La calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) es la tecnología para el confort ambiental en interiores y automóviles. La climatización facilita la gestión del clima agradable dentro de la cabina al controlar el grado de calor/frío.
Hubo momentos en que tener un acondicionador de aire en un automóvil se consideraba una de las grandes características, pero hoy en día los acondicionadores de aire se han convertido en equipos estándar incluso en automóviles de nivel básico. El deseo de aún más confort y lujo ha llevado al desarrollo del sistema de control de clima dentro de un automóvil. El objetivo principal del control de clima automático es controlar la temperatura de un área determinada para la comodidad de los pasajeros a bordo.
La CLIMATIZACIÓN se introdujo por primera vez en los automóviles a principios de la década de 1960, y está disponible en la mayoría de los vehículos de gama alta en la actualidad. Es un sistema complejo que consiste en interruptores mecánicos/electrónicos o perillas en la interfaz. El motor del sistema comprende uno o más motores soplantes, actuadores (para el control de la circulación de aire fresco, el control del flujo de aire y el control de la temperatura) y una unidad de refrigeración junto con muchos conductos a través de los cuales se transfiere aire a la cabina.
El principio básico detrás del funcionamiento de la unidad HVAC es la conducción y la convección. El calor se transfiere de una región de baja temperatura a una región de alta temperatura en el vehículo, debido a la diferencia de presión. Este proceso de transferencia de calor se llama Refrigeración . La Figura 1 muestra el diagrama de ciclo del proceso de refrigeración completo.
Un sistema de aire acondicionado consta de cinco componentes principales:
- Evaporador
- Compresor
- Condensador
- Receptor/Secador
- Dispositivo de expansión
Los cinco componentes principales se dividen en dos regiones de presión: el lado de alta presión es la unidad de condensador y receptor/secador, y el lado de presión es el evaporador de aire acondicionado. El punto de división entre presión alta y baja corta a través del compresor y la válvula de expansión.
La siguiente sección analiza en detalle cada pieza del sistema HVAC (consulte la Figura 2).
Evaporador
Un evaporador es un dispositivo de intercambio de calor en el ciclo de refrigeración. El refrigerante líquido, que sale del valor de expansión y entra en el evaporador, está a una temperatura y presión más bajas.
Al pasar a través de las bobinas del evaporador, el refrigerante absorbe el calor del aire que se sopla a través de las bobinas y se convierte en vapor de baja temperatura y baja presión. El refrigerante líquido se hace fluir de la parte inferior a la parte superior de las bobinas del evaporador para garantizar que el refrigerante líquido hierva antes de que salga de las bobinas del evaporador.
Las tareas realizadas por el evaporador se pueden resumir de la siguiente manera:
- Absorción de calor
- Ebullición de todo el refrigerante a vapores
El aire soplado por el soplador a su vez se enfría, al transferir el calor, y se pasa a la cabina a través de las rejillas de ventilación.
Dado que el evaporador de aire acondicionado proporciona el enfriamiento al absorber el calor del medio circundante, podría servir de doble propósito cuando se coloca muy cerca del salpicadero del vehículo. Absorbe el calor del aire que pasa a través de él y también absorbe el calor del interior del vehículo para mantener la temperatura requerida.
Compresor
El compresor de aire acondicionado se conoce como el corazón de las unidades de aire acondicionado centrales. El compresor absorbe el vapor refrigerante de la línea de succión y comprime los vapores a vapor de sobrecalentamiento alto. La temperatura del vapor es normalmente dos veces y media más alta que la temperatura del aire exterior.
Dado que el calor siempre fluye de caliente a frío, el refrigerante debe estar mucho más caliente que el aire exterior para poder mover el calor fuera del sistema. A medida que el refrigerante fluye a través del compresor, también elimina el calor de compresión, el calor del bobinado del motor, la fricción mecánica y otro calor absorbido en la línea de succión. Otra tarea clave del compresor de aire acondicionado es generar el flujo de refrigerante en el sistema.
Las tareas realizadas por compressor se pueden resumir de la siguiente manera:
- Sobrecalentar
- Eliminar el calor latente o (condensar)
- Eliminar el calor más sensible o (subenfriador)
- Generar el flujo de refrigerante
Condensador
El vapor caliente de alta presión hace su siguiente parada en la bobina de condensación. El condensador es igual que el evaporador es un intercambiador de calor. Dentro de la bobina de condensación, el refrigerante fluye de arriba a abajo de la bobina.
Dado que el refrigerante está a una temperatura mucho más alta que la temperatura ambiente, se enfría a medida que pasa a través de la bobina. En el momento en que el refrigerante super heat alcanza el tercio inferior de la bobina, se enfría lo suficiente como para volver a convertirse en líquido. Este proceso se conoce como subenfriamiento.
A medida que el refrigerante se condensa a forma líquida liberando el calor, la temperatura exterior del tubo de cobre se vuelve muy alta y, con la ayuda del ventilador/ventilador del radiador, el calor se expulsa del sistema. Este aire caliente en algunos vehículos se convierte en la fuente de aire caliente en condiciones climáticas más frías.
La colocación del condensador también es importante para una mejor eficiencia, ya que es muy caliente, por lo que la superficie máxima debe exponerse para garantizar el enfriamiento a una velocidad más rápida.
Secador / receptor
El secador / receptor se encuentra en la sección de alta presión del sistema, generalmente en la tubería entre la salida del condensador y la entrada de la válvula de expansión, aunque algunos pueden estar conectados directamente al condensador.
El secador/receptor cumple tres funciones muy importantes:
- Actúan como contenedores de almacenamiento de refrigerante adicional durante períodos de baja demanda de refrigeración. Esta es la función de «receptor» del receptor/secador.
- Contienen un filtro que puede atrapar contaminantes dentro del sistema de aire acondicionado.
- El Secador / Receptor contiene un material llamado desecante. Se utiliza para absorber la humedad (agua) que puede haber entrado en el sistema de aire acondicionado durante la fabricación, el montaje o el servicio. Esta es la función de «secador» del secador/receptor.
Dispositivo de expansión
El dispositivo de expansión es necesario para generar la diferencia de presión para que el refrigerante líquido hierva en gas. El dispositivo de expansión crea una caída de presión al restringir el flujo de refrigerante alrededor del sistema.
Ralentizar el flujo de refrigerante hace que el compresor evacúe parcialmente un lado del sistema. Este vacío de baja presión se denomina «lado de succión» o «lado bajo» del sistema.
Control de clima automático
El control de clima automático es la capacidad de monitorear y controlar la temperatura de un espacio específico sin intervención manual. Los pasajeros del vehículo especifican la temperatura y humedad de la cabina requeridas. Estos valores son tomados como entradas por el sistema de control de clima y controla electrónicamente la temperatura y la humedad y los mantiene en los valores especificados por el usuario. Esto elimina el esfuerzo humano para regular la temperatura de la cabina encendiendo / apagando el aire acondicionado o deslizando el control de calentamiento o enfriamiento.
La mecánica del control de clima automatizado requiere que los sensores de temperatura y humedad se coloquen en la cabina. Estos sensores leen continuamente los valores de temperatura y humedad del área y los alimentan al microcontrolador (MCU). A continuación, el MCU compara estas lecturas con la configuración definida por los ocupantes y la calefacción/refrigeración se ajusta adecuadamente (véase la Figura 3).
Hubo un tiempo en el que todos los que viajaban en un vehículo tenían que ponerse de acuerdo en un solo ajuste de temperatura: algunos sentían que hacía mucho frío mientras que otros se quedaban sudando. Los avances en el control climático automático en automóviles se han convertido en un control climático por zonas. En este tipo de implementación, cada ocupante puede ajustar la temperatura de la zona de asientos en la que está sentado.
Cada área dentro de las zonas definidas tiene un sensor de temperatura separado que lee la temperatura actual del área especificada. Los datos de cada sensor de temperatura se comparan con el ajuste de temperatura definido para la zona en particular y se inicia la acción de enfriamiento o calentamiento adecuada.
Un sistema de control de clima automático también incluye un ordenador que regula todo el sistema de aire dentro del compartimento. Esto se logra regulando la velocidad del ventilador, el acoplamiento del compresor de aire acondicionado y la temperatura general del aire que se dispersa en el compartimiento. Por lo general, estos procesos se integran en el sistema informático general de los automóviles modernos.
Cada fabricante tiene su propio método para ofrecer el clima perfecto para pasajeros individuales; sin embargo, todos dependen de ciertos componentes similares, como controles adicionales en la unidad de control de HVAC del conductor, una unidad de control de HVAC adicional en la zona de asientos trasera, sensores de temperatura individuales para cada zona, muchos conductos ocultos adicionales para transportar el aire donde se necesita y respiraderos adicionales, muchos y muchos respiraderos adicionales. Por ejemplo, el Lexus LX570 tiene 28 de ellos.
Acerca de los autores
Nitin Gupta es Ingeniero de Aplicaciones Senior con experiencia en el campo del desarrollo de software integrado para multimedia digital, tanto para el consumidor como para la automoción.