Introduccion (leer Primero)

Foto Ing. Juan SosaSaludos,  soy el Ingeniero Juan Alberto Sosa Mota, naci en 1969 y creo que desde ese momento mi mundo giro alrededor de los autos, dicen que los niños vienen con el pan debajo del brazo, bueno yo debi de venir con algun guia, goma o cuarto de aceite, porque el pan me ha dado mucho trabajo conseguirlo, las otras cosas por el contrario se me han hecho mucho mas facil.  Existimos un grupo de seres humanos que amamos los autos y es por esto que he decidido crear un site dedicado exclusivamente para este mundo, se que ya existen muchos, pero la idea es aportar mis conocimientos para que otras personas no tengan que pasar por todas las dificultades que yo tuve que enfrentar para conseguir algo de conocimiento y poder disfrutar a plenitud este mundo maravilloso.

Primero es hacer esta introduccion, para que se entiendan mis motivos y que quede claro que los conocimientos aportados no son copias de otros lugares sino el resultado de años de estudio y una gran experiencia en el area.

Para aprender algo nuevo hay dos formas de realizar esta actividad, de lo general a lo particular y de lo particular a lo general, en la mayoria de los casos el metodo mas empleado es de los particular a lo general, o sea estudiamos todos los detalles de un tema, pero no tenemos idea de las estructura general, por ejemplo estudiamos todo lo relativo a las valvulas del motor de un vehiculo, materiales de construccion, formas, tamaños, etc pero nunca sabemos a que parte del motor corresponde y de que forma interactua con el resto de los otros componentes, este metodo te deja con un basto conocimiento sobre un tema especifico sin tener la mas minima idea de donde aplicarlo o con relacion a que corresponde, por otro lado el metodo de lo general a lo particular permite aprender de forma estructurada y colocar los conocimientos en su lugar correspondiente, esto es asi porque el cerebro guarda la informacion mediante algoritmos relacionales, por eso es mucho mas sencillo recordar cosas que estan relacionadas a nuestro medio que aquellas que nos son totalmente nueva. Asi pues vamos a estudiar nuestros temas de lo general a lo particular, asi sera mucho mas sencillo, ademas el material tambien ha sido estructurado en forma de escalera, o sea el material que estudiamos primero es justamente la base de lo que necesitamos saber para entender el material siguiente, asi que atencion a los genios callejeros, hermanos de Albert Einstein y sobrinos de Isaac Newton, si quieren aprender realmente sobre el mundo automotriz, sigan las guias de estudio y no se salten los capitulos, pues aqui todo esta relacionado y en orden.

Esto no es un articulo, esto es un curso completo sobre el area automotriz y constantemente se esta actualizando y ampliando para beneficio de todos nosotros.

Un auto es una maquina muy compleja, con muchos sistemas y partes necesarias para su funcionamiento, pero su mayor ventaja es tambien su mayor desgracia, esta maquina esta hecha para ser altamente resistente a los fallos y su diseño le permite operar en condiciones muy adversas, un equipo electronico por ejemplo, tambien es altamente sofisticado, pero si colocas una parte incorrectamente o no tiene las caracteristicas especificadas por el fabricante, no va a funcionar, mientras que un automovil, le quitan partes, se las montan incorrectamente, le colocan imitaciones de mala calidad y la maquina funciona, no con todas sus caracteristicas, pero funciona, de aqui su ventaja, funciona como quiera, pero tambien su desgracia, permite que personas sin ningun tipo de conocimiento realizen sus reparaciones, trayendo como consecuencia la degradacion de la maquina.

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I.- Principios Basicos

Intercambio de Calor (Proceso de Evaporación)

Refri 1En la escala atómica de las cosas, bajas temperaturas significan orden, y altas temperaturas, desorden. En cualquier sustancia, en un volumen dado, los átomos están más ordenados a una baja temperatura que a una más alta. De modo que, si queremos usar algo como refrigerante, debemos encontrar la forma de introducir orden en las estructuras atómicas. La forma más natural de realizar esto es comenzar con algo que al principio, este muy desordenado. Algo adecuado sería un gas, ya que sus átomos se desplazan al azar, en forma muy desordenada.

Si tomamos un poco de gas en un cilindro aislado y lo comprimimos empujando el pistón, podríamos pensar que aumentamos el orden atómico, ya que es indudable que  hemos forzado a los átomos a estar más juntos. Pero no es así. Cuando se presiona el pistón de este cilindro aislado, no solo acercamos a los átomos entre sí, sino que también les proporcionamos más energía que proviene del trabajo realizado al empujar el pistón en contra de la presión del gas. A pesar de que los átomos del gas estan mas juntos, al mismo tiempo se desplazan de un lado para otro mucho mas violentamente que antes. Concretamente, hemos elevado la temperatura del gas al comprimirlo. Podemos demostrar que, hasta ahora, no estamos en una situación mucho mejor que la anterior; el aumento de orden logrado por el acercamiento de los átomos se ha compensado con el aumento del desorden, debido a que ahora se mueven de un lugar a otro mucho mas violentamente. En realidad, como se puede apreciar, lejos de disminuir la temperatura, la hemos aumentado Si el gas que se encuentra en el cilindro es aire que estaba a la temperatura ambiente (digamos 20°C), al presionar con el pistón hasta la mitad, la temperatura sube hasta casi 115°C.

Refri 2Supongamos ahora que, en vez de mantener el cilindro aislado, y mientras seguimos empujando el pistón, hacemos circular agua fría alrededor de la parte exterior del cilindro, enfriando de nuevo el gas a la temperatura ambiente. Hecho esto, el gas por cierto estará más ordenado que antes, ya que ahora los átomos se mueven casi con la misma velocidad que al principio (pues hemos vuelto la temperatura a su valor inicial mediante una camisa de agua); por otra parte, los átomos están mucho más cerca entre sí que al comienzo. En resumen, hemos aumentado el orden atómico del gas, o sea, y hablando técnicamente, hemos reducido la entropía.

Refri 3Si somos lo suficientemente inteligentes, podemos usar ahora este aumento en el orden (o entropía reducida) para lograr una temperatura más baja del gas. Aislamos el cilindro otra vez, y dejamos que el pistón retorne a la posición en que estaba al comenzar todo este experimento, permitiendo así la expansión del gas. Ya que esta vez hemos mantenido el cilindro aislado, podemos suponer en contra nuevamente que durante este segundo proceso no se producirá ningún cambio en el orden total (o desorden) atómico del gas. Es cierto que ocupa de nuevo más espacio, de modo que en esta forma esta más desordenado; pero para llegar a esto, cada átomo debe perder algo de su energía cinética y por ello se mueve con más pereza.

De hecho, pierden su energía cinética al empujar el pistón en lugar nuestro. Lo que logramos con todo esto es que el gas estar mucho más frio que al principio, si volvemos al ejemplo de un cilindro con aire, este estaría ahora idealmente enfriado a unos -  50°C.

Refri 4Por último, si transformamos todo este sistema en un ciclo regular mediante algún tipo de máquina, entonces  este proceso repetido será uno de los métodos más importantes para lograr bajas temperaturas.

Si hubiésemos comenzado la operación de enfriamiento con gas amoniaco, es muy posible que llegáramos a licuar el gas directamente, usando un ciclo continuo de este tipo. El amoniaco gaseoso se licua a unos -30°C, y sería muy fácil llegar a esta caída  de temperatura, aun en una maquina real que tuviera perdidas de calor, además de otros defectos.

Pero  si lo que deseamos es licuar un poco de aire, para lo cual necesitamos descender a temperaturas tales, como -190°C, no es difícil ver que sería necesario hacer una maquina con ciclos sucesivos. Por ejemplo, podemos empezar enfriando o licuando, primero  un gas, y luego usar esta etapa para enfriar otro gas y seguir de este modo si es necesario. y ¿hasta dónde podremos llegar con este proceso? Bien, presumiblemente, por lo menos en teoría, podríamos continuar hasta haber licuado o solidificado todas las  sustancias. Para comprender como puede suceder esto debemos pensar un poco mas por que una sustancia se licua a una temperatura y otras a temperatura distinta.

Conceptos  Básicos

TERMODINAMICA: La Termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados Leyes Termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera y la más importante de estas leyes dice: La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro.
Refri 5CALOR: El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos de energía en calor; por ejemplo, la energía mecánica que opera una rueda causa fricción y crea calor. Calor es frecuentemente definido como energía en tránsito, porque nunca se mantiene estática, ya que siempre está transmitiéndose de los cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol. Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfría; una cuchara sumergida en café caliente absorbe el calor del café y se calienta. Sin embargo, las palabras “más caliente” y “más frío”, son sólo términos comparativos. Existe calor a cualquier temperatura arriba de cero absoluto, incluso en cantidades extremadamente pequeñas. Cero absoluto es el término usado por los científicos para describir la temperatura más baja que teóricamente es posible lograr, en la cual no existe calor, y que es de -2730C, o sea -4600F. La temperatura más fría que podemos sentir en la tierra es mucho más alta en comparación con esta base.

Las unidades más comunes utilizadas para medir el calor son: calorías, Btu (unidad térmica británica) y los joules.

Una caloría, para fines prácticos, se define como la cantidad de calor que se debe agregar a un gramo de agua para aumentar su temperatura en un grado Celsius. Del mismo modo se define el Btu como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenhiet. Lo cual significa que si a un gramo de agua se le proporciona una caloría su temperatura aumentará . Del mismo modo: si a una libra de agua se le proporciona 1Btu. su temperatura aumentará

TRANSMISION DE CALOR: La segunda ley importante de la termodinámica es aquella según la cual el calor siempre viaja del cuerpo más cálido al cuerpo más frío. El grado de transmisión es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos.

El calor puede viajar en tres diferentes formas: Radiación, Conducción y Convección.

Radiación es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio; un ejemplo de radiación es la transmisión de energía solar a la tierra. Una persona puede sentir el impacto de las ondas de calor, moviéndose de la sombra a la luz del sol, aun cuando la temperatura del aire a su alrededor sea idéntica en ambos lugares. Hay poca radiación a bajas temperaturas, también cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración.

Conducción es el flujo de calor a través de una substancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La Conducción es una forma de transmisión de calor sumamente eficiente.

Convección es el flujo de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un líquido, generalmente agua o aire. El aire puede ser calentado en un horno y después descargado en el cuarto donde se encuentran los objetos que deben ser calentados por convección.

La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura.
TEMPERATURA: La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es Refri 6el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro. En algunos países, la temperatura se mide en Grados Fahrenheit, pero en nuestro país, y generalmente en el resto del mundo, se usa la escala de Grados Centígrados, algunas veces llamada Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos básicos en común: el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0°C o a 320°F y hierve a 100°C o a 2120°F. En la escala Fahrenheit, la diferencia de temperatura entre estos dos puntos está dividida en 180 incrementos de igual magnitud llamados grados Fahrenheit, mientras que en la escala Centígrados, la diferencia de temperatura está dividida en 100 incrementos iguales llamados grados Centígrados.

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II.- Circuito Basico

Diagrama Básico del Circuito de Refrigeración

Refri 7Refri 8

La función de refrigeración del aire que penetra en el habitáculo no es tan sencilla como la calefacción, y por ello ha tardado más en aparecer en los vehículos de serie. El sistema de aire acondicionado requiere unos componentes específicos más complejos, así como un fluido adecuado para el intercambio de calor. A diferencia del sistema de calefacción, en el que el líquido refrigerante absorbe calor del motor y se lo cede a dos radiadores (refrigeración y calefacción), en el caso del aire acondicionado, el objetivo consiste en que el fluido frigorífico absorba el calor del aire que entra al habitáculo mediante el evaporador, por lo tanto, deberá cederlo al ambiente mediante otro intercambiador, el condensador.

El principio de funcionamiento del circuito de aire acondicionado se puede explicar siguiendo las siguientes etapas:

Etapa 1: Compresión

El fluido en estado gaseoso es aspirado por el compresor a baja presión y baja temperatura (3 bar,5ºC)  y sale comprimido a alta presión y alta temperatura (20 bar, 110ºC). La energía necesaria para llevar a cabo este trabajo de compresión se la aporta la correa del motor, que conecta el compresor a la polea del cigüeñal.

Etapa 2: Condensación

El fluido en estado gaseoso entra en el condensador a alta presión y temperatura. Empieza la cesión de calor del fluido al aire que atraviesa el intercambiador, produciéndose la condensación del fluido frigorífico, saliendo del condensador en estado líquido a alta presión y temperatura media (19 bar,60ºC)

Etapa 3: Filtrado y desecado

El fluido en estado líquido pasa por el filtro deshidratante, que absorbe la humedad que pueda

contener el fluido. Además, pasa a través de un elemento filtrante que retiene las impurezas

presentes en el líquido. No debe producirse ningún cambio en el estado termodinámico del fluido.

Etapa 4: Expansión

El fluido en estado líquido a 19 bar y 60ºC penetra en la válvula de expansión termostática,

produciéndose una caída brusca de presión y temperatura. El fluido sale de la válvula en estado difásico, a una presión de 3 bar y una temperatura de 0ºC.

Etapa 5: Evaporación

El fluido en estado difásico penetra en el evaporador, donde comienza el intercambio de calor con el aire exterior que penetra al habitáculo. El fluido necesita absorber calor para poder evaporarse, y lo toma del aire que atraviesa el evaporador. A su vez, la humedad presente en este aire se condensa sobre las aletas (superficie fría) y se acumula en una bandeja bajo el intercambiador, para después ser evacuada al exterior mediante un conducto de desagüe.

Etapa 6: Control

El fluido a la salida del evaporador y por lo tanto a la entrada del compresor debe estar en estado gaseoso, para evitar posibles deterioros en el compresor. En los circuitos equipados con una válvula de expansión termostática, el control se realiza a la salida del evaporador, mediante el recalentamiento, o diferencia entre la temperatura a la salida del evaporador y la temperatura de evaporación. Dicho valor debe estar comprendido entre 2 y 10ºC, y en caso de encontrarse fuera de estos márgenes, la válvula se abre más o menos para permitir la entrada de una caudal mayor o menor al evaporador. Es por lo tanto imprescindible no variar el tarado de dicha válvula. Una vez garantizada la evaporación de la totalidad del fluido, éste pasa de nuevo por el compresor, y el ciclo comienza de nuevo.

Refri 9

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III.- Evaporador

Evaporador: el evaporador se encuentra localizado en el conjunto de distribución de trampillas, después del impulsor y antes del radiador de calefacción. El evaporador del circuito frigorífico es un intercambiador térmico que tiene por función enfriar y deshumidificar el aire que lo atraviesa Para absorber calor del aire, produciéndose dos fenómenos físicos, el aire se enfría y el vapor de agua presente en este aire se condensa en las aletas del evaporador

Existen tres tecnologías de evaporadores actualmente en el mercado de la climatización del

automóvil. El haz de tubos del evaporador puede ser de tipo:

  • serpentín,
  • tubos / aletas,
  • de placas.

Evaporadores de serpentín

Refri 10Están compuestos de un solo tubo plano extruido que contiene múltiples canalizaciones internas con el fin de hacer circular el fluido. El tubo plano tiene forma de serpentín, y entre sus meandros están intercaladas las aletas en forma de acordeón. El conjunto es soldado por calor. Esta tecnología es utilizada por algunos constructores japoneses.

Evaporadores de tubos y aletas

Refri 11Están constituidos por tubos cilíndricos en forma de horquilla, insertados paralelamente entre unas aletas, y expandidos mecánicamente para favorecer los intercambios térmicos entre los tubos y las aletas. Los tubos se unen entre ellos en cada extremo mediante unos codos, de manera que se subdivide el intercambiador en varias secciones paralelas, de longitud e intercambio térmico idénticos. Cada sección está alimentada por un capilar por dónde entra el fluido proveniente de un venturi que conecta dichos capilares con la válvula de expansión. Esta tecnología es la más utilizada hasta la fecha por los constructores europeos.

Evaporadores de placas

Refri 12Están sustituyendo progresivamente los evaporadores de tubos y aletas ya que resultan más económicos para grandes series. El circuito está formado por placas colocadas unas sobre otras, en forma de cubetas. Entre dichos tubos planos se intercalan las aletas en forma de acordeón. El conjunto se galvaniza en un horno, al vacío o bajo una atmósfera neutra. Esta tecnología es utilizada tradicionalmente por los constructores americanos.

Blower del Evaporador

Refri 32Para lograr la climatización dentro del habitáculo del automóvil es necesario hacer circular el aire interior a través del evaporador. Para lograr esta función se emplea una turbina de aire accionada por un motor eléctrico de velocidad variable, la cual succiona el aire desde el interior del vehículo o desde el exterior, dependiendo de la selección del conductor, y lo empuja hacia el condensador y a través de  ductos, guía el aire frio hacia la parte frontal del tablero y los demás espacio que deseen ser climatizados.

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IV.- Condensador

Condensador:

El condensador está localizado en la parte delantera del vehículo, entre los electros ventiladores axiales y el radiador de refrigeración motor. Tiene por función evacuar el calor absorbido por el fluido frigorífico durante las fases de evaporación y compresión.  Es un intercambiador térmico donde el fluido que circula por el conjunto de tubos se enfría y se condensa, mientras  el aire que atraviese el condensador se calienta.

 

Los intercambios térmicos entre el aire y el fluido frigorífico se producen principalmente por conducción térmica, gracias a la cual el calor se propaga por proximidad a través de los materiales, de las zonas más calientes a las más frías del condensador, entre el aire y la superficie externa del condensador por un lado, y entre el fluido y la superficie interna del condensador por otro lado.

Existen tres tecnologías de condensadores actualmente en el mercado de la climatización del

automóvil. El haz de tubos del condensador puede ser de tipo:

  • serpentín,
  • tubos / aletas,
  • flujo paralelo.

Condensador de serpentín

Refri 13Están compuestos de un tubo plano extruido cuya sección ovoide está dividida en 3 o 4 partes, con el fin de crear el mismo número de canales paralelos. Este tubo forma un serpentín, entre cuyos meandros se intercalan las aletas en acordeón. Los componentes son soldados por calor.

Condensador tubo / aletas

Refri 14Están constituidos de tubos cilíndricos en forma de horquilla, insertados paralelamente en un conjunto de aletas, que son expandidos mecánicamente para asegurar un buen contacto térmico con éstas. Se unen los tubos entre ellos en cada extremidad mediante codos. El conjunto forma uno o varios tubos serpentín por donde circula el fluido frigorífico.

Condensador de flujo paralelo

Refri 15Están constituidos de tubos planos extruidos, de la misma sección que la del tubo serpentín, y que desembocan en sus dos extremidades en unos tubos colectores. Estos últimos se subdividen en varios tramos, por medio de separadores, de forma que se producen varias pasadas del fluido por el intercambiador. Los tubos, más finos y numerosos que en el caso del serpentín, están separados por unas aletas en acordeón. El conjunto se galvaniza en un horno.

Abanico del Condensador

Refri 31Debido a la ubicación del condensador, delante del radiador, se reduce consecuentemente la cantidad de aire de paso. Al someter el motor a muy altos esfuerzos, siendo elevadas las temperaturas exteriores, puede conducir ello a que suba inadmisiblemente la temperatura en el sistema de refrigeración del motor y en el circuito del agente refrigerante, aumentando con ello excesivamente la presión, por ello, para asistir a la refrigeración del motor y de la instalación de aire acondicionado, va dispuesto un ventilador eléctrico adicional delante del condensador que es conectado o desconectado por un conmutador de temperatura en el radiador y/o por el conmutador del propio ventilador adicional en el lado posterior del compresor.

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V.- Compresor

Refri 16El compresor es una máquina que transforma la energía mecánica suministrada por el motor del vehículo, de forma que aspira el fluido refrigerante, procedente del evaporador y bajo la forma de vapor a baja presión y temperatura, para después impulsarlo hacia el condensador, en forma de vapor a alta presión y temperatura. El fluido sufre pues un incremento de presión y temperatura en el compresor. Si se representa el proceso de compresión del fluido en un diagrama de Mollier (presión-entalpía), se puede observar como no solo aumenta su presión y su temperatura, sino también su entalpía. En realidad, es la aportación externa de entalpía la que provoca que aumente su presión y temperatura y esa entalpía es generada en forma de energía mecánica por la correa del motor que arrastra la polea del compresor.

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El compresor se encuentra fijado directamente sobre el bloque motor, y es accionado normalmente por la correa que mueve la bomba de líquido de refrigeración y el alternador. Es fundamental que el montaje se haga de forma correcta ya que si se rompiera el soporte, debido a la situación del compresor, las consecuencias podrían ser muy graves.

Tipos de compresores:

Los compresores se subdividen en base al modo en el que comprimen el gas refrigerante,

distinguiéndose dos tipos principales, los compresores volumétricos y los turbocompresores (axiales y centrífugos). Como se ha indicado anteriormente, en climatización del automóvil se utilizan los compresores volumétricos, los cuales se clasifican en:

  •  Alternativos:

o       De pistones con sistema biela-manivela

o       De pistones tipo revólver

  •  Rotativos:

o       De paletas

  •  Pseudo Rotativos:

o        De espirales (skroll)

Compresores alternativos:

Refri 18El funcionamiento del compresor alternativo se subdivide en cuatro fases: aspiración, compresión, impulsión y expansión.

En la primera fase la válvula de aspiración está abierta, por lo que el fluido frigorífico gaseoso entra en el compresor a presión constante, siendo Va el volumen aspirado, como se puede ver en la gráfica.

En la compresión, la válvula de aspiración y descarga están cerradas y el gas se comprime desde la presión de aspiración P1 a la de impulsión P2, que será lógicamente mayor. La presión de impulsión corresponde con la presión medida en el condensador. Cuando se alcance este valor, la válvula de descarga se abre y se produce la expulsión del gas a presión constante. Al punto de inicio de la carrera del pistón (inicio de la compresión) se le llama “Punto Muerto Inferior” o PMI, y al de fin de carrera correspondiente a la expulsión del gas se le llama “Punto Muerto Superior” o PMS.  El volumen desplazado por el pistón durante la carrera Vg es el volumen comprendido entre el PMI y el PMS. Cuando la carrera de impulsión llega al final no se abre todavía la válvula de aspiración, porque en el interior del compresor existe fluido a la presión de descarga, más concretamente en el espacio muerto con un volumen V0. Se produce por lo tanto una expansión del gas hasta que alcanza la presión de aspiración. En ese punto la válvula de aspiración se puede abrir iniciándose así un nuevo ciclo. De lo explicado se deduce que el volumen aspirado Va es ligeramente inferior al volumen generado durante una carrera, Vg. Al cociente Va/Vg se le denomina rendimiento volumétrico. Este rendimiento se puede representar en un diagrama en función de la temperatura de vaporización, de la velocidad angular y de la potencia del compresor.

En los compresores alternativos, la cilindrada se calcula con la siguiente expresión: C = D.l.n en donde D es el diámetro del cilindro, l la carrera del pistón y n el número de cilindros, por lo que también C = n.Vg

Se detallan a continuación las particularidades de funcionamiento de cada tipo de compresor

alternativo.

Compresor alternativo de pistones con sistema biela manivela:

Refri 19está constituido por un cilindro con un pistón interior, su respectiva biela y manivela y las toberas de aspiración y descarga, equipadas con sus válvulas automáticas, como se puede ver en la figura. La tubería de descarga siempre es de un diámetro menor que la de aspiración debido a que el refrigerante a alta presión necesita una menor sección de paso.

Estos compresores tienen un elevado rendimiento volumétrico, entre un 80 y un 90%, pero producen un nivel elevado de vibraciones. En este valor de rendimiento se tienen en cuenta las pérdidas de fluido producidas durante el llenado del cilindro y las posibles fugas del mismo hacia el exterior a través de los tubos.

Compresor alternativo de pistones tipo revolver:

el principio de funcionamiento de estos compresores consiste en la transformación del movimiento rotativo del eje en un movimiento alternativo de los pistones por medio de un plato oscilante inclinado. La unión entre la varilla del pistón y el plato se efectúa mediante rótulas. Existen dos formas de compresores de acuerdo a su funcionamiento:

Compresor de cilindrada fija:

Refri 20 estos compresores comprimen la misma cantidad de fluido en cada rotación, ya que disponen de un cigüeñal en forma de plato que no puede modificar su ángulo en relación con el árbol del compresor.

Los sistemas de climatización que emplean estos compresores conectan y desconectan la bobina del embrague, dependiendo de la temperatura del aire a la salida del evaporador, de manera que el compresor comprime o no según las necesidades del momento. La decisión de conectar o desconectar el compresor es tomada por un sensor de temperatura que se encuentra, como se ha mencionado, en la salida del aire del evaporador. La desconexión se realiza cuando la temperatura del aire a la salida es tan baja que podría producir hielo en el evaporador. Estos sistemas tienen el problema de la pérdida de potencia del motor que provoca la conexión brusca del compresor, con las consecuencias que ello conlleva en cuanto al confort de marcha. Además, en ocasiones la potencia consumida es mayor que la que se necesita realmente.

Compresor de cilindrada variable:

Refri 21 tienen en su interior un cigüeñal en forma de plato pero que puede variar el ángulo que forma respecto al árbol del compresor, girando alrededor de un punto. Cuanto mayor sea el ángulo, mayor será el desplazamiento de los pistones y por lo tanto mayor será la cilindrada del compresor. Estos compresores, que aparecieron en el año 1987,  y no necesitan el empleo de un sensor de temperatura a la salida del aire del evaporador, ya que se regulan por sí mismos. Así pues el ángulo de inclinación depende de la presión en el cárter. Por medio de un orificio calibrado existe constantemente una inyección de parte del gas comprimido hacia el cárter. Además, una válvula de control pone en equilibrio las presiones de aspiración, de salida y del cárter, permitiendo la reinyección hacia la aspiración de la cantidad sobrante de fluido refrigerante en el cárter, de manera que el caudal coincida con las necesidades de refrigeración.

La variación de la cilindrada se lleva a cabo mediante la válvula de control, al aumentar la carga térmica en el evaporador (aumento de la temperatura del habitáculo), la presión de

evaporación aumenta por encima del punto de regulación de la válvula (2 bar efectivos), en esta situación se produce un paso de gas entre la cámara de aspiración y el cuerpo del compresor, no hay presión diferencial entre estas cámaras y los pistones tienen una carrera máxima, al aumentar la cilindrada, el flujo de refrigerante en circulación aumenta, con lo que el frío generado es mayor, la temperatura en el evaporador bajará junto con la del habitáculo y la presión de succión disminuye hasta estar por debajo del valor de regulación de la válvula, entonces esta válvula abre un paso entre la cámara de descarga y el cuerpo del compresor, por lo que se eleva la presión en el cuerpo, simultáneamente, la válvula de control reduce el paso entre la cámara de aspiración y el cuerpo del compresor, la regulación del diferencial de presión produce una fuerza que actúa sobre cada una de las bases de los pistones, como resultado se obtiene un par de giro que por medio del plato oscilante hace variar el ángulo de la leva giratoria, el plato del cigüeñal por lo tanto se desplazará hacia el otro lado, disminuyendo la cilindrada.

En la práctica, el plato se sitúa en una posición intermedia que varía muy despacio, permitiendo cumplir en todo momento las necesidades térmicas del sistema.

Las ventajas de los compresores de cilindrada variable son:

  • Reducción del consumo de combustible del vehículo, ya que el compresor solo
  • consume la potencia estrictamente necesaria
  • Evolución lineal de la temperatura del habitáculo
  • Eliminación de los golpes bruscos de puesta en marcha del compresor
  • Mejor deshumidificación del aire
  • Temperatura del aire de los difusores constante
  • Mayor confort de marcha
  • Compresor con una duración de vida superior
  • Supresión de la sonda de temperatura del evaporador
  • Mayor duración del resto de los accesorios del compresor, como embrague electromagnético, la correa y los rodamientos

Compresores rotativos:

El principio de funcionamiento de un compresor de paletas se basa en la rotación de un rotor y la disminución progresiva del espacio ocupado por el fluido atrapado entre las paletas.  La estanqueidad se asegura por el contacto entre las paletas y el estator, producida por la fuerza centrífuga aplicada a las paletas al girar el rotor a gran velocidad.

Existen dos tipos de compresores rotativos:

- Rotor centrado y estator de sección ovalada:

Refri 22

- Rotor excéntrico y estator de sección circular:

Refri 23

En el núcleo se disponen una serie de ranuras en oposición, en las que introducen las paletas. La excentricidad del núcleo al girar hace que en función de las respectivas posiciones unas paletas están introducidas en las ranuras mientras que otras salen al exterior siguiendo tangencialmente el perfil del cuerpo cilíndrico.  En estos compresores el rendimiento volumétrico es del orden de 75 al 90 %, debido a las pérdidas por los juegos existentes entre las paletas y el cuerpo cilíndrico.

Compresores pseudo rotativos:

Refri 24Empleados fundamentalmente en vehículos de propulsión eléctrica y en instalaciones industriales. Su funcionamiento se basa fundamentalmente en la rotación de una espiral móvil respecto de otra espiral fija. Las piezas alojadas en su interior se desplazan en un movimiento excéntrico (no giran). Se caracteriza por un elemento desplazable dispuesto excéntricamente con estructura espiral en ambos lados (espiras móviles), que da lugar, junto con las carcasas (cárter fijo), también en espiral a cámaras de volumen variable. Dejó de utilizarse por sus problemas de lubricación y estanqueidad

La selección de un compresor para una instalación frigorífica se realiza en base a su capacidad, de modo que pueda mantener un flujo de refrigerante tal que permita el intercambio completo del calor a través del evaporador y del condensador. Otras consideraciones a tener en cuenta son las dimensiones y el peso, ya que a veces los espacios limitados disponibles para su montaje limitan también su selección.

Embrague electromagnético:

Refri 25En los compresores que se emplean en los equipos de climatización se utiliza un dispositivo especial, llamado embrague electromagnético, que permite mantener solidario el compresor con el motor. Es el elemento que posibilita la interrupción de la conexión entre el motor del vehículo y el compresor. Esta interrupción puede realizarse a voluntad del conductor o bien de forma automática  cuando se ha alcanzado la temperatura adecuada. De este modo, el embrague transmite el movimiento, generalmente mediante una correa, desde la polea motriz del motor del vehículo al compresor.

Como se puede ver en la figura, el embrague electromagnético se compone de los elementos siguientes:

  • Un cuerpo con una bobina electromagnética, que desempeña la función de electroimán. Este cuerpo está fijado al compresor mediante tornillos.
  •  Un cubo sujeto al eje del compresor mediante una chaveta
  •  Un cojinete de doble rodamiento de bolas, montado sobre el cubo
  • Una polea, montada sobre el cojinete
  • Un disco, sujeto mediante tres láminas o muelles al cubo
  • Tres láminas que unen el cubo y el disco y que sirven para mantener a distancia a este último de la polea durante la desconexión y para reducir la solicitación dinámica en el momento de la conexión

Cuando el equipo no está en funcionamiento la polea gira loca sobre el cojinete ya que se mantiene siempre en rotación accionada por la correa que le une con la polea sujeta al eje del motor, mientras tanto el compresor permanece en reposo. En el momento de conectarse el equipo se crea un campo magnético debido a la circulación de la corriente eléctrica por la bobina, la fuerza generada por ésta atrae el disco hacia la polea, venciendo la fuerza de las láminas elásticas, haciendo que el movimiento de ésta se transmita al compresor. Cuando se han alcanzado en el interior del vehículo las condiciones climáticas requeridas, el termostato que regula la temperatura interior desconecta el compresor.

La lubrificación de los compresores:

Refri 26La lubricación del compresor se realiza en parte a presión (debido a la presión de aspiración que está presente en el interior del compresor) y en parte por barboteo. En el caso concreto de los compresores alternativos de pistones con sistema biela manivela, el cigüeñal del compresor al girar provoca el barboteo del aceite que lubrifica los dos cojinetes, anterior y posterior, que tienen la función de soportar al mismo cigüeñal. A continuación se puede ver un ejemplo de circuito de lubrificación.

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VI.- Valvula de Expansion

Refri 27La válvula de expansión asegura el suministro regular de refrigerante al evaporador siempre manteniendo un nivel específico a la salida del evaporador. Una válvula de expansión está dimensionada específicamente para un circuito de climatización, no se puede utilizar una válvula de expansión en vez de otra sin asumir riesgos para el funcionamiento del circuito.  Las características principales de una válvula de expansión son el recalentamiento que asegura (en K) y su capacidad frigorífica (en Ton).  No hay aspectos externos que permitan diferenciar una válvula de otra, si se sustituye una válvula específica por otra (ejemplo: 2 Ton, 3.5 K por 1.5 Ton, 2K) se producirá una carencia de potencia frigorífica en el evaporador y por consiguiente una falta de aire frío, o bien un funcionamiento cíclico del compresor que acarreará un envejecimiento prematuro del compresor y de la correa además de un efecto calor-frío desagradable en el habitáculo.

 

Principio de funcionamiento

Refri 28El fluido frigorífico entra en la válvula de expansión en estado líquido a alta presión, al pasar a través del orificio formado por el cuerpo y la bola o cabeza de válvula, sufre una expansión que le lleva al estado difásico (líquido-gas), a baja presión y temperatura, seguidamente atraviesa el evaporador donde por intercambio de calor con el aire, se evapora y se recalienta ligeramente, luego retorna en forma de vapor a baja presión hacia el compresor.

Inicialmente la temperatura en el bulbo de la cabeza termostática será la temperatura ambiente, lo que ocasionara una expansión del fluido interno del mismo, empujando el vástago hacia abajo, venciendo la fuerza del muelle y abriendo el paso del refrigerante. Esto provocara una gran cantidad de refrigerante inicialmente en el condensador. A medida que la temperatura en el condensador va descendiendo la presión del líquido dentro del bulbo va decreciendo también, lo que origina un menor empuje del vástago y un cierre gradual del paso del refrigerante, regulando de esta forma la cantidad de refrigerante en el condensador acorde a la temperatura del mismo.

Los diferentes tipos de válvulas termostáticas:

Las válvulas de expansión termostáticas pueden ser de equilibrado de presión interna o externa. Estas últimas son utilizadas frecuentemente en los circuitos frigoríficos del automóvil, en forma de válvula monobloque, a causa de su facilidad de montaje y de aislamiento térmico.

  • Las válvulas de expansión con equilibrado interno de presión funcionan dependiendo de la presión al principio de la evaporación. Debido a sus reducidas dimensiones, son utilizados principalmente en instalaciones frigoríficas de poca capacidad en las cuales el evaporador ofrece poca resistencia al derrame del fluido frigorífico. En efecto, el recalentamiento estático aumenta con las pérdidas de carga del evaporador. Si estas pérdidas son demasiado elevadas, una parte importante del evaporador participa en el recalentamiento, en vez de evaporar el fluido.
  • Las válvulas de expansión con equilibrado externo de presión funcionan dependiendo de la presión al final de la evaporación. Incluyen las pérdidas de carga en el evaporador. De esta forma, el efecto de estas es eliminado y ya no influye sobre el funcionamiento de la válvula.

 

Los diferentes tipos de válvula de expansión termostática con equilibrado externo:

Una válvula de expansión con equilibrado externa se distingue por la naturaleza de la carga del bulbo y por la colocación del bulbo con respecto al cuerpo de la válvula (interno o externo) Estas válvulas se dividen en:

  • Carga cruzada: el bulbo contiene R12 si el circuito contiene R134a y viceversa
  • Carga mixta: el bulbo contiene una mezcla de varios fluidos frigoríficos (R12+NH2+..)

Se distinguen entre otros:

  • Carga adsorción: el bulbo contiene un fluido frigorífico y una carga de carbono activo. Este tipo de carga reacciona con un cierto retraso ante todo cambio en el bulbo. Es requerido para instalaciones donde se desea amortiguar las fluctuaciones de temperatura.
  • Carga gaseosa: el bulbo contiene una cantidad de fluido frigorífico en forma de gas. Esta carga se condensa parcialmente en el bulbo según su temperatura. Este tipo de carga reacciona rápidamente a las variaciones de temperatura en el bulbo porque la masa de carga es mínima.
  • Carga líquida: el bulbo contiene una cantidad de fluido frigorífico bajo forma líquida. Se trata de un frigorífico apropiado cuyo volumen está determinado de tal forma que el bulbo siempre contiene líquido. Este tipo de carga tiene un tiempo de respuesta más lento que el de carga gaseosa.

El bulbo puede estar situado:

  • En el exterior del cuerpo (válvula EGELHOF de carga cruzada)
  • En el interior del cuerpo (válvula TGK con carga de carbono activo y R13)

Refri 36

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VII.- Filtro Deshidratante y Acumulador

Refri 29El filtro deshidratante es un depósito de fluido frigorífico en estado líquido. Contiene un desecante, que sirve para retener el agua susceptible de circular en el circuito de climatización, y unos filtros para retener las impurezas.

El acumulador es un depósito de fluido frigorífico en estado gaseoso, contiene igualmente un desecante y unos filtros que aseguran las mismas funciones que en el filtro deshidratante, juega también un papel de filtro anti-liquido a la entrada del compresor.

 

Función principal

Refri 30Deshidratar el circuito reteniendo la humedad del fluido por medio de un desecante

La humedad es un peligro para el circuito, esta penetra fácilmente y es muy difícil de hacer salir del circuito. La presencia de humedad es normalmente consecuencia de:

  • un defecto de fabricación por canalizaciones que utilizan caucho poroso, juntas de circuito deficientes, filtros deshidratantes y componentes almacenados sin estar taponados, etc.
  • Un mantenimiento deficiente (componentes cambiados sin precaución, aperturas intempestivas del circuito y procedimientos no respetados durante la carga y descarga
  • la utilización de un aceite ya saturado o un procedimiento erróneo de carga de aceite o de fluido frigorífico
  • un circuito abierto al aire durante demasiado tiempo, normalmente a consecuencia de un accidente.

La capacidad de adsorción de un filtro deshidratante es función de la cantidad de desecante

presente en el filtro, de 50 a 60 gramos de media. Los mejores desecantes (la zeolita) permiten absorber el 15% en agua de su propio peso en seco, lo que equivale a 10 gotas de agua. Un filtro que contenga un desecante de alúmina activada o de gel de silicio, de baja eficacia (capacidad de adsorción de 5%) y en cantidad inferior a 50 gramos debe ser desechado sistemáticamente.

Los peligros de la presencia de humedad son:

  • Al nivel de la válvula de expansión, la humedad arrastrada por el fluido toma la forma de cristales de hielo en el momento de la expansión, estos cristales van a obturar el orificio de expansión, frenando primero el caudal de fluido para después detenerlo completamente debido a la formación de un bloque de hielo, posteriormente la válvula de expansión se calienta, el bloque de hielo funde y el fluido circula de nuevo hasta una nueva obturación. La climatización funciona intermitentemente con unas prestaciones degradadas, hasta llegar al deterioro de la válvula de expansión debido a las tensiones ejercidas por el bloque de hielo.
  • Al nivel del evaporador, cristales de hielo internos van a reducir el paso de fluido y la superficie de intercambio, disminuyendo la temperatura de ebullición y degradando de este modo las prestaciones produciendo menos fríos. Además, el compresor estará conectado más a menudo lo que produce un consumo excesivo de carburante.
  • A nivel del aceite y el gas, el aceite y el fluido frigorífico son hidrófilos y absorben la humedad, el fluido y el aceite generan en presencia de humedad unos ácidos en forma de emulsión. Esta emulsión, llamada “barro”, reduce el intercambio térmico en el circuito al depositarse sobre las paredes de los intercambiadores y disminuye también considerablemente la lubrificación del compresor. El aceite permanece retenido en los demás componentes y el retorno de aceite hacia el compresor se vuelve insuficiente, calentándose este hasta el gripado, o como mínimo se deteriora anormalmente. Esta emulsión puede transformarse en cera, uno de los constituyentes de los aceites, que precipita a baja temperatura. Esto puede producir el pegado de la válvula y engendrar todo tipo de problemas, incluso el bloqueo del compresor por falta de lubrificación. El aceite debe ser almacenado herméticamente al abrigo del aire, nunca el aceite recuperado debe reutilizarse

 

  • A nivel de los fenómenos de corrosión, el CFC(R12) y el HFC(R134a) contienen respectivamente Cloro y Flúor, que en presencia de humedad o de agua se transforman en ácidos, clorhídrico para el primer caso y fluorhídrico para el segundo. Estos ácidos atacan a todos los metales pero los efectos nefastos no se descubren normalmente hasta que el deterioro se ha producido. La temperatura acelera esta corrosión, y es el compresor el elemento más vulnerable debido a que se encuentra en el punto más caliente. Cuando hay presencia de “barro”, las superficies metálicas están perforadas por la corrosión, hay una reducción de las prestaciones de todos los componentes, saturación del filtro deshidratante y obstrucción del orificio de la válvula de expansión.

 

 

 Funciones Complementarias

  • constituir una reserva de líquido,  para absorber las variaciones de caudal de fluido en el circuito (en caso de ciclado del compresor) y para retener el gas residual y alimentar la válvula de expansión únicamente con fluido en estado líquido.
  • filtrar las impurezas,  para detener las impurezas que podrían llegar hasta la válvula de expansión y taponar el orificio, Además el fluido frigorífico y el aceite , debido a la presión y a la velocidad, arrancan partículas metálicas del circuito y hay que eliminarlas filtrando para poder proteger las válvulas del circuito (válvula de expansión y compresor que son los órganos más vulnerables)
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VIII.- Refrigerantes y Lubricantes

Refrigerantes (R12 y R134a)

Se sabe que la función principal del dispositivo de climatización es producir frío captando el calor del aire ambiente, como todo fluido absorbe calor, los fluidos frigoríficos son empleados en la climatización por su gran capacidad de absorción de calor. Estos fluidos deben reunir una serie de características para que su efectividad sea óptima:

  • Características favorables de presión y temperatura para conseguir que las presiones no sean demasiado elevadas en el condensador ni demasiado bajas en el evaporador
  • Valor de calor latente de evaporación elevado para poder conseguir un mayor efecto frigorífico
  • Valor de la temperatura crítica lo suficientemente elevado para evitar que el compresor comprima el fluido hasta una presión por encima de la presión crítica, en cuyo caso no se produciría cambio de estado en el condensador
  • Temperatura de evaporación inferior a la temperatura ambiente
  • Seguridad contra el peligro de incendio y de explosión
  • Estabilidad química y compatibilidad con los materiales que componen el circuito
  • Baja toxicidad para evitar daños a las personas que los manipulan
  • Miscibilidad con el aceite lubricante empleado

 

Tipos de fluidos:

  • CFC: CLOROFLUOROCARBUROS (Ejemplo R12, R11, R502): Están compuestos de cloro, flúor y carbono. Contribuyen a la destrucción de la capa de ozono
  • HCFC: HIDROCLOROFLUOROCARBUROS (Ejemplo R22, D124): Están compuestos de cloro, flúor, carbono e hidrógeno. Contribuyen a la destrucción de la capa de ozono y al recalentamiento del planeta por el efecto invernadero.
  • HFC: HIDROFLUOROCARBUROS (Ejemplo R134a, ISCEON 49): Está compuestos de flúor, carbono e hidrógeno. Contribuyen al recalentamiento del planeta por el efecto invernadero

 

El  R12 (Freón 12)

Refri 33El diclorodifluormetano (C Cl2 F2) denominado R-12 o Freón 12 es un fluido caracterizado por un alto calor de evaporación. Pertenece a la familia de los Clorofluorocarbonos, CFC. Su punto de ebullición se encuentra a –29.4 ºC a presión atmosférica. Presenta una elevada estabilidad a altas temperaturas y no reacciona con la mayor parte de los metales (excepto el zinc y el magnesio), además no deteriora la goma de las tuberías, sin embargo en presencia de agua es altamente corrosivo, ya que la reacción produce ácido clorhídrico. En condiciones normales es un gas incoloro, con un ligero olor y no produce manchas. Es miscible con los aceites lubricantes minerales, tomando las precauciones necesarias en el dimensionamiento de las tuberías con el fin de asegurar el retorno del aceite al compresor.

En condiciones normales no es inflamable ni explosivo, tanto en estado líquido como gaseoso, sin embargo si se pone en contacto con una llama o con un metal muy caliente se descompone en gas fosgeno (gas mostaza) que es un gas muy venenoso, además no se debe poner en contacto este fluido con los ojos, ya que se pueden producir congelación.

Desgraciadamente este compuesto alcanza rápidamente las capas altas de la atmósfera, donde se encuentra el ozono, O3, se sitúan a una altura aproximada de 15 km. y pueden permanecer durante 120 años. Debido al efecto de los rayos ultravioletas, se produce la degradación química del R-12, liberándose las moléculas de cloro, que reaccionan con el ozono, capturando un átomo de oxígeno, disminuyendo la concentración de ozono en esa zona. Una molécula de cloro puede destruir entre 50000 y 100000 moléculas de ozono. La capa de ozono que rodea la tierra a nivel de la estratosfera asegura la protección contra los rayos

ultravioletas, que atacan al organismo humano y a la vida vegetal y animal. Además, esta capa limita el efecto invernadero, manteniendo el equilibrio térmico del planeta mediante la reflexión de los rayos infrarrojos hacia la tierra. Así pues, la destrucción de esta capa de ozono provocaría la penetración de los rayos UV, con el consiguiente riesgo para la salud, así como el recalentamiento del planeta.

El R134a:

Refri 34La alternativa al R-12 es el tetrafluoroetano (CH2F-CF3), que pertenece a la familia de los Hidrogenofluorocarbonos (HFC), su punto de ebullición es de –26.3 ºC a presión atmosférica, presenta así mismo una baja toxicidad, de la misma forma que el R-12, no es inflamable en condiciones normales, pero sin embargo es corrosivo en presencia de agua, ya que se produce ácido fluorhídrico, no es miscible con aceites minerales, sino con aceites sintéticos PAG (glicol polialcalino). El tamaño de sus moléculas es inferior a las del   R-12, por lo que la posibilidad de fugas es mayor. Las características termodinámicas de este compuesto son similares a las del R-12, posee un

elevado calor latente de vaporización, cambia de estado a presiones poco elevadas y su temperatura de evaporación es apropiada para los sistemas de climatización.

En cuanto a los efectos medio ambientales, al no tener cloro en su composición, el R134a es inocuo para la capa de ozono, sin embargo también contribuye al efecto invernadero, aunque en menor medida que el R-12. Su tiempo de permanencia en la atmósfera también es más reducido, en torno a 15 años.

 

Comparativa entre ambos fluidos:

 

En la tabla siguiente se pueden observar algunas características físicas para ambos fluidos:

Refri 35

Aceites Refrigerantes (R12 y R134a)

La función de los aceites utilizados en refrigeración es la misma de los demás lubricantes, crear una capa de deslizamiento entre las partes en movimiento para evitar la fricción y el desgaste, así como también lubricar todas las partes móviles dentro del sistema. Pero debemos recordar que las condiciones dentro de un sistema de refrigeración son totalmente diferentes a las de medio ambiente, por tal razón se hace necesario un lubricante con características especiales:

  • Primero el aceite debe de ser incongelable, para soportar las temperaturas dentro del evaporador, así como tener una buena tolerancia al calor para soportar las temperaturas dentro del condensador.
  • El lubricante debe de ser refinado con la finalidad de que pueda mezclarse perfectamente con el refrigerante sin crear emulsiones, ya que es este el que lo transporta por todo el sistema, para que pueda realizar su función de lubricación.
  • El Aceite debe de ser deshidratado  para eliminar el agua, ya que esta crea una combinación altamente corrosiva con los componentes del refrigerante.
  • Debe de respetar la integridad de los componentes, evitando las corrosiones y asegurando una buena unión de las juntas y tuberías.

Existen dos tipos básicos de aceites empleados en la refrigeración automotriz, los de base mineral, los cuales pueden ser de origen parafinicos o naftenicos y de base sintética, los del tipo polialquilen glicol (PAG) o poliol ester.  Los primeros son empleados con el refrigerante R12, mientras los segundos son empleados con el refrigerante R134a. Nunca deben de mezclarse los aceites, sin importar el tipo que sea, ya que cada uno posee características individuales y únicas. Tampoco deben de emplearse aceites que no correspondan con el refrigerante, ya que estos deben de mezclarse para proporcionar una lubricación adecuada.

Propiedades de los Aceites:

Aceite Sintético PAG

Aceite Mineral

  • Compatible con el 134ª
  • Buen índice de viscosidad
  • Excelente pode lubricante
  • Higroscopia alta
  • Agresivo con los metales elastómeros y plásticos en presencia de agua
  • Compatible con el R12
  • Buen índice de viscosidad
  • Excelente pode lubricante
  • Higroscopia muy débil
  • Agresivo con los metales elastómeros y plásticos en presencia de agua
  • Compatible con el R12
  • Buen índice de viscosidad
  • Excelente poder lubricante
  • Higroscopia muy débil
  • Agresivo con los metales elastómeros y plásticos en presencia de agua

 

Viscosidad del Aceite.- el grosor del lubricante a utilizar dependerá de las holguras de los componentes en el sistema, especialmente en el compresor, el cual es el más afectado con la viscosidad del aceite. El 46,100 y 125 son los grados más empleados para los aceites sintéticos PAG y el refrigerante 134a.

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I.- Naturaleza de la Electricidad

Naturaleza de la Electricidad (Teoría atómica)

Elec 1La parte más pequeña de un material que aún conserva sus propiedades físicas, se denomina molécula. Son tan pequeñas que sólo se aprecian con la ayuda de potentes microscopios. Estas moléculas pueden dividirse en los denominados átomos y estos en partículas aun menores denominadas electrones, protones y neutrones. Los  protones y neutrones se encuentran inmóviles en la zona interior, en el denominado núcleo del átomo, mientras los electrones orbitan alrededor del núcleo. Los electrones disponen de la misma carga eléctrica que los protones, pero de signo contrario, siendo este equilibrio de cargas el que mantiene unidas las partículas que forman el átomo. Sin embargo, debido a la distancia que separa a los electrones del núcleo, y su movimiento orbital, es relativamente fácil romper este equilibrio. Aplicando energía desde el exterior podemos desprender electrones del átomo.

Por ejemplo:

Elec 2Si en un átomo de Litio, la suma de cargas eléctricas es nula.

3(+) + 3(-) = 0

  Si, suponiendo que por frotamiento, conseguimos transmitirle la suficiente energía como para arrancarle un electrón, el equilibrio de cargas eléctricas se pierde, ahora el átomo contiene 3 protones y 2 electrones.

3(+) + 2(-) = 1(+)

En este caso se dice que el átomo queda cargado positivamente (catión o ión positivo)Elec 3

Del mismo modo si lo que se consigue es añadir un electrón al átomo, este quedaría cargado negativamente (anión o ión negativo).

3(+) + 4(-) = 1 (-)

Elec 4

De esta manera, quitando o añadiendo electrones, se electriza el átomo y como consecuencia el material formado por infinidad de átomos.

La medida física que indica el exceso o defecto de electrones en un cuerpo se la denomina carga eléctrica. Se mide en Culombios. Un Culombio es la carga eléctrica equivalente a 6.300.000.000.000.000.000 electrones.


Conceptos eléctricos básicos

Las primeras observaciones sobre fenómenos eléctricos se realizaron ya en la antigua Grecia, cuando el filósofo Tales de Mileto (640-546 a.C.) comprobó que, al frotar barras de ámbar contra pieles curtidas, se producía en ellas características de atracción que antes no poseían. Es el mismo experimento que ahora se puede hacer frotando una barra de plástico con un paño; acercándola luego a pequeños pedazos de papel, los atrae hacia sí, como es característico en los cuerpos electrizados.

Sin embargo, fue el filósofo griego Theophrastus (374-287 a.C.) el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad. Comprobando que no todos los materiales pueden adquirir tal propiedad o adquirirla en igual medida. Se atraen, por ejemplo, una barra de vidrio y otra de ebonita. Se repelen, sin embargo, dos barras de vidrio o dos de ebonita.

La experiencia ha demostrado la existencia de dos clases distintas de electricidad: a una se le llama positiva (+) y a la otra negativa (-). En 1733, el francés Francois de Cisternay Du Fay fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas: Positiva y Negativa.

Si antes de empezar las experiencias, se aproximan una barra de ebonita y a otra de vidrio, se comprobará que no existe electrificación ninguna, pues no hay ni atracción ni repulsión. De esta manera, se llega a la conclusión de que la electrización se produce por frotamiento y de que existe algún agente común que no se comporta de igual forma en ambos materiales.

Efectivamente, un tipo de partículas llamadas electrones abandonan en unos casos la barra, por acción del frotamiento, y otras veces abandona el paño para pasar a la barra. El exceso de electrones da lugar a cargas negativas, y su falta a cargas positivas. Los electrones son idénticos para todas las sustancias (los de cobre son iguales que los del vidrio o la madera), siendo estas, las partículas más importantes de las que se compone la materia, ya que disponen de carga y movilidad para desplazarse por las sustancias. La diferencia entre dos materiales vendrá dada, entre otras cosas, por la cantidad y movilidad de los electrones que la componen. A título de curiosidad, comentar que la masa de un electrón es de: 0’0000000000000000000000000000009106 Kg.

Los conceptos de carga y movilidad son esenciales en el estudio de la electricidad, ya que, sin ellos, no podría existir la corriente eléctrica. En 1776 Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Por lo anteriormente expuesto, se puede afirmar que los electrones no se ven, pero podemos notar sus efectos: la electricidad. De igual manera, podemos afirmar que en cualquier clase de material, se dan efectos eléctricos. Ahora bien, la materia es eléctricamente neutra y, en consecuencia, es necesario aplicar una energía externa que origine el desplazamiento de algunos electrones, dando lugar a fenómenos eléctricos. Por lo tanto, la electricidad se puede definir como una forma de energía originada por el movimiento ordenado de electrones.

Formas de Generación de la Electricidad

Dependiendo de la energía que se quiera transformar en electricidad, será necesario aplicar una determinada acción. Se podrá disponer de electricidad por los siguientes procedimientos:

Elec 5

De todas las energías enunciadas anteriormente, la empleada para producir electricidad en grandes cantidades es la magnética.

Su producción se basa en el hecho de que, al mover un conductor (material con gran movilidad de electrones) en presencia de un imán (campo magnético), en el conductor se produce un movimiento ordenado de electrones, como consecuencia de las fuerzas de atracción y repulsión originadas por el campo magnético.

En esta forma de producción de electricidad se basa el funcionamiento de los alternadores, motores y dinamos.

Elec 6

Elec 7Cualquier central eléctrica, basa su producción de electricidad en el giro de turbinas unidas a ejes de alternadores. Este giro se producirá por la caída de agua (central hidroeléctrica).

Elec 8O por el empuje de vapor de agua a presión. En función del origen del calor utilizado para producir vapor, podemos encontrarnos con centrales:

  • Térmicas: Queman combustibles fósiles (normalmente carbón).
  • Nucleares: Emplea combustibles atómicos (fusión nuclear).
  • Geotérmicas: Utilizan el calor del interior de la Tierra.
  • Solares: Utilizan el calor del Sol.

Elec 9Cabe mencionar en este apartado, el aumento de los parques eólicos. En ellos se emplean gran cantidad de aerogeneradores. Estos son pequeños alternadores cuyo giro se consigue mediante aspas movidas por la fuerza del viento.

Los electrones al moverse llevan consigo la electricidad de que están provistos, y su velocidad de desplazamiento es la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km./seg.

 

Corriente Eléctrica

Elec 10El sentido de desplazamiento de los electrones es siempre desde el material cargado negativamente, al cargado positivamente. Por lo tanto, el movimiento de carga eléctrica se produce desde el cuerpo negativo al positivo. Este movimiento de electrones a través del circuito es lo que se llama corriente eléctrica (corriente de electrones).

Para crear y mantener la corriente eléctrica (movimiento de electrones), deben darse dos condiciones indispensables:

  1. Que haya una fuente de electrones o dispositivo para su generación (generador), pila, batería, fotocélula, etc.
  2. Que exista un camino, sin interrupción, en el exterior del generador, por el cual, circulen los electrones. A este camino se le conoce como conductor.

Además de estas dos condiciones indispensables, en la mayoría de los casos, existe un elemento llamado receptor o carga, que es el que recibe los electrones y aprovecha la energía de su movimiento para conseguir el efecto deseado: luz, calor, etc.

A todo este conjunto se le denomina circuito eléctrico. Si los conductores permanecen unidos al generador y al receptor, se dice que es un circuito cerrado. Los electrones se desplazan por el circuito exterior desde el polo negativo del generador a su polo positivo, y dentro del generador, desde el positivo al negativo.

Por lo contrario, cuando algún tramo del conductor se interrumpe, al no existir conexión entre el generador y el receptor, los electrones no pueden desplazarse por el circuito y, en consecuencia, no se establece la corriente eléctrica. En este caso, se dice que es un circuito abierto.

 

Corriente Continua y Corriente Alterna (AC/DC)

Ya sabemos que la corriente eléctrica es el movimiento de electrones; ahora bien, atendiendo al sentido del movimiento de los electrones y a su cantidad, se puede hacer la siguiente clasificación de corrientes eléctricas.

Elec 11Corriente continua: En cada instante los electrones circulan en la misma cantidad y sentido. Es el tipo de corriente generada por una pila o una batería.

Elec 12Corriente alterna: Dependiendo del instante, los electrones circularán en un sentido o en otro, siendo también variable su cantidad. Es el tipo de corriente más empleada, siendo esta de la que se dispone en cualquier enchufe eléctrico de una vivienda.

Efectos de la electricidad.

Los efectos de la corriente eléctrica se pueden clasificar en:

  • Luminosos.
  • Caloríficos.
  • Magnéticos.
  • Dinámicos.
  • Químico

Estos efectos suelen aparecer relacionados entre sí. Por ejemplo: una lámpara desprende calor y un calefactor eléctrico desprende luz.

El efecto magnético es el utilizado en los electroimanes: se puede conseguir un imán enrollando un conductor a una barra metálica, y haciendo circular una corriente eléctrica.

El efecto dinámico consiste en la producción de movimiento, como ocurre con un motor eléctrico.

El efecto químico es el que da lugar a la carga y descarga de las baterías eléctricas. También se emplea en los recubrimientos metálicos, cromados, dorados, etc.

 

 

Conductores y Aislantes

Debido a que la estructura de los materiales difiere notablemente de unos a otros, no todos los cuerpos permiten el paso de la corriente eléctrica con la misma facilidad.

A los que menor oposición presentan se les denomina materiales conductores. Entre ellos, destacan el oro y la plata; pero su elevado precio hace que sólo se empleen en aparatos electrónicos de precisión. Los materiales comúnmente empleados son el cobre y el aluminio. Son peores conductores pero muchísimo más económicos.

La experiencia nos enseña que hay ciertos materiales que se oponen casi totalmente al paso de corriente eléctrica. Estos reciben el nombre de materiales aislantes. Buenos ejemplos de aislante son la madera, el plástico, el papel, la porcelana, los barnices aislantes, etc. Obsérvese que se ha dicho que estos materiales se oponen “casi totalmente” al paso de la corriente eléctrica, queriendo con ello resaltar que aun sin favorecer el paso de electrones, en ciertas condiciones “especiales”, no existen materiales aislantes. No obstante, se consideran materiales no conductores, o sea, aislantes en condiciones normales.

Campos Eléctricos y Electromagnéticos

A través de la historia de la Física se puede apreciar la importancia que ha tenido el electromagnetismo, una de las principales revoluciones del siglo XIX que ha dado paso a grandes descubrimientos tecnológicos. Los primeros fenómenos magnéticos observados estaban ligados a los llamados imanes naturales, actualmente sabemos que los fenómenos magnéticos se deben a fuerzas originadas por cargas eléctricas en movimiento; en otras palabras, toda carga además de crear un campo eléctrico, cuando se desplaza origina en el espacio que le rodea una nueva perturbación que constituye un campo magnético.

Campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje: entre más elevado sea el voltaje, más fuerte será el campo que resulta. Campos magnéticos tienen su origen en las corrientes eléctricas una corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte. Un campo eléctrico existe aun que no haya corriente. Cuando hay corriente, la magnitud del campo magnético cambiará con el consumo de poder, pero la fuerza del campo eléctrico quedará igual.

En presencia de una carga eléctrica positiva o negativa se producen campos eléctricos que ejercen fuerzas sobre las otras cargas presentes en el campo. La intensidad del campo eléctrico se mide en voltios por metro (V/m). Cualquier conductor eléctrico cargado genera un campo eléctrico asociado, que está presente aunque no fluya la corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la tensión, más intenso será el campo eléctrico a una determinada distancia del conductor.

Los campos eléctricos son más intensos cuanto menor es la distancia a la carga o conductor cargado que los genera y su intensidad disminuye rápidamente al aumentar la distancia. Los materiales conductores, como los metales, proporcionan una protección eficaz contra los campos magnéticos. Otros materiales, como los materiales de construcción y los árboles, presentan también cierta capacidad protectora. Por consiguiente, las paredes, los edificios y los árboles reducen la intensidad de los campos eléctricos de las líneas de conducción eléctrica situadas en el exterior de las casas. Cuando las líneas de conducción eléctrica están enterradas en el suelo, los campos eléctricos que generan casi no pueden detectarse en la superficie.

Los campos magnéticos se originan por el movimiento de cargas eléctricas. La intensidad de los campos magnéticos se mide en amperios por metro (A/m), aunque en las investigaciones sobre campos electromagnéticos los científicos utilizan más frecuentemente una magnitud relacionada, la densidad de flujo (en microteslas, µT). Al contrario que los campos eléctricos, los campos magnéticos sólo aparecen cuando se pone en marcha un aparato eléctrico y fluye la corriente. Cuanto mayor sea la intensidad de la corriente, mayor será la intensidad del campo magnético.

Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos son más intensos en los puntos cercanos a su origen y su intensidad disminuye rápidamente conforme aumenta la distancia desde la fuente. Los materiales comunes, como las paredes de los edificios, no bloquean los campos magnéticos.

Electroimanes y Transformadores
Electroimán.-  Imán temporal constituido por una bobina cilíndrica de alambre arrollada en forma de espiral (solenoide), en cuyo interior se coloca un núcleo de hierro. Cuando una corriente eléctrica recorre la bobina, se crea un fuerte campo magnético, paralelo a su eje. En el núcleo, las partículas de hierro, que pueden considerarse pequeños imanes permanentes, se alinean en la dirección del campo, aumentando notablemente la fuerza del campo magnético generado por el solenoide. El núcleo se satura cuando todas las moléculas están alineadas, por lo que a partir de entonces el aumento de la corriente no incrementa la fuerza del campo magnético. Si se interrumpe la corriente, las moléculas se redistribuyen y sólo se mantiene un débil magnetismo residual.

Los electroimanes son componentes fundamentales de los circuitos automáticos y manuales de mando, y como frenos y embragues electromagnéticos. En los aceleradores de partículas se utilizan enormes electroimanes con núcleos de varios metros de diámetro. También se utilizan potentes electroimanes como grúas, para levantar hierro y chatarra en las plantas de recuperación y fundiciones.

Transformadores.-

Principio del funcionamiento. La base del funcionamiento de un transformador es también la inducción electromagnética. En la figura que se muestra bajo este texto ilustra el transformador fundamental que consiste en un núcleo de hierro y dos bobinados denominados primario y secundario. El núcleo proporciona un camino para el campo magnético y se construye generalmente de un gran número de chapas delgadas de un acero especial. El primario es el que recibe la energía de la línea y el secundario es el que da la energía a la carga.

Elec 14La teoría del funcionamiento de un transformador es la que sigue:
1. Cuando se conecta el primario a una fuente alterna, por el bobinado comienza a pasar una corriente alterna.

2. En cuanto fluye una corriente por un conductor se crea un campo magnético alrededor de él. Si la corriente cambia continuamente en magnitud y la polaridad, el campo magnético que se origina en el núcleo de hierro hará lo mismo.

3. El campo magnético alterno está, por tanto, continuamente expandiéndose y contrayéndose. Como el circuito magnético es cerrado, la variación del campo magnético es la misma en cualquier parte del núcleo.

4. Las líneas magnéticas al expandirse y contraerse cortarán a los conductores situados en cualquier parte del núcleo, y de acuerdo con el experimento de Faraday, en éstos aparecerá una fem inducida.

5. Como a cada conductor sobre el núcleo le corta el mismo flujo, la fem inducida por vuelta será la misma. Por tanto, el voltaje en cada bobinado será proporcional al número de vueltas; expresado matemáticamente, esto es
EP        NP
—— = ——
ES        NS
6. Se puede ver en esta ecuación que el voltaje del secundario se puede aumentar o disminuir eligiendo una relación de vueltas.

Funcionamiento del transformador cuando se carga. Si se conecta el secundario a una carga, pasará una corriente a través de la carga y también por el bobinado del secundario. La energía que consuma la carga tiene que proceder de la línea; de aquí que la carga en el primario tenga que variar como en el secundario. En la figura anterior se muestra que no existe conexión eléctrica entre los bobinados del primario y el secundario. La energía consumida por la carga se transfiere del secundario al primario por medio del flujo magnético. El rendimiento del transformador es muy alto, a menudo superior al 95 por 100; de aquí que los vatios en el secundario sean casi los mismos que en el primario. En estas condiciones las intensidades varían inversamente con los voltajes. Matemáticamente, esto es
EP        IP
—— = ——
ES        IS
Esta ecuación muestra que al elevar el voltaje con un transformador se disminuye la intensidad. Esta es la ventaja decisiva en los sistemas de transmisión de energía.
Rendimiento. Todos los generadores, motores, transformadores u otros aparatos que transforman energía de una forma a otra pierden parte de esta energía en el proceso. Si se emplea un motor de gasolina para hacer girar a un generador, el motor suministra energía mecánica al eje del generador, y esta energía se convierte en energía mecánica que pasa a la carga. Solo una parte de esta energía mecánica se transforma en energía eléctrica debido a las pérdidas por fricción y a las pérdidas en el hierro y el cobre del generador. El rendimiento es la expresión que se usa para indicar qué porción de la energía recibida por un aparato se aprovecha en la transformación. Se puede definir el rendimiento como la relación entre la salida y la entrada de cualquier aparato; matemáticamente se expresa como:
Salida
Rendimiento = ———–
Entrada

 

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