mm. de diámetro. Las tuberías de escape deben ser colocadas de tal manera que no haya

posibilidad de que entren gases de escape en el interior del vehículo. Las partes del vehículo que

son importantes para el funcionamiento de de este sistema deben estar en buen estado. La

apertura del tubo de escape debería encararse hacia arriba o hacia un lado o, si el tubo de escape

está orientado bajo el suelo del vehículo, debería ser alargado hacia un lateral o la parte trasera

de la cabina del conductor del vehículo.

Siempre que se produce la combustión se generan altas temperaturas y gases de escape

con elementos tóxicos. No se debe realizar ningún tipo de trabajo en el tubo de escape mientras

el precalentador está en funcionamiento. Si se necesita realizar cualquier tipo de trabajo en el

tubo de escape, apague el precalentador, espere hasta que todos los componentes se hayan

enfriado, y si fuera necesario, utilice guantes de protección. No respirar gases de escape.

El tubo de escape está muy caliente durante el funcionamiento e inmediatamente después

de apagar el precalentador. Por este motivo es necesario montar el tubo de escape con la

suficiente separación de cualquier componente sensible al calor. En particular, es preciso tener

en cuenta los circuitos de combustible y del líquido de frenos. Los tubos de escape deben estar

bien fijados (con una distancia estándar de 50 cm.) para evitar cualquier daño que se pueda

producir por la vibración de los mismos. Y deben colocarse de tal forma que los gases de escape

no sean tomados como gases de combustión.


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Cuando se sitúe el precalentador en el interior de una caja con un tubo de escape corto,

éste debe ser conducido al exterior por el fondo de la caja. Las partes del vehículo que son

importantes para el funcionamiento de de este sistema deben estar en buen estado (tener en

cuenta de mantener suficiente separación). No se debe permitir que la salida del tubo de escape

sea atascada por suciedad o nieve. No se debe colocar la salida de tubo de escape apuntando a la

dirección normal del movimiento.

Fijación del tubo de escape

El tubo de escape puede ser colocado como se muestra en la siguiente figura.

• Tubo de escape de 70 mm. de diámetro, inclinado 60º.

• Tubo de escape de 70 mm. de diámetro.

• Codo de tubo de escape de 70 mm. de diámetro.

• Tubo de escape de acero aleado o no aleado, de 70 mm. de diámetro, longitud máxima

de 4 m., espesor mínimo de 1 mm.

• Un codo de tubo de escape de 70 mm. de diámetro.

• Una tapa para el tubo de escape (el dibujo se muestra a continuación)

• Tubo de escape flexible de 70 mm. de diámetro, longitud máxima de 4 m.

• También necesaria una tapa.

43.- Tapa para el tubo de escape


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44.- Longitudes permitidas en el escape

Anclar el tubo de escape al suelo del vehículo en los lugares adecuados.

Montar la tapa final con barras cruzadas en el tubo de escape.

El tubo de escape puede ser girado como máximo 3 x 90º, en cuyo caso la longitud total se

reduce 0,5 m. por cada giro de 90º.

Para permitir que los condensados fluyan, se debe taladrar un agujero de 5 mm. de diámetro en

el punto más bajo del tubo de escape.

Sistema de entrada de aire para la combustión. Regulación.

El aire necesario para la combustión debe ser tomado del exterior. La entrada de aire de

combustión debe ser diseñada de tal forma que no se permita la introducción de una bola de 16

mm. de diámetro.

Cuando se coloque el sistema de combustión debe ser tenido en cuenta lo siguiente:

• La entrada de aire para la combustión ha de estar siempre al descubierto.

• Disponer la entrada de aire para la combustión de forma que los gases de escape no

puedan ser tomados para la combustión.

• No colocar la entrada de gases para la combustión de forma que coincida con el flujo de

aire del vehículo.

• No se debe permitir que la entrada de aire para la combustión sea ocluida por suciedad o

nieve.

• Se debe drenar cualquier cantidad de agua que entre en el sistema.


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Sistema de aire para la combustión cuando el precalentador está situado en una caja.

Cuando se instala el precalentador en una caja, se recomienda montar una tapa con una

conexión para un tubo para conducir el aire para la combustión. El aire para la combustión se

introduce a través de un tubo flexible. De este modo es posible tomar el aire de una zona donde

la temperatura esté dentro del rango de temperaturas admisible y protegido de la acumulación de

suciedad. También se debe colocar un filtro de protección en el tubo flexible. Si no se emplea

una tapa con conexión para tubo, el aire para la combustión debe ser aspirado a través de una

rejilla con un área efectiva equivalente a un tubo de 60 mm. de diámetro. El respiradero para la

combustión debe ser colocado de tal forma que permita que no sea ensuciado por el polvo o la

nieve y que los gases de escape no sean absorbidos.

45.- Sistema de aire para precalentador en caja

Circuito refrigerante.

El refrigerante y los componentes del circuito refrigerante alcanzan altas temperaturas.

Es por esto que se deben colocar y anclar los componentes del circuito refrigerante de tal modo

que no haya peligro de quemaduras para las personas, animales o cualquier otro material

sensible a la temperatura, tanto por conducción, como por radiación.

Antes de realizar cualquier trabajo en el circuito refrigerante, es necesario apagar el

precalentador e esperar a que los componentes se hayan enfriado completamente y si fuera

preciso, llevar guantes de protección. Al instalar el precalentador, se ha de anotar

cuidadosamente la dirección de flujo del circuito refrigerante. Los tubos de agua deber ser

colocados de tal forma que no se colapsen y si es posible que se inclinen hacia arriba. Cuando se

produce la instalación, se tiene que dejar suficiente espacio entre los tubos y cualquier parte


39

caliente del vehículo. La bomba de agua debe ser protegida de las temperaturas extremas, así

como asegurar todas las conexiones entre tubos con cierres adecuados (par de apriete 1,5 Nm.).

Por último, se recomienda reapretar los cierres después de que el vehículo haya circulado

durante dos horas o 100 km.

El flujo mínimo de agua sólo está garantizado si la diferencia entre las temperaturas de

entrada y de salida del agua no excede de 10 º C durante la combustión.

Debe haber al menos 10 litros de refrigerante en el circuito. Sólo se deben usar válvulas de

descarga de presión con valores de apertura situados entre 0,4 y 2 bar. en el circuito refrigerante.

Antes de usar el calentador por primera vez o después de cambiar el refrigerante, el circuito

entero debe ser purgado para asegurarse que la cantidad de burbujas de aire supere las

especificaciones del fabricante y, si fuera necesario, debe ser rellenado con el refrigerante

recomendado por el fabricante. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de instalación

dentro del circuito de refrigeración del vehículo. Otra posibilidad consiste en instalar un circuito

propio para el precalentador con su propio vaso de expansión.

46.- Circuito de refrigerante


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47.- Esquema reducido del circuito

Suministro de combustible.

Cuando se procede a la colocación del circuito de suministro de combustible y la

instalación de un depósito adicional, deben ser tenidas en cuenta las disposiciones legales.

Especialmente se han de seguir las siguientes directrices:

• No está permitido colocar el depósito de combustible ni las tuberías de combustible en el

interior del habitáculo de viajeros, así como en la cabina del conductor.

• Deben ser instalados de tal forma que ni siquiera estuvieran expuestos a un posible

incendio.

• Cuando trabaje en el suministro de combustible, desconecte el motor del vehículo y

apague el precalentador.

• No fume. Esto tiene aplicación también donde el combustible puede ser detectado por su

olor característico.

• No aspire vapor de combustible.

• Asegure todas las conexiones de los tubos de combustible con las abrazaderas adecuadas.


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48.- Tomas de combustible e indicaciones de CO2

4.- Datos técnicos. Planos de conjunto, montaje y despiece

DATOS TÉCNICOS HYDRONIC 16

HYDRONIC 24

HYDRONIC 30

HYDRONIC 35

Medio de transmisión Mezcla de agua y refrigerante (Máx. 50% refrigerante) Potencia (a temperatura ambiente de 20°C) 16,000 W 24,000 W 30,000 W 35,000 W Valores de control de temperatura de entrada del agua ON 73 °C / OFF 78 °C Valores de control de temperatura de salida del agua ON 85 °C / OFF 118 °C Combustible Diesel comercial- DIN 51601 o fuel oil EL - DIN 51603 Consumo de combustible (a temperatura ambiente de -10°C) 2.0 l/h 2.9 l/h 3,65 l/h 4,2 l/h Tensión de funcionamiento 24 V Límite inferior de tensión La unidad de control está protegida contra la caída de tensión, y contra la sobretensión. de modo que si la tensión rebasa por abajo o por arriba el límite predefinido, el precalentador se desconecta.

19 V / 30 V

Consumo de energía eléctrica 60 W 80 W 105 W 120 W Capacidad de agua del cambiador Aprox. 2 l Capacidad de agua del circuito de refrigeración Min. 10 l Caudal mínimo del refrigerante (± 200 l/h) 1,400 l/h 2,000 l/h 2,600 l/h 3,000 l/h

Temperatura ambiente permitida En funcionamiento: -40°C a +85°C Durante el transporte/en almacén:-40°C a + 100°C Para el aire de combustión: <60°C Refrigerante: -40°C a +90°C / corto periodo de tiempo +120°C

Presión de funcionamiento (sistema de refrigeración) < 2,5 bar Valor de CO2 - 9 -11 vol. % 9 -11 vol. % 9 -11 vol. % 9.5 -11.5 vol.

% CO en gases de escape < 0,04 vol. % Índice de humos (prueba del punto de humo escala Bacharach) < 4 Peso Aprox. 18 kg DATOS TÉCNICOS-BOMBA DE AGUA BOMBA ESTÁNDAR BOMBA BUS 2000

Tensión (±20%) 24 V Potencia consumida 110 W 250 W Capacidad / presión de entrega 5,000 I/h - 200 mbar 6000 l/h - 500 mbar


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49.- Explosionado del precalentador

1 Tapa con conexión para tubo

2 Tubo flexible 3 Rejilla de protección 4 Abrazadera 5 Tapa 6 Aspas turbina 7 Unidad de control 8 Motor eléctrico 9 Instalación eléctrica.

10* Deflector

11 Carcasa del quemador con bomba

de combustible integrada.

12 Generador de chispa.

13 Cartucho de precalentamiento.

14* Selector de temperatura 15 Soporte para mechero 16 Deflector 17 Pulverizador 18 Electrodos de ignición 19 Válvula solenoidal. 20 Tubo de llama 21 Intercambiador de calor 22 Sensor de temperatura

23 Sensor de corte por sobrecalentamiento.


43

50.- Explosionado del sistema

1 Precalentador modelo estándar 19 Tubo de entrada de combustible

2 Precalentador modelo compacto 20 Tornillo de acoplamiento, M14 x 1,5

3 Bomba de agua 21 Fijación esférica

4 Bomba de agua 5000 I/h 22 Tuerca selladora, M 14 x 15

5 Abrazadera 40 mm - 47 mm diámetro 23 Tubo de combustible 6 x 1 mm diámetro. (cobre) por metro

6 Codo 38 mm diámetro. 24 Tubo de combustible. 5 x 3 mm diámetro

7 Tubo 38 mm diámetro. 25 Abrazadera 11 mm diámetro.

8 Tubo en T 38-38-38 mm diámetro. 26 Tornillo de acoplamiento, M 14 x 1.5

9 Tubo reductor 38/28 mm diámetro. 27 Válvula de bola, M 14 x 1.5

10 Abrazadera 32mm - 39 mm diámetro. 28 Línea de retorno de combustible

11 Codo, 38 mm diámetro. 29 Válvula

12 Tubo de agua 38 mm diámetro. 30 Junta reductora 8/6 mm

13 Conexión para tubo de escape en ángulo 70 mm diámetro. 31 Tapa con conexión para tubo

14 Conexión para tubo de escape 70 mm diámetro. 32 1 m de tubo flexible, 60 mm diámetro.

15 Conexión para tubo de escape en codo 70 mm diámetro. 33 Abrazadera

16 Filtro de combustible 34 Set de ajuste para los tubos de aire

17 Tornillo de fijación, M 14 x 15 35 Rejilla plástica

18 Junta tórica


44

Imágenes de los elemntos

51.-Quemador

52 Unidad de control

53 Motor del quemador

54 Motor del quemador


45

55 Electrodos de ignición

56 Pulverizador

57 Generador de chispa

58 Generador de chispa


46

59 Válvula solenoide

60 Cartucho de calentamiento

61 Tubo de llama

62


47

63 Sensor de temperatura y

64 válvula de corte de seguridad

65 Medida de CO2


48

66 Bomba de agua. Modelo estándar

67 Bomba de agua. Modelo Bus 2000


49

III.- SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DE UN

AUTOBUS/AUTOCAR

En este apartado se dará una breve explicación del aire acondicionado del automóvil,

comenzando por la evolución del mismo, desde que el hombre se dio cuenta de que 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 automotriz

Los primeros turismos 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 30 km/h. Cuando los fabricantes de automóviles comenzaron a cerrar las cabinas, era

obvio que se debía hacer algo con dicho calor; al principio se colocaron aberturas en el suelo,

pero esto trajo más polvo y suciedad 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 Wheather 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 vehículo 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 automóviles con aire acondicionado en 1941.

Estos primeros sistemas de aire acondicionado tenían una gran desventaja, no existía un


50

embrague en el compresor, por lo que éste siempre estaba encendido mientras el vehículo

estaba en funcionamiento, y para apagar el sistema, se tenía que parar el automóvil, 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 coche y desconectar la correa del compresor.

Los sistemas de aire acondicionado fueron durante 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 1987 el número de unidades de aire

acondicionado vendidas fue de 19 571 000. En la actualidad se estima que el 80% de los

turismos y camiones pequeños en uso poseen unidades de aire acondicionado.

El aumento de unidades de aire acondicionado instaladas en los automóviles en los

setenta y los ochenta se debió a que a finales de los setenta, en los Estados Unidos las

personas comenzaron a mudarse hacía estados más calurosos. Luego, las personas que

compraban vehículos automóviles 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 los extras más caros. 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 funcionasen bien.

Hoy día, las unidades de aire acondicionado son muy eficientes, con sistemas

modernos como el ATC (control automático de la temperatura), más fiable que los termostatos.

Los ordenadores de a bordo también aseguran que tanto conductor como pasajeros estén

cómodos, adecuando la temperatura interior a la que deseada en cada momento.

Las unidades de aire acondicionado portátiles 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, 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.


51

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:

2.1. Compresor

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 correa. Los sistemas de aire acondicionado están divididos en dos circuitos: 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.

2.2. Condensador

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.

2.3. Evaporador

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 la suciedad 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. El refrigerante entra por el fondo del

evaporador como liquido a baja presión. El aire caliente que pasa a través de las aletas del


52

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 hace que disminuya la eficacia 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 Ford y GM. Está situado 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.


53

2.5. Depósito-secador

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.

2.6. Acumulador

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

evaporó, 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.

El aire acondicionado

El sistema de aire acondicionado en un automóvil combina un enfriador y un

calentador para ajustar la temperatura y la humedad del aire interior del vehículo y mantenerlo

cómodo todo el tiempo.

Teoría del Enfriador

El principio del enfriamiento del aire compromete la utilización de las propiedades de

un refrigerante para perder calor cuando es vaporizado. El efecto refrigerante en un enfriador

es logrado por repetidos cambios de estado del refrigerante de gas a líquido y viceversa.


54

Configuración del Enfriador y Secuencia del Enfriamiento

Compresor

El motor es movido por la caja de cigüeñal vía una polea y correa. Este comprime el

refrigerante haciendo que llegue a calentarse y tenga una gran presión.

Condensador

El condensador es montado enfrentado al radiador. La alta temperatura, la alta presión

del refrigerante desde el compresor es pasada a través del condensador donde es enfriado y

licuado.

Tanque Receptor

El refrigerante licuado en el condensador es luego almacenado en este tanque para

suministrarlo al evaporador.

Válvula de Expansión

El refrigerante licuado es enviado desde el tanque receptor y es luego atomizado por

esta válvula e inyectado dentro del evaporador.

Evaporador

El refrigerante atomizado es vaporizado en el evaporador y este es enfriado por el calor

de vaporización. El aire que pasa a través del evaporador es además enfriado y es soplado

hacia fuera como aire frío.


55

68.- Ciclo de aire acondicionado

Configuración del enfriador y flujo del refrigerante

Construcción del Acondicionador de Aire

El aire se toma pasando a través del evaporador y es separado por un regulador, es

mezclado con el aire que está pasando a través del núcleo del calentador. Las dos corrientes de

aire son luego combinadas y sopladas hacia afuera. Para ajustar la temperatura, la cantidad de

aire que pasa a través del núcleo del calentador es ajustada por el regulador mezclador de aire,

cambiando las proporciones de aire frío y aire caliente.

Flujo del aire

69.- Flujo de carga


56

3.- 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:

1. Válvula de expansión(o de laminación)

2. Evaporador

3. Compresor

4. Condensador

5. 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 verá más adelante, pero de

momento nos centraremos en el compresor alternativo y con sus partes descritas en la figura

siguiente:

70.- Compresor alternativo


57

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 para producir una compresión del

gas refrigerante que servirá para obtener una potencia frigorífica. Esta potencia consumida del

motor quedó indicada en el balance energético ya visto en las implicaciones teóricas para el

circuito de refrigeración del motor.

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 está 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 cárter 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.

VÁLVULAS 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.


58

71.- Movimiento alternativo del compresor

a: Pistón en el punto muerto superior c: Pistón en el punto muerto inferior b: Válvula de succión abierta 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.


59

CLASES DE COMPRESORES

Existen una gran variedad de tipos de compresores para automóviles, por lo que solo

explicaremos las características principales de cada uno.

Alternativos con pistones y cigüeñal:

Es el sistema más ampliamente establecido y más antiguo. Se caracteriza por su

gran fiabilidad, por ser el modelo de más 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 laminado con válvulas de

acero también laminado, 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 ha sido modificado por muchas marcas con el tiempo.

Los más usados son:

SANDEN HARRISON:

Su principal característica consiste en un plato sobre el que van abrazados los pies

de biela en forma de bola, la cabeza de la biela también en forma de bola a su vez va abrazada

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.


60

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 total, que es 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, éstos 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 del gripado.

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:

1. Cilíndricos con rotor excéntrico de dos a cinco palas.

2. Ovalados con rotor excéntrico de tres a cuatro palas.


61

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 rpm 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 lanzó 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.


62

Dispositivos de seguridad en los compresores:

Algunos compresores llevan acoplados 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 está 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,...

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 ayudar al 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 termostática del

evaporador, que debe cambiarse.

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

justificación de este sensor.


63

ANOMALÍAS Y AVERÍAS DE LOS COMPRESORES

Los compresores son el elemento mecánico más complejo del sistema de aire

acondicionado y sus posibles averías son muy diversas y normalmente causadas por mal

funcionamiento de otros componentes. Los fallos más 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 compresión de gas en fase de líquido 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 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.


64

• 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 más caros y más higroscópicos.

- Con R-134a no puede utilizarse aceite mineral porque no lo disuelve, por lo que hay que

utilizar los sintéticos de Polialquilglicol.

En los compresores siempre es preferible, 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 (sólo

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 una 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


65

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 pista 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 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 explicó, para que el gas en fase líquida cambie de estado precisa

absorber gran cantidad de calor y éste 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


66

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 perfecto 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 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.


67

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:

72.- Componentes de la válvula de estanqueidad

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.


68

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 más 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 más 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.


69

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.

Esta válvula tiene una pared, que separa la cámara bajo membrana del conducto de salida del

gas hacia el evaporador, esta "pared" está atravesada por los ejes de apoyo del platillo que

sostiene el apoyo de la bola de cierre.

Este tipo de válvula se llama de compensación externa y es para aumentar la

sensibilidad de la válvula.

73.- conjunto válvula

VÁLVULAS DE EXPANSIÓN MONOBLOQUE:

Actualmente se usan este tipo de válvula sin bulbo externo ya que interiormente

efectúan la compensación necesaria y el trocito de capilar que llevan algunas es únicamente

para cargar de gas la parte superior de la membrana.


70

74.- Válvula monobloque

El platillo de apoyo de la membrana comunica a ésta y ésta a su vez al gas

contenido en su cámara superior (el cual disminuye o aumenta su presión) la temperatura del

gas a la salida del evaporador.

VÁLVULAS DE EXPANSIÓN DE TUBO:

En algunas instalaciones de AA en diversos modelos de automóvil (MB-Audi-

Ford-GM) utilizan las llamadas válvulas de tubo ya que van situadas en el tubo de entrada del

evaporador y además porque en su interior llevan un tubito calibrado según necesidades a

través del cual pasa siempre la misma cantidad de gas líquido.

El tipo de paso viene dado por el color del plástico que forma su cuerpo. Blanco, Naranja,

Rojo, Verde, Negro.

75.- Válvula de expansión de tubo


71

CONDENSADOR:

El condensador de un circuito frigorífico es un intercambiador de calor situado a la

salida del compresor, que recibe le gas comprimido por este, a alta temperatura.

CONDENSACIÓN:

La condensación de un vapor puede producirse en varias formas:

• Extrayendo calor

• Aumentando la presión y manteniendo la temperatura constante

• Combinando ambos métodos.

-Extrayendo calor:

Un vapor saturado es aquel que en una condición tal que cualquier enfriamiento

posterior causará la condensación de parte del vapor. Cuando se enfría el vapor, las moléculas

no pueden mantener la suficiente energía y velocidad para vencer las fuerzas atractivas mutuas

y permanecer como moléculas de vapor.

Algunas moléculas, sujetas a las fuerzas de atracción recuperan la estructura

molecular del estado líquido, si se sigue extrayendo calor más moléculas licuarán, hasta

convertirse todas en líquido.

La rapidez con la que fluya el calor a través de las paredes del condensador al

medio condensante es una función de tres factores:

o Área de superficie condensante

o Coeficiente de conductancia de las paredes del condensador

o La diferencia de temperaturas entre el evaporador refrigerante y el medio

condensante.


72

Si consideramos los antiguos condensadores de tubo de cobre y aletas de aluminio, con

tubo de unos 10mm de diámetro, la separación entre tubos era de unos 20mm con lo que

cabían pocos en un espacio fijo. Si en vez de tubo de 10mm se utilizaran tubos de 5mm de

diámetro cabrían más tubos en el mismo espacio. Pero esta operación no es tan simple, porque

al reducir el paso aumenta la pérdida de carga y pasa menos gas.

o La sección de un tubo de 10mm es de 78,54mm².

o La sección de un tubo de 5mm es de 19,63mm².

Por lo cual, para simplemente tener la misma sección habría que colocar 4 tubos de 5 por cada

uno de 10, sin tener en cuenta las perdidas de carga.

Para lograr una mejor condensación se han construido tubos de aluminio extrusionados y

reticulados.

De esta forma se acerca la totalidad del gas a las paredes del tubo, con lo cual se

aumenta la conductibilidad del calor y con menos longitud se mejora la condensación.

Se ha mejorado aún este sistema con los condensadores de flujo paralelo, que

también usan tubos de aluminio extrusionado y reticulado, pero de menor grosor tanto el tubo

como las paredes y para obviar el problema de las perdidas de carga se montan haces tubos

entre los colectores con lo que se aumenta mucho el paso de gas.

TIPOS DE CONDENSADOR:

Existen varios tipos de condensador:

• Serpentín de tubos de cobre y aletas de aluminio

• Serpentín de tubo extrusionado plano, reticulado de aluminio y aletas de aluminio

• De flujo paralelo y multiflujo

• De flujo paralelo serpentines y aletas


73

76.- Condensador

SERPENTÍN DE TUBO DE COBRE Y ALETAS DE ALUMINIO:

Normalmente estos condensadores están formados por dos circuitos paralelos de

tubo de cobre.

Igual que en los evaporadores está formado por tiras de aletas embutidas y

dobladas. A través de las mismas se colocan las horquillas de tubo de cobre.

Formado el paquete los tubos son expansionados haciéndose el total contacto con las aletas.

Finalmente se sueldan las curvas a los tubos en horquilla formando los circuitos y los tubos de

entrada y salida.

77.- Condensador de serpentín

SERPENTÍN DE TUBO RETICULADO:

Este modelo tiene la ventaja sobre otros modelos de que su rendimiento es muy elevado

y a precio menos caro que los otros.


74

Entre los tubos planos va una aleta de aluminio embutida, y soldada al horno.

FLUJO PARALELO O MULTIFLUJO:

Este tipo es el de mayor rendimiento existente; su construcción es parecida a los

radiadores. Formado por dos colectores laterales unidos por tubo reticulado extrusionado de

sección muy delgada unos 2mm de grosor en aluminio.

Entre los tubos, se sitúan aletas embutidas rasgadas y dobladas en zigzag. Todo el conjunto es

soldado al horno por el sistema NOCOLOCK. EL paquete de tubos es cambiado en sentidos

direccionales de paso por medio de placas insertadas en los colectores.

Este tipo de condensador fue proyectado para trabajar con el nuevo refrigerante R-

134a.

78.- Condensador multiflujo

Flujo paralelo y serpentines:

Este modelo también de un alto rendimiento es de fabricación similar al modelo

anterior.


75

Pero los tubos en vez de ser tramos rectos forman serpentines en forma de S con lo

cual permite que las dilataciones y contracciones producidas al calentarse y enfriarse tiene un

cierto nivel de elasticidad mejorando el rendimiento por fatiga.

Filtro Deshidratador:

El filtro es uno de los componentes básicos del sistema de aire acondicionado.

Su función es múltiple:

• Retiene partículas

• Retiene humedad

• Retiene partículas ácidas

• Actúa como contenedor de gas líquido

• Algunos disponen de mirilla, control de calidad de condensación.

De construcción y forma muy diversas. Normalmente de tubo de acero sin

soldaduras con una tapa superior y otra inferior. Embutidos en acero, extrusionado de

aluminio,…

Lo que sí es común en todos los modelos es una entrada por su parte superior y

salida mediante un tubo sonda desde la parte superior hasta casi el fondo.

En el tubo sonda va dispuesto un " sándwich " formado por una chapa con taladros, un disco

de fieltro, una capa con cierta cantidad de deshidratante, otro disco de fieltro y otra chapa

perforada.

El material deshidratante es un producto que básicamente absorbe la humedad y

para el que se han utilizado distintos productos como silicagel, Molecular Sieves,…

El más utilizado son las zeolitas, que se presentan en forma de bolitas cerámicas de

oxido de silicio (97%) y oxido de aluminio (3%).

Tal como se ha dicho, entre el compuesto de las bolitas circulan libremente las

moléculas de refrigerante y de los lubricantes pero no las de agua o ácido que quedan

absorbidas en las mismas, pudiendo llegar a saturar el conjunto en caso de altas cantidades.


76

En este caso, tanto el agua como los ácidos acaban pasando y circulando por el

sistema siendo causantes de graves problemas.

Las zeolitas en algunos casos van compactadas en forma de tubo de diámetro

interior igual al tubo sonda y exterior igual al interior del tubo-cuerpo filtro, para evitar que el

paso del gas se muevan rozando entre si y produciendo un polvillo que se sitúa sobre el fieltro

inferior taponando el paso del gas e inutilizando el filtro.

79.- Filtro deshidratador

Es muy aconsejable cambiar los filtros:

• Cada tres años, especialmente en los coches con climatizador

• Cuando por accidente se producen roturas en el condensador o tuberías.

• Cuando por trabajos de mecánica se ha dejado el circuito abierto varios días.

• Cuando se congela o la temperatura es caliente en la entrada y fría a la salida.

• Cuando se tapona o hay dudas de posible taponamiento.

Retrofit

Debido a su ataque a la capa de ozono y a su alta contribución al efecto

invernadero, los gases refrigerantes CFC han de ser eliminados y sustituidos por otros de

similares características que no presenten estos inconvenientes.


77

Tal como ya hemos comentado ha sido elegido como sustituto del CFC12 el HFC-134a.

Los ingenieros de SAE (Sociedad de Ingenieros de automoción) americanos definen los pasos

y procedimientos para el Retrofiting de sistemas de Aire Acondicionado de automóviles, o

sea, simplemente el cambio de CFC-12 a HFC-134a. En algunos automóviles es una

operación bastante simple y en otros presenta altas dificultades.

En forma básica puede decirse que algunas partes deberán ser cambiadas como

son:

• Filtro secador

• Juntas tóricas

• Aceite lubricante

• Válvula de servicio

Otras podrían ser modificadas o acondicionadas:

• Compresor

• Válvula de expansión

Finalmente hay otras que deben ser estudiadas en cada caso:

• Condensador

• Mangueras

Definición y causas aclaratorias motivantes de retrofit

Dado que la molécula del gas R-134a es inferior a la del R-12 es totalmente

necesario el cambio del filtro deshidratador.

• La molécula del R-12 es de 4 Amstrong.

• La molécula del R-134a es de 3 Amstrong


78

Los filtros usados para R-12 eran de calidad XH-5 y los necesarios para R-134a es de calidad

XH-7 o XH-9, estos últimos son adecuados también para instalaciones que funcionan con R-

12.

Juntas Tóricas:

El gas R-134a trabaja a temperaturas superiores a las del R-12, es por ello

básicamente la necesidad de efectuar el cambio. Para R-12 se utiliza NBR que soporta hasta

110ºC. Para R-134a se utiliza HNBR Hidrogenado que soporta hasta 130ºC

Aceites Lubricantes:

El aceite mineral utilizado con el R-12 no es soluble con el R-134a, debiendo ser

cambiado por lubricantes sintéticos de las familias de PAG o POL.

Para los Retrofits y con las experiencias obtenidas hasta la actualidad por los ingenieros de

SAE, compañías con grandes flotas de taxis, etc. Se ha decidido utilizar los lubricantes

PoliolEster porque admiten residuos de aceite mineral hasta un 5% para temperaturas de hasta

-20ºC y un 10% hasta 0ºC. Los lubricantes PoliolEster han sido adaptados por los fabricantes

de compresores herméticos, semiherméticos y abiertos para usos domésticos e industriales.

Únicamente los fabricantes de compresores para aires acondicionados del automóvil han

adoptado los lubricantes PAG.

Los lubricantes de PoliolEster son compatibles para instalaciones con lubricantes

PAG pudiendo rellenar estas con PoliolEster.

Compresor:

Los fabricantes de compresores admiten en los Retrofit la utilización de Aceites con

base PoliolEster.


79

Válvulas de expansión:

Las válvulas de expansión deberían disminuir algo su paso ya que el caudal de R-

134a debe ser algo menor. El calor latente de evaporación del HFC-134a es mayor al del CFC-

12 por lo que para una misma carga térmica el caudal circulante será menor.

Condensadores: El R-134a trabaja a mayores temperaturas por lo cual los condensadores deberán de ser de dimensiones algo mayores.

Mangueras: Aunque la molécula del R-134a es más pequeña que la del R-12 la permeabilidad de la manguera, no provoca grandes pérdidas por lo que pueden ser utilizadas. Si se demuestra que las fugas son muy importantes no quedara más solución que cambiarlas por otras con barrera de Nylon.

Válvulas de servicio:

Para diferenciar las instalaciones de CFC-12 de las de HFC-134a, las de este nuevo

gas son de enchufe rápido, pero también existen acoplamientos que se roscan sobre la válvula

de servicio del R-12.

Conclusiones:

Es aconsejable efectuar el Retrofit cuando haya que efectuar una reparación en una

instalación de R-12 ya sea por avería o por accidente, utilizando ya recambios de R-134a.


80

Procedimiento:

• Si la instalación funciona y contiene R-12 se aconseja poner el motor en marcha, conectar

el aire acondicionado y la calefacción al máximo para que el aceite se concentre en el

compresor. Después de 15 minutos para el motor, la calefacción y la refrigeración.

• Desconectar las mangueras del compresor, desmontar este y escurrir todo el aceite.

• Desmontar el filtro secador y sustituirlo por otro adecuado par a R-134a. No quitar los

tapones de protección hasta el momento adecuado.

• Desconectar las mangueras del condensador y hacer circular nitrógeno si se dispone o R-

134a para que expulse el aceite que pueda contener.

• Hacer circular nitrógeno o R-134a a través de la válvula de expansión, en un principio no

se cambiará salvo indicaciones al respecto y dependiendo del modelo de automóvil y del

equipo de AA y el evaporador para eliminar los residuos de aceite.

• Hacer circular nitrógeno o R-134a por las mangueras para eliminar el aceite.

• Montar las mangueras de nuevo, aprovechando para cambiar las juntas Tóricas por las

adecuadas (si en algún evaporador es difícil desconectar la válvula de expansión y las

mangueras, no es absolutamente necesario cambiar las juntas Tóricas, pero si hacer

circular nitrógeno o R-134a.)

• Colocar los acoplamientos en las válvulas de servicio. Estos llevan un adherente que

solidifica a partir de 10 minutos y termina a las 72 horas, después de este plazo no son

desmontables.

• Efectuar un vacío prolongado de 1 hora o mas.

• Mediante un inyector, introducir a través de la válvula de servicio de baja, la cantidad de

aceite PoliolEster adecuada a cada tipo de compresor.

• Efectuar la carga de R-134a necesaria para cada instalación. Verificar el termostato y

regularlo si es necesario y en casos que se indique habrá que cambiar también en el

condensador.


81

Es importante precisar que según la presión del circuito tenemos dos zonas, una de alta

presión y otra de baja. Según el estado del fluido también existen dos zonas, una liquida y otra

gaseosa. Por tanto, se definen cuatro zonas distintas:

1. Expansión: El fluido pierde presión de forma brusca.

2. Evaporación: El fluido se evapora, quitando el calor quitando el calor a lo que le

rodea pasando de liquido a gas.

3. Compresión: El gas refrigerante se comprime y aumenta de temperatura.

4. Condensación: El gas a alta presión se enfría y condensa, pasando a líquido.

3. Refrigerantes

Anteriormente los sistemas de aire acondicionado automotrices utilizaban como fluido

de trabajo un refrigerante denominado clorofluorocarbono-12 (CFC–12 o como es conocido

comercialmente, Freón); pero diversos estudios han determinado que el CFC–12 daña la capa

de ozono, por lo que se dejó de fabricar en 1995, aunque hasta hace pocos años existían

grandes inventarios de dicho refrigerante que han sido usados hasta que se agotó la

existencia, por lo que el reciclaje del mismo ha seguido 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 es

aceptado por la EPA (Agencia estadounidense para la protección ambiental); 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 coches 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.


82

4.- Introducción a la climatización de vehículos pesados

Si consideramos el estricto significado de la palabra, un climatizador es un equipo

capaz de conseguir y después conservar una determinada temperatura, presión y humedad en

un recinto cerrado.

Con ello el citado sistema debe de calentar, o enfriar el recinto para cumplir su

cometido y esto lo consigue por la acción de un calentador, o de un aparato de refrigeración

adecuados.

Existen una serie de condicionantes que influyen en el empleo de uno, u otro sistema, o

de ambos a la vez, empleando los actuales climatizadores, que reúnen las últimas tecnologías

del sector.

En primer lugar debemos tener en cuenta que en un vehículo de transporte de viajeros

el recinto a climatizar oscila normalmente alrededor de los 60 m3 aproximadamente en un

vehículo convencional de 12 m de longitud con capacidad para 55 a 85 personas, según se

trate de un autocar interurbano, o de un autobús urbano, o de 90 m3 en un articulado para unas

110 personas o más. Lo primero que un pasajero percibe al entrar en un autobús o autocar es

la sensación térmica. Por ello, la mejora de los equipos de climatización se hace indispensable,

sobre todo en los trayectos urbanos del transporte público. En este caso el trayecto es corto

pero cuenta con innumerables paradas que desestabiliza la temperatura ambiente con la

apertura constante de las puertas. Por otro lado, el conductor debe tener un sistema

independiente de calefacción. Esto es necesario para controlar el empañamiento de los

cristales. Además, un mayor confort influye también en una conducción más segura.

En segundo lugar, hay que considerar que los autobuses trabajan los 12 meses del año,

mientras que los autocares interurbanos reducen su actividad en los meses fríos por no ser

apetecibles para efectuar turismo y lo aumentan en verano al disfrutar el personal trabajador

de su período vacacional. Por esto es lógico pensar que en los autobuses sea tan importante la

calefacción como la refrigeración, mientras que en los autocares la refrigeración es más

importante que la calefacción.


83

En vehículos de transporte de pasajeros su PMA no suele sobrepasar de las 28 t (en

autocares articulados, o de doble eje posterior). Esto conlleva que la potencia máxima de los

motores en los autocares no sobrepase los 400 CV.

Si se analizan las condiciones termodinámicas de un motor, vemos que su rendimiento

es máximo para temperaturas comprendidas entre los 75º y los 85º C y que a temperatura

menor, además de producirse humos y contaminarse el lubricante por la mala combustión del

gasoil, de que hay un mal engrase de sus órganos móviles a causa de la inadecuada viscosidad

del lubricante que se traduce en un mayor desgaste de los mismos, se une a todo ello la acción

de los gases de combustión, que contienen muchos compuestos ácidos y que atacan a dichos

órganos.

Esto se palia en parte con el montaje de unos termostatos en el sistema de refrigeración

del motor, que regulan la circulación del líquido refrigerante, en especial en el arranque, pero

ello no evita que existan unos intervalos de tiempo en los que el motor trabaja en malas

condiciones y que, si bien no se detectan a corto plazo, a la larga no dejan de pasar su factura.

La calefacción en este caso se logra haciendo que el aire exterior, ayudado por la

acción de un ventilador de suficientes dimensiones, atraviese el radiador del motor, se caliente

y acceda atravesando unos conductos a los correspondientes difusores graduables del interior,

pero para evitar un consumo excesivo de potencia motriz convertida en energía calorífica,

según hemos dicho, y además para conseguir las condiciones requeridas en el interior antes

del acceso del conductor a la misma y un mejor arranque del motor, se usan los

precalentadores.

El precalentador, o calentador auxiliar, es una especie de caldera compuesta por una

caldera de combustión propiamente tal, que incorpora el intercambiador de calor y los

dispositivos de control y seguridad; la cabeza de precalentamiento, que incorpora a su vez el

quemador, su motor, bobina de encendido, bomba de combustible y la bomba de agua, unida a

la caldera de combustión para ayudar a la circulación del refrigerante, manteniendo un flujo

constante. La bomba mueve unos 1.200 litros/hora y el aparato genera unos 7kW a plena carga.


84

Un reloj programador digital gobierna el correcto funcionamiento de la unidad por

medio de un microprocesador unido al reloj, con la posibilidad de que se ponga en

funcionamiento a la hora programada, actúe durante el tiempo señalado y se desconecte

automáticamente a su terminación sin actuación ninguna del conductor.

La refrigeración se puede hacer por medios naturales, aprovechando la circulación del

aire procedente del exterior y el efecto Venturi originado por la velocidad de movimiento del

vehículo, que acelera dicha circulación a través de las ventanillas, parabrisas, techos con

trampillas graduables, etc., bien por ventiladores que originen una circulación forzada, o

finalmente por el montaje de un aparato de aire acondicionado.

El equipo consta, como es normal, de un compresor que hace que el refrigerante pase

a estado líquido originando calor (que puede ser empleado en un ciclo invertido como

calefacción); un evaporador con unas válvulas de expansión en las que el líquido se gasifica y

absorbe calor, produciendo el enfriamiento de una corriente de aire, que se introduce en el

habitáculo, forzada por unos ventiladores; una serie de tubos de circulación del refrigerante y

unos difusores graduables, que orientan la salida de este aire (frío, o caliente).

La acción del acondicionador es doble: por una parte hace agradable la habitabilidad

de la misma y por otra, evita la condensación del vapor de agua en los cristales, impidiendo

que quiten visibilidad al conductor.

El condensador y evaporador están construidos con materiales metálicos con buena

conducción y radiación del calor (aluminio y cobre) y llevan una serie de tubos y aletas a

modo de pequeños radiadores, estando los aparatos provistos de unos ventiladores potentes y

de varias velocidades, que controlan la circulación del aire en el interior.

En el caso de funcionar con el ciclo invertido, el acondicionador disipa calor

y sirve de calefacción con un sistema similar al descrito.

El control de la temperatura, velocidad de salida del aire, caudal, etc., se controlan

manual, o automáticamente por el conductor mediante un pequeño panel de mandos situado

en el tablero de instrumentos.

Hoy día, con el aumento de unidades en cada serie de fabricación, los precios de estos

equipos se han hecho más asequibles y su montaje es más habitual.


85

Los nuevos sistemas de climatización cuentan con mayor aerodinámica de los equipos.

Generalmente van montados en el exterior, sobre el techo del vehículo, con carcasas de aluminio o

materiales livianos para disminuir su tara. Su color y diseño persiguen cada vez más integrarse dentro

de la imagen del vehículo.

80.- Autobús urbano en la ciudad de Madrid

81.- Autobus urbano de Gas Natural en la ciudad de Madrid


86

Los dos ejes de modernización de estos sistemas radican en:

1. La adaptación adecuada a condiciones climatológicas extremas, incluso cuando el

vehículo está parado.

2. La concienciación medioambiental, utilizando elementos menos contaminantes.

El transporte de viajeros requiere cada vez mayor esfuerzo por parte de las marcas para

que los vehículos cuenten con el máximo confort.

Los sistemas independientes.

Generalmente, el conductor debe tener un sistema independiente de calefacción. Por

un lado para controlar el empañamiento de los cristales y por otro, para que un mayor confort

influya también en una conducción más segura.

Para mantener una temperatura adecuada, incluso antes de que el vehículo entre en

funcionamiento, son muy adecuados los sistemas autónomos. De este modo, al subir los

pasajeros ya se habrá alcanzado la sensación térmica necesaria.

Sensibilidad Medioambiental

Las normativas han obligado a la evolución de los refrigerantes utilizados. Del uso

del Freón-12 (dicloro-difluo-metano), que afectaba a la capa de ozono, se pasó al R-12, al R-

22 y luego al R-134 a (aún en uso), aunque en la actualidad se propicia el empleo del R-407-C,

que es una mezcla zootrópica de 3 gases, un 52 % de R-134 a, un 23 % de R-22 y un 25 % de

R-125, que es uno de los refrigerantes “de alto rendimiento”.

Su inconveniente es que trabajar a muy altas presiones, con lo que los componentes

y tuberías del sistema deben ser muy robustos y más costosos, al igual que su mantenimiento.

La ventaja es que no tiene cloro en su composición con lo que, además de contaminar menos,

no ataca los componentes del sistema.


87

Recientemente se han incorporado también ventiladores más silenciosos, motores

sin escobillas en los evaporadores y aspiración central en vehículos pequeños.

Materiales más fiables y ligeros

Las carcasas y componentes de poliéster inyectado permiten un menor peso,

disminuyen el ruido y facilitan el mantenimiento. Los compresores son más robustos y de

mayor capacidad; con bloques de aluminio para disminuir su tara y disipar mejor el calor; con

camisas intercambiables y cárter de gran capacidad, cigüeñal de acero forjado y rodamientos

de bolas.

Los evaporadores van en chasis de aluminio de una sola pieza con turbinas

centrífugas de doble eje, incorporadas a las mismas; con 2 o más velocidades y gran capacidad

de impulsión. En cuanto a los serpentines de tubo corrugado han sido construidos con

materiales anticorrosivos y con una tara muy baja. Las soldaduras empleadas son de aleación

de plata y tornillos de acero inoxidable, también para evitar la corrosión, al igual que el

cableado, a base de cobre estañado y con recubrimiento ignífugo. Además los cables suelen ir

numerados (y grabados) con cifras normalizadas para facilitar el montaje y la solución de

averías.

Montaje de canales de conducción de aire se hace con trazado hidrodinámico, sin

obstáculos y con buenas curvas de acuerdo, construidas con material deslizante, de manera

que no se presenten resistencias a la circulación del caudal de aire.

Control inteligente

La temperatura, humedad, ventilación y circulación de aire se vigilan a través de un

control informatizado por la acción de unas sondas estratégicamente colocadas sobre el

vehículo que proporcionan datos a un pequeño ordenador. Éste a su vez da las órdenes

oportunas a cada uno de los elementos del sistema para que logren con de forma automática

las condiciones de climatización requeridas.


88

Por otro lado, la autodiagnosis computerizada de las posibles averías del sistema ha

supuesto toda una ventaja. Es posible además, incluirla en el sistema general de diagnosis de

todo el vehículo. La posibilidad de comprobación de niveles por lectura directa aporta mayor

facilidad de los instrumentos y mejora el mantenimiento del sistema.

TIPOS CLIMATIZACIÓN:

Climatización Total Sistema de climatización Hispacold:

82.- Movimiento de aire en el autobus Aire de ventilación

Aire climatizado Calefacción de suelo Salida de aire de ventilación

EQUIPOS DE TECHO:

83.- Modelo 7A-9A


89

Equipo de techo:

7-A 9-A

Capacidad frigorífica del equipo 11.6kW 16kW

Consumo eléctrico 100A 45A

Peso 85kg 110kg

Condensador:

Motores de ventilación 3 3

Tensión 12V 26.5V


Caudal del aire 5000 m3/h 5000m3/h

Evaporador:

Turbinas de aire 4 6

Tensión 12V 26.5V


Caudal del aire 3750m3/h 3750m3/h

Compresor:

Hispacold 4V Unicla UX-310

Cilindrada 310cc 500cc

Cilindros 10 4

Peso ( sin embrague) 11.5kg 42kg

Sirvan estos dos equipos de techo como modelo básico para ver sus características técnicas,

otros equipos de techo son, por ejemplo, también de la marca Hispacold:


90

84.- Modelo 5A -5B:

85.- Modelo 7N -9N:

86.- Modelo 12D

87.- Modelo 12N

Otros modelos:

Actualmente se tiende hacia equipos integrados: el equipo, como ya se dijo anteriormente, se

integra totalmente en la carrocería, respetando el diseño y las líneas exteriores del vehículo

88.- Condensadores y evaporadores totalmente integrados


91

89.- Condensador de techo

Estos equipos de climatización van colocados en los autobuses de la siguiente

manera, dependiendo del tipo de autobús:

EQUIPO AIRE ACONDICIONADO PARA AUTOBUSES DE DOS PISOS:

90.- Autobús de dos pisos


92

EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO PARA AUTOBUSES ARTICULADOS:

91.- Autobus articulado

EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO PARA VEHÍCULOS DE 55/60 PLAZAS

92.- Autocar

Aunque de los compresores nos ocuparemos más adelante, con más detenimiento

por ser el elemento diferenciador entre la climatización de pequeños y grandes vehículos

vamos a insertar aquí dos tipos para ver sus características técnicas fundamentales:


93

COMPRESOR 500/4C

Componentes del equipo modelo 35.D

93.- Medidas del compresor

Desplazamiento 500cc

r.p.m. 2800 max Peso compresor 42kg Peso embrague 11kg

COMPRESOR 600/4C

Componentes del equipo modelo 55.a5

Desplazamiento 600cc r.p.m. 2500 max

Peso compresor 47kg Peso embrague 11kg

COMPRESOR 600/6C

Componentes del equipo modelo 12.B3

Desplazamiento 600cc r.p.m 2500 max

Peso compresor 47kg Peso embrague 11kg


94

94.- COMPRESOR 600/6C

En cuanto a los ventiladores exponemos aquí también unos ejemplos para ver las

dimensiones y características técnicas generales de los mismos, dependiendo del giro a

izquierdas a derechas y si el motor tiene, o como en el caso de los más modernos, no tiene

escobillas:

VENTILADOR CENTRÍFUGO DE SIMPLE RODETE Giro derecho e izquierdo con motor sin escobillas

-Menos consumo

-Más rendimiento

-Reducción de picos de arranque

-Mayor duración

-Menos mantenimiento

-Menos ruido

-Intercambiables con los actuales

ventiladores de motor de escobillas

Aplicación en vehículos industriales a 24V de corriente continua.


95

Características técnicas

Ref. No. 5300066 / 5300065

• Voltaje 18-32 Vcc

• Tensión nominal 24 Vcc

• Intensidad máxima: 7 A + 10%

• Intensidad continua: 5 A

• Dos velocidades: alta y baja

• La intensidad de arranque no es más alta que la nominal

• Arranque aleatorio entre 1 y 2,5 segundos para evitar picos de arranque

• Chequeo automático durante el arranque

• Paro automático cuando la velocidad es menor a 1.200 rpm.

95.-Ventilador izquierdo


96

96.-Ventilador derechi

97.- Curva del ventilador

98.- Curvas características del motor a 24V


97

VENTILADOR CENTRÍFUGO DE DOBLE RODETE con motor sin escobillas

-Menos consumo

-Más rendimiento

-Reducción picos de arranque

-Mayor duración

-Menos mantenimiento

-Menos ruido

-Intercambiables con los actuales

ventiladores de motor de escobillas

Aplicación a vehículos industriales a 24 V de corriente continua.

Características técnicas Ref. No. 5300064

• Voltaje 18-32Vcc

• Tensión nominal 24Vcc

• Intensidad máxima: 7A +10%

• Intensidad continua: 5 A

• Dos velocidades: alta y baja

• La intensidad de arranque no es más alta que la nominal

• Arranque aleatorio entre 1 y 2,5 segundos para evitar picos de arranque

• Chequeo automático durante el arranque

• Paro automático cuando la velocidad es menor a 1.200 rpm


98

99.- Dimensiones del ventilador de doble rodete

100.- Curva del ventilador

101.- Curvas características del motor


99

5.- SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN.

En el anterior apartado se ha mostrado una descripción de los elementos que componen

el sistema de climatización de un autobús/autocar. A continuación se muestra un esquema del

sistema al completo así como el despiece y funcionamiento de un equipo de climatización al

completo.

102.- Esquema del equipo de climatización


100

UNIDAD DE AIRE ACONDICIONADO

Cuadro de mandos con climatizador de 3 temperaturas de conexión

103.- Mandos de accionamiento del aire acondicionado

1 Led indicador de turbinas al 33%. 2 Led indicador de turbinas al 66%. 3 Led indicador de turbinas Automático. 4 Led indicador de turbinas al 100%. 5 Display indicador de temperatura 6 Led indicador de aire acondicionado. 7 Led indicador de calefacción. 8 Led indicador de ventilación. 9 Botón de encendido/apagado. 10 Botón de cambio de turbinas manual/automático. 11 Botón de subida de escala. 12 Botón de bajada de escala.


101

Funcionamiento climatizador

El climatizador se activa pulsado el botón ON/OFF (9). Al activarse empezará a trabajar

con la temperatura que teníamos grabada.

TURB (10): Botón de cambio de turbinas manual/automático.

Esta tecla sirve para pasar las turbinas de automático a manual y viceversa. Si el led

“AUT” (3) está encendido, pulsamos este botón durante 5 segundos y se apagará, pudiendo

utilizar las tras velocidades de turbinas manualmente. Pulsando de nuevo el mismo botón (10)

durante el mismo tiempo, volveremos a encender el led “AUT” (3), quedando las turbinas en

funcionamiento automático y en la velocidad que necesite según la temperatura que tengamos

en el interior del autobús.

+ (11): Botón de subida de escala.

Si pulsamos este botón una sola vez, automáticamente se nos pondrá en intermitente el

display (5) con una temperatura, que corresponde con la que tenemos solicitada al climatizador.

Si queremos cambiar dicha temperatura, tenemos que pulsar tantas veces como grados

queramos aumentar (cada pulsación aumenta un grado). Al llegar a la temperatura estimada se

quedará en el display luciendo intermitentemente durante 5 segundos, apareciendo después otra

cifra fija en el display que indica la temperatura real en el interior del habitáculo.

-(12): Botón de bajada de escala.

Funciona del mismo modo que el botón de subida de escala (11) pero en sentido

descendente.

Unidad de aire acondicionado 301e.

Pulsando los botones de subida (11) y bajada de escala (12) simultáneamente 5 segundos,

al soltar nos aparecerá en el visor la temperatura exterior del autobús luciendo

intermitentemente. Pasados 5 segundos nos volverá a indicar la temperatura interior del autobús.


102

En posición automática del climatizador, si la temperatura interior, exterior y

programada se aproximan, automáticamente dejan de trabajar el compresor y la calefacción, y

se encenderá el indicador de ventilación (8), quedando en esta posición hasta que las

temperaturas necesiten Frío o Calor, volviendo entonces a funcionar los sistemas de A/A o la

calefacción.

Al poner en marcha el equipo, si la temperatura interior del vehículo es inferior a la

temperatura programada, el display (5) aparecerá encendido de esta manera:

Durante dos minutos se mantendrán los dos ceros inferiores, las turbinas al 33% y el

equipo queda bloqueado. Este tiempo es para poder llenar de agua caliente todo el circuito.

Pasados los dos minutos, el climatizador empezará a trabajar automáticamente, buscando la

temperatura que tengamos grabada en el display.

Precalentador

Cuando dejemos programado el precalentador, se activará automáticamente el display

del cuadro de mandos, apareciendo:

que indica que la calefacción está en marcha con precalentador. En este momento la válvula de

calefacción se mantendrá abierta al 100%.

Sistema de aire forzado

Estando el sistema apagado, pulsaremos el interruptor de turbinas (10), se encenderá el

led indicador de ventilación (8), abriéndose las trampillas exteriores. Volviendo a pulsar el

interruptor (10) se pondrá al 33% de turbinas, al 66%, al 100%, y si pulsamos una vez más, se

apagarán las turbinas, quedando las trampillas de ventilación abiertas, entrando en el autobús

solamente aire exterior por la fuerza de la velocidad del mismo. Para volver a cerrar las

trampillas y dejar el autobús completamente cerrado, pulsar el interruptor (10) durante 5

segundos.


103

Imágenes explicativas de los elementos descritos.

ZONA CONDENSADOR 1 Carcasa poliéster 2 Motor 3 Rejilla

104.- Conjunto de techo


104

ZONA CONDENSADOR 1 Filtro deshidratador 2 Válvula de cierre de líquido 3 Depósito 4 Instalación eléctrica

ZONA CONDENSADOR 1 Y 3 Baterías condensadoras 2 y 4 Baterías condensadoras

5 Racord entrada G-12 6 Racord salida G-8


105

ZONA EVAPORADOR DERECHO: CONEXIONES TUBERÍA DE GAS

1 Record de conexión G-20 45º 2 Conexión tubería G-8 (condensador) 3 Válvula termostática 4 Presostato condensador 5 Electroválvula de corte de líquido

ZONA EVAPORADOR IZQUIERDO 1 Salida agua calefacción 2 Entrada agua calefacción 3 Válvula termostática


106

ZONA EVAPORADOR IZQUIERDO

1 Conector 4 vías => Conexiones a compresor 2 Conector 8 vías => Conexiones a cuadro de mandos 3 Turbina evaporador 4 Batería frío/calor


107

ZONA CENTRAL. TRAMPILLAS AIRE EXTERIOR PARTE SUPERIOR

1 Electroválvula trampillas 2 posiciones

ZONA CENTRAL. TRAMPILLAS AIRE EXTERIOR PARTE SUPERIOR

1 Visor de líquido 2 Cilindro neumático 3 Trampilla


108

ZONA CENTRAL. PARTE INFERIOR (INTERIOR VEHÍCULO)

1 Visor de líquido 2 Borna negativo 3 Borna positivo 4 Centralita maniobra 5 Trampilla

Esquema eléctrico


109

IV.- APÉNDICE A: SOBRE LOS FREONES

Nuestra explicación de los problemas con el uso del gas freón y como responder a ellos

se centra en su uso en la industria automotriz.

Descripción

En la actualidad, los problemas que resultan debido al uso del gas Freón y otros CFCs

(clorofluorocarbonos) son debidos al cloro contenido en ellos.

El freón tiene un mayor calor de evaporación, es generalmente estable, se licua

fácilmente, no es combustible y no es directamente dañino al cuerpo humano. Por esta razón, es

usado ampliamente en la fabricación de componentes químicos y electrónicos, así como

también en refrigeradores, acondicionadores de aire, latas de spray, etc.

En los automóviles, el freón del tipo CFC-12 (llamado generalmente R-12) es utilizado

como refrigerante en los acondicionadores de aire.

Problemas causados por el gas freón (CFCs)

En 1985, sea abrió un enorme "agujero" en la capa de ozono en el Polo Sur, lo que

resultó un foco de gran atención mundial. Desde entonces, los científicos se han dado cuenta

que cada vez la capa de ozono esta disminuyendo gradualmente. La capa de ozono actúa como

filtro, absorbiendo los rayos ultravioletas del sol. Estos rayos ultravioletas dañinos pueden

aumentar las posibilidades de contraer cáncer en la piel y causar cambios en el ecosistema.

De acuerdo a los últimos descubrimientos científicos, la causa principal de la destrucción

de la capa de ozono es la liberación de los CFCs (clorofluorocarbonos) en la atmósfera por

medio de los refrigerantes automotrices, solventes, espumas plásticas y productos en aerosoles.

Una vez que el CFC se ha liberado en el aire, permanece en la atmósfera por más de 10

años.

Los daños que causan en la capa de ozono son irreversibles. Si continuamos liberando

CFCs en la atmósfera crearemos una condición crítica del medio ambiente.


110

Medidas para eliminar el freón tipo CFC en TOYOTA

Toyota esta haciendo avances positivos en el uso de un nuevo tipo de Freón, el cual no

contiene cloro y por lo tanto no destruye la capa de ozono. Este Freón es llamado HFC-134a o

R-134a. Actualmente, todos los vehículos vendidos por la marca cuentan con refrigerante HFC-

134a o R134a.

Además, se han desarrollado e introducido sistemas de recuperación de Freón para

manipular el CFC-12 usado en los vehículos que ya han sido vendidos.

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. Generalmente, se da

por sentada su fiabilidad y conveniencia, pero es un elemento clave para la seguridad y

comodidad del pasajero en más de 350 millones de vehículos en el mundo.


111

Consideraciones ambientales para el aire acondicionado de vehículos

Las impresionantes mejoras ambientales en el aire acondicionado para vehículos durante

la última década representan una de las historias de éxito más rápidas e importantes con relación

a la protección responsable del medio ambiente. A comienzos de la década de 1990, los

fabricantes de automóviles en todo el mundo dejaron de utilizar completamente los

fluorocarburos de cloro en los sistemas de aire acondicionado y los reemplazaron con

fluorurocarburos de hidrógeno (HFC). Esto eliminó la potencial contribución de los nuevos

vehículos a la destrucción del ozono y redujo en más de 80% el potencial de calentamiento del

medio ambiente. Los refinamientos de la generación actual de aparatos de aire acondicionado

están permitiendo reducciones adicionales significativas en los gases que producen el efecto

invernadero -más del 40% en algunos casos-.

El enfriamiento y la deshumidificación ofrecen más comodidad y seguridad, ya que los

conductores están más alerta y tienen mejor visibilidad cuando es necesario eliminar el vapor de

las ventanas. A altas velocidades, las utilizadas en autopista o autovía, usar el aire

acondicionado puede producir menos gases con efecto invernadero que si se deja la ventana del

vehículo abierta, ya que el consumo de combustible es mayor debido a la resistencia

aerodinámica. Frecuentemente, se desestima esta comparación entre usar aire acondicionado y

generar más dióxido de carbono debido a la menor eficiencia del combustible.

Rendimiento climático del ciclo de vida

El rendimiento climático del ciclo de vida (LCCP, por sus siglas en inglés) es una

medida que incluye la emisión directa de refrigerante del aire acondicionado y el consumo

indirecto de energía del vehículo. Durante la instalación, puesta en marcha, mantenimiento y

desmantelamiento, se deben minimizar las fugas del sistema y la pérdida de refrigerante.

En los sistemas modernos de aire acondicionado con adecuado reciclaje de refrigerante,

aproximadamente el 60% de las emisiones de gases con efecto invernadero están relacionadas

con el consumo de energía del sistema, y 10% al transporte del peso del sistema. Sólo alrededor

del 30% está relacionado al refrigerante, según patrones y condiciones de manejo típicos en

Estados Unidos. Los cambios de peso y eficiencia energética afectan significativamente las

emisiones de gases con efecto invernadero del sistema.


112

Las alternativas posibles a los HFC incluyen el dióxido de carbono (usado como

refrigerante) y los hidrocarburos, así como otros sistemas más exóticos. Se requiere más trabajo

de desarrollo para que estas alternativas sean viables y no está claro si al final superarán a los

sistemas modernos de HFC-134a en seguridad del pasajero,

costo y rendimiento.

Los sistemas de aire acondicionado que utilizan

dióxido de carbono como refrigerante tienen una eficiencia

energética menor que los sistemas de HFC, según

evaluaciones realizadas por la firma consultora Arthur D.

Little. Estos sistemas requieren más energía para la

compresión y componentes más voluminosos para un área

mayor de transferencia térmica. Se estima que los costos del sistema de dióxido de carbono son

20% mayores que los de los sistemas de HFC y requieren más desarrollo de compatibilidad,

durabilidad, confiabilidad y seguridad de materiales. A. D. Little ha calculado que los costos

anuales adicionales de energía utilizada por los consumidores podrían ascender a casi $7 mil

millones en los Estados Unidos y a $9 mil millones más en el resto del mundo. Además, los

costos de fabricación podrían ser de $100 adicionales por cada sistema de aire acondicionado

por vehículo.

Otro refrigerante alternativo son los hidrocarburos, pero todavía existen dudas respecto a

su seguridad. Las modificaciones relacionadas a la seguridad probablemente aumentarán el

costo del sistema, posiblemente eliminando sus ventajas ambientales.

Los HFC: Una solución equilibrada

El HFC-134a actualmente proporciona el mejor balance de

rendimiento en aspectos ambientales, de seguridad y

comodidad. Los HFC están comercialmente disponibles en

todo mundo, son eficientes en el uso de energía, bajos en

toxicidad, de bajo costo, son seguros de utilizar y reciclables.

El rendimiento ambiental de los sistemas de aire

acondicionado está progresando rápidamente, pero no se ha

comprobado todavía que las nuevas tecnologías son superiores.


113

Los fabricantes, proveedores y la industria de mantenimiento de automóviles han

invertido recientemente muchos miles de millones de dólares en todo el mundo en la nueva

tecnología basada en los HFC. Si bien la industria sigue comprometida con la evaluación de

todas las alternativas, cualquier adopción de una nueva tecnología en el futuro deberá estar

adecuadamente justificada por mejoras significativas en la protección ambiental, seguridad del

pasajero, rendimiento y costos.

Principios de la industria

La industria de aire acondicionado para vehículos está comprometida con el uso y

administración responsable de los refrigerantes de CFC y HFC. La industria promueve

activamente los principios siguientes:

• Contener los refrigerantes del sistema de aire acondicionado en sistemas herméticos para

minimizar las fugas atmosféricas;

• Recuperar, reciclar y acondicionar todos los refrigerantes;

• Capacitar al personal para el manejo adecuado del refrigerante de los sistemas de aire

acondicionado;

• Diseñar equipos que minimicen la cantidad de refrigerante;

• Diseñar, instalar y usar equipos en función de una mayor eficiencia energética;

• Minimizar las fugas de refrigerante durante el llenado inicial de los sistemas de aire

acondicionado para vehículos;

• Continuar con la investigación, desarrollo y evaluación de todas las alternativas.


114

V. BIBLIOGRAFÍA

"Technical Options for Motor Vehicle Air Conditioning Systems," (Opciones técnicas para

sistemas de aire acondicionado de vehículos) S.O. Andersen, W. Atkinsen, J.A. Baker, S.

Oulouhojian, and J.E. Phillips: Society of Automotive Engineers, www.sae.org

Visita a los talleres de la Empresa Interbus S.A. en San Sebastián de los Reyes.

“Manual de automóviles”, ARIAS-PAZ, Dossat 2000, 51º edición

“Motores de combustión interna alternativos”, M. Muñoz, F. Payri, UP Valencia, 1983

http://www.about.com

http://www.ashrae.com/journal

http://www.howstuffworks.com

http://www.automotriz.net

http://geo.ya.com/kwang4x4/aa/pages6.html

http://www.carrier.es

http://www.autronic.es

http://www.camionesybuses.com

http://www.transpro.com

http://en.wikipedia.org

http://www.transbus.org

http://www.carcarecouncil.org/index.shtml

www.busesonline.com

sistemas.refrigeracion.calefaccion.aire.acondicionado.en.aut

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