La climatización y su historia

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Video resumen La climatización y su historia

Cuando comenzó el automóvil, este no disponía de climatización y el confort térmico de los ocupantes no tenía demasiado desarrollo, las velocidades no eran mucho más altas que los carruajes y compartían sus posibilidades; sin techo o con uno de lona, si eran cerrados tenían las ventanillas móviles, al menos algunas se podían abrir.

Con el aumento de velocidad de marcha los efectos del aire requerían disponer de cortavientos delante, y que el parabrisas fuese transparente.

A continuación, la regulación de la temperatura del habitáculo ha ido evolucionando como los demás sistemas, componentes y órganos del automóvil.

Comparado con los carruajes, hubo enseguida una prestación adicional más o menos sencilla, pues el motor se calienta al funcionar, y podría ser utilizado para disponer de calefacción para los pasajeros.

Vamos a dar un repaso a las principales aportaciones para poder disponer de confort térmico en el interior del habitáculo.

Para la refrigeración del motor se representa el sistema por líquido, pues con aire y aceite no se utiliza actualmente en el automóvil.

Ventilación directa del habitáculo

Además de las ventanillas que se pueden bajar, se incorporan unas trampillas en la parte inferior del parabrisas, zona de turbulencias:

Se ve el motor en el automóvil, es longitudinal delantero con cuatro cilindros en línea y está detrás del eje; son motrices las ruedas delanteras
Circulando el automóvil, al abrir las trampillas de ventilación bajo el parabrisas entra aire al habitáculo debido a la velocidad de la marcha
La temperatura es como la exterior, por lo que sí es demasiado baja no se abrirán, tampoco las ventanillas, y aun así los ocupantes tendrán frío
El motor al funcionar produce calor, necesita un sistema de refrigeración que se representa por líquido
Se utilizó durante varios años directamente agua, pero actualmente es agua destilada y desmineralizada con diversos aditivos para mejorar su capacidad de transportar de calor, evitar que se generen lodos y poder soportar temperaturas bajo cero sin congelarse
Por eso nos referiremos a líquido y no a agua

Ventilación y calefacción

Directas del habitáculo

El motor se calienta al funcionar y cuenta con estos elementos principales de refrigeración por líquido:
- Cámara de refrigeración que rodea las zonas calientes en bloque y culata
- Bomba de agua accionada por el motor
- Ventilador de refrigeración movido por el motor en este caso
- Radiador de refrigeración y manguitos de conexión entre los componentes
Se mantienen las trampillas bajo el parabrisas para la ventilación por entrada directa del aire exterior circulando
Se añade un conducto de aire tras el ventilador que llega al habitáculo, al que accede por dos entradas; frontal y pies controladas por trampillas que se pueden abrir o cerrar
Al abrir las trampillas del habitáculo, el aire caliente tras el radiador impelido por el ventilador hacia el conducto, o conductos pues puede haber más de uno, calienta el habitáculo, lo que permite disponer de calefacción
Este sistema funciona incluso con el automóvil detenido si está el motor en marcha, pues el ventilador de refrigeración está girando e impulsa al aire
Disponer de calefacción es un factor importante en el confort de marcha, pero al entrar junto con el aire caliente los olores del motor, e incluso puede que algo de suciedad, aunque supone un avance se resienten los resultados logrados

Si la refrigeración del motor es por aire se canaliza, una vez ha pasado por el motor y ya está caliente, hacia el habitáculo por conductos similares a los que se han visto.

Se puede forzar su circulación mediante un ventilador, el que utiliza el motor para su refrigeración por aire (y aceite) u otro específico para la calefacción.

Del habitáculo por mezcla de aire con grifo

Para contar con calefacción sin los efectos colaterales no deseados de olores y suciedad, se evita que el aire caliente que llega al habitáculo sea el que se encarga de enfriar el radiador del motor.

Se añade un sistema específico para calentar el aire, el radiador de calefacción.

Lo vamos a ver con otro automóvil que mantiene el tipo de motor y la implantación del que se ha utilizado en la anterior explicación:

El circuito de aire tiene una entrada desde el exterior bajo el parabrisas, sigue hasta el habitáculo al que accede por tres zonas con sus respectivas trampillas que se pueden abrir y cerrar; frontal, pies y hacia arriba, al parabrisas para agilizar su desempañado
Entre la entrada exterior de aire y las salidas al habitáculo se intercala el radiador de calefacción; está conectado al sistema de refrigeración del motor y por su interior circula líquido de refrigeración caliente
En la entrada de líquido de refrigeración al radiador de calefacción hay un grifo controlado por un mando; el conductor acciona este grifo regulando el caudal de líquido caliente que pasa al radiador de calefacción, de lo que depende su temperatura y la que transmitirá al aire que pase por su superficie
Según sea la temperatura exterior el conductor abre o cierra el grifo para que la temperatura del aire al habitáculo llegue a la temperatura deseada
La regulación de por donde entra el aire al habitáculo permite mejorar el confort, hay tres opciones
Si se abre la trampilla dirigida hacia el parabrisas, el aire caliente reduce el tiempo que tarda en desempañarse el parabrisas y los cristales adyacentes
Se representa el panel de mandos de ventilación y calefacción; regulación de temperatura que actúa sobre el grifo y las trampillas de entrada de aire al habitáculo
La conexión entre los mandos y sus elementos de actuación, grifo y trampillas, se suele hacer mediante cables flexibles de acero con sus fundas

Al estar en contacto directo el grifo con el líquido de refrigeración, aunque este contenga aditivos antioxidantes, con el tiempo llega a afectar al desplazamiento del grifo, que se va endureciendo hasta poder llegar a quedarse bloqueado, entonces no funciona y al forzar el mando algo se romperá, el cable o algunos de los anclajes.

Más adelante veremos cómo se evita que se pueda producir este incidente, adelantamos que se prescinde del grifo para regular la temperatura de la calefacción.

Del habitáculo por trampilla de mezcla de aire y turbina

El automóvil que nos sirve de base para las explicaciones que siguen tiene también motor de cuatro cilindros en línea, es longitudinal delantero y son motrices las ruedas traseras:

Vemos el circuito de aire circulando desde el exterior al habitáculo, en el que se representan:
- Rejilla exterior para que no entren objetos que podrían obstruir el paso del aire; hojas, papeles, …
- Rejillas en los pasos de aire al habitáculo con sus trampillas; frontal, pies y parabrisas para desempañado
- Radiador de calefacción; por cuyo interior circula el líquido de refrigeración del motor
- Trampilla de mezcla; divide en dos flujos el paso del caudal de aire al habitáculo, un flujo de aire pasa por el radiador de calefacción y se calienta (inferior en la imagen), el otro flujo de aire pasa directamente al habitáculo
  - Ambos flujos de aire se mezclan después y siguen hacia el habitáculo
  - Según sea la posición de la trampilla de mezcla, que determina los flujos de aire por cada uno de los pasos, así será la temperatura del aire
  - Con este sistema se prescinde del grifo en el radiador de calefacción
- Turbina; permite que entre aire forzado al circuito, asegurando caudal de aire en el interior del habitáculo con el motor en marcha aunque esté el coche parado
Se representan diferentes posibilidades de regulación; trampilla frontal, pies o parabrisas abierta o cerrada, trampilla de mezcla para más o menos temperatura, seleccionada por el conductor según la que haya en el exterior y se quiera en el interior
Se ve el panel de mandos para regular; velocidad de la turbina (caudal de entrada de aire), temperatura (desplaza la trampilla de mezcla) y distribución del aire en el habitáculo; cerrado, frontal, pies y superior (parabrisas para desempañado)
Las dos posiciones representadas bajo el coche son:
- Izquierda; calefacción al máximo con salida frontal y parabrisas
- Derecha; ventilación a temperatura ambiente (cerrado el paso del aire por el radiador de calefacción) con salidas frontal y pies

Del habitáculo con recirculación

Sobre el mismo coche y en detalle ampliado se representa este nuevo circuito de aire:

Es un circuito que comunica la entrada del aire en el entorno de la turbina con el interior del habitáculo
Tiene una trampilla que permite cerrar la entrada de aire exterior a la vez que abre el circuito de recirculación desde el habitáculo
Se recicla repetidamente el aire del interior del habitáculo, que pasa por los elementos de regulación de temperatura y trampilla de distribución una y otra vez
Al pasar el aire continuamente por estos sistemas de calefacción y ventilación se logra antes la temperatura deseada en el habitáculo
Se debe utilizar en cortos periodos pues el aire se va viciando al no renovarse con aire exterior
Se ve el panel de mandos al que se ha añadido el que acciona el circuito de recirculación
También la recirculación, al impedir la entrada de aire exterior, permite pasar por zonas con deficiente calidad del aire o mal olor sin que afecten a los ocupantes

Ya se cuenta con la posibilidad de adecuar la temperatura del habitáculo en mejores condiciones y con mejor calidad del aire, es útil cuando hace más o menos frío y se ha de poner la calefacción.

Si hace calor en el exterior no queda otra solución que abrir las ventanillas y forzar el paso del aire a temperatura ambiente, que si es caliente no es agradable.

Hay que poder enfriar el aire antes de que entre al habitáculo, va a ser el aire acondicionado.

Aire acondicionado y calefacción del habitáculo por mezcla de aire

El calor para la calefacción no ha sido difícil de lograr, lo genera el motor, pero el frío se ha de fabricar, veámoslo en este automóvil con motor delantero transversal, no sabemos de cuantos cilindros, y con ruedas delanteras motrices.

Estos son los componentes para el aire acondicionado AA, que más adelante vemos con más detalle:

Radiador de frío o evaporador; en su interior el fluido de AA está en el entorno de 3ºC y pasa del estado líquido a gaseoso
Compresor; aumenta la presión del fluido de AA en estado de gas
Condensador; se enfría en su interior el fluido de AA pasando del estado gaseoso a líquido
Botella deshidratante; acumula la humedad e impurezas que contiene el fluido de AA que le llega en estado de gas. Desde esta sigue hasta el evaporador
Conexiones; son las tuberías por las que circula el fluido de AA y que conectan entre sí los diferentes componentes del sistema

Funcionamiento:

Circula el automóvil con la selección de trampillas de entrada al habitáculo abiertas y la de mezcla en posición intermedia
El aire se enfría en el evaporador, la mitad pasa por el radiador de calefacción y se calienta, la otra mitad sigue fría
Ambos flujos de aire, frío y caliente, se encuentran después mezclándose, lo que da una temperatura determinada según sus caudales
Al hacer más calor en el exterior el conductor acciona la trampilla de mezcla haciendo que no pase aire por el radiador de calefacción, todo el aire enfriado en el evaporador llega al habitáculo, máximo frío
El aire exterior puede contener impurezas, suciedad, producir mal olor, se evita que entren al habitáculo intercalando en el paso del aire un filtro
Como se ve el filtro del habitáculo se va saturando y ha de ser sustituido periódicamente
Por la baja temperatura en el evaporador se acumula agua condensada en su superficie, al parar el motor y calentarse cae al suelo por un conducto para este fin
En el panel de mandos se ven las diferentes selecciones posibles; velocidad de turbina, temperatura, distribución y conexión del aire acondicionado
Se pueden disponer sensores de temperatura, exterior e interior, con estas informaciones un control electrónico de climatización puede mantener en el habitáculo la temperatura seleccionada, aunque cambie la exterior, sin requerir atención del conductor
También es posible incorporar un sensor de calidad del aire exterior, si la calidad es insuficiente informa al control electrónico que acciona el circuito de recirculación automática para evitar que aire no deseado entre al habitáculo
Se ve esta opción automática en el panel de mandos

La conexión del aire acondicionado consiste en poner en marcha el compresor, si está detenido el fluido no circula y no hay frío en el evaporador.

La humedad en la superficie del evaporador es un caldo de cultivo para microorganismos que producen mal olor, por lo que será necesario hacer operaciones de limpieza y desinfección cuando se detecte.

¿Cómo se enfría el fluido de aire acondicionado hasta 3º en el evaporador?

Vamos a ver de forma didáctica y sencilla el concepto de cómo se logra enfriar el evaporador:

En el coche que ya conocemos ampliamos el evaporador
Vemos la cabeza de una persona, aspira aire y a continuación lo expulsa con la boca muy abierta
La temperatura a que sale el aire es superior a la ambiental, se calienta
Seguidamente se repite el proceso, pero ahora se expulsa el aire abriendo muy poco la boca, forzando su salida
La temperatura que sale el aire es inferior a la ambiental, se enfría

Aplicamos este concepto al evaporador:

En su conducto de entrada el fluido de AA a presión en estado líquido se encuentra con un estrechamiento …
… lo que le hace caer bruscamente de presión al entrar al evaporador, pasando a estado gaseoso y absorbiendo calor, es decir se enfría sensiblemente hasta los 3ºC que ya hemos comentado
El aire caliente del exterior se enfría al pasar por el exterior del evaporador
Se ve el sistema de AA representando la circulación del fluido por sus diferentes componentes, después se ve con más detalle

El sistema de AA se diseña para que el fluido en el interior del AA esté a 3ºC, no a menor temperatura, pues se podría congelar el agua que contiene el aire obstruyendo el paso.

Lo ideal es que se mantenga en esos 3º pues si la temperatura es superior la eficacia del AA disminuye.

Funcionamiento de la climatización automática; calefacción, aire acondicionado y recirculación

Pasamos a explicar con algo más de detalle el proceso de funcionamiento del aire acondicionado, partiendo del tramo del circuito que sale del evaporador:

El fluido de AA sale del evaporador en estado gaseoso a elevada temperatura
Llega al compresor que aumenta su presión continuando en estado de gas
Seguidamente, el fluido en estado gaseoso a alta presión entra al condensador donde se enfría y pasa a estado líquido
La circulación del aire exterior a través de condensador, forzado por el o los electroventiladores, aporta la disminución de temperatura necesaria para este proceso
Del condensador, el fluido en estado líquido a alta presión llega a la botella deshidratante, que recoge impurezas y la humedad que pueda contener
El fluido a presión, limpio y exento de humedad, continua hasta la entrada del evaporador, donde pasa por la estrecha sección (válvula de expansión) y cae bruscamente de presión, pasa a estado de gas y se enfría hasta 3ºC dentro del evaporador
Ya se ha comentado que la humedad en la superficie del evaporador propicia colonias de microorganismo que generan mal olor
La razón de colocar el evaporador antes del radiador de calefacción, haciendo que pase el aire antes por el evaporador con el AA conectado, es para que se acumule en su exterior la humedad y el aire siga seco hacia el radiador de calefacción
Si el aire caliente y seco se dirige hacia el parabrisas el desempañado se logra con máxima rapidez; la mejor forma de desempañar es conectar el aire acondicionado, máximo calor y salida de aire hacia el parabrisas

Para mantener la temperatura de 3ºC en el interior del evaporador se puede regular la sección de paso del fluido por una válvula de expansión de sección variable, conectando a intervalos el compresor, haciendo que funcione este de forma continua con el AA conectado, pero generando presión variable en el fluido según las necesidades de frío, es el compresor de cilindrada variable.

También se pueden utilizar simultáneamente algunas de estas posibilidades.

El fluido de aire acondicionado tiene desgastes o fugas y se han de controlar periódicamente, especialmente cuando enfría menos de lo debido.

Climatización independiente del habitáculo y automática

La evolución de la climatización continua en busca de satisfacer a todos los ocupantes y no solamente al conductor, es la climatización independiente a la que añadimos más posibilidades para que todos los ocupantes cuenten con su clima más adecuado.

Utilizamos de base la imagen de un coche con motor de cuatro cilindros en línea, longitudinal delantero y propulsión (ruedas traseras motrices):

Hay dos circuitos de aire independientes para el lado derecho e izquierdo, cada uno tiene su trampilla de mezcla, salidas de climatización frontal, pies y parabrisas para su lado y también su filtro del habitáculo
Comparten en este caso ambos lados el evaporador, radiador de calefacción, turbina y circuito de recirculación
Dos electroventiladores se encargan de enfriar el radiador de refrigeración y condensador
También dispone este automóvil de climatización para las plazas traseras, que puede contar con sus paneles de mando
Lo más frecuente es que los pasajeros traseros compartan los ajustes de cada uno de los lados independientes delanteros
Se ve el panel de mandos en el salpicadero, son estos de izquierda a derecha; selección de temperatura lado izquierdo, velocidad de turbina con posición automática, distribución del aire con posición automática, recirculación con posición automática, aire acondicionado con posición automática y selección de temperatura lado derecho
Seguidamente se adapta en la animación la secuencia de climatización en el automóvil representada por el panel de mandos, alternando la recirculación

Se pueden tener paneles de mandos para cada lado completos, incluso disponer de dos circuitos de generación de frío, plazas traseras independientes entre sí y de las delanteras, hasta llegar a la climatización global ergonómica.

El confort del conductor es determinante para mantener su concentración en la carretera, sin que tenga que accionar diferentes elementos que le hagan perder la atención, es un factor muy importante en la seguridad activa o primaria.

No se ha incluido en las explicaciones que el aire que entra al habitáculo tiene salidas por la parte trasera del automóvil, es obvio que el aire que entra después sale.