Conceptos Físicos Fundamentales

Calor y Temperatura

El calor es una forma de energía que se transmite entre dos cuerpos a distintas temperaturas. La temperatura es una manifestación del calor y una propiedad intrínseca de los cuerpos. La variación de temperatura en un cuerpo se debe a la cantidad de calor que este recibe o cede.

Cambios de Estado de la Materia

Se refieren al paso de una sustancia de un estado físico a otro. Las transformaciones pueden ser:

1. Fusión: De sólido a líquido.
2. Solidificación: De líquido a sólido.
3. Evaporación: Paso de un fluido de estado líquido a gaseoso.
4. Condensación: Paso de un fluido de gaseoso a líquido.
5. Sublimación: Transformación de un elemento sólido directamente a gaseoso.

Los sistemas de aire acondicionado basan su funcionamiento en los intercambios de calor; es decir, la refrigeración producida se consigue a partir de los cambios de estado que ocurren en la evaporación y en la condensación. Es fundamental considerar que la evaporación se realiza mediante la absorción de calor, mientras que la condensación se produce por la cesión de calor. Para que la evaporación tenga lugar, es necesario que el refrigerante alcance su punto de ebullición. Si el fluido se evapora y continúa absorbiendo calor, se obtiene vapor sobrecalentado. La condensación puede provocarse disminuyendo la temperatura sin actuar sobre otros parámetros físicos. Al disminuir la temperatura de un vapor, se obtiene vapor saturado. El líquido subenfriado es un fluido en estado líquido que cede calor a presión constante.

Fases del Ciclo de Refrigeración

Mediante la refrigeración, se busca absorber el calor del habitáculo del automóvil, transportarlo y disiparlo a la atmósfera. Un sistema de refrigeración está compuesto por un conjunto de componentes que forman un circuito cerrado. Este circuito, a su vez, se divide en dos secciones principales: la de alta presión y la de baja presión.

Las fases que sigue el fluido frigorífico son las siguientes:

• Compresión: Primero, es necesario aumentar la presión e impulsar el movimiento del fluido frigorífico; esto se consigue mediante un compresor.
• Condensación: En este punto, el fluido frigorífico se transforma casi totalmente en líquido y es guiado hasta un filtro. Para que el fluido frigorífico se condense, es necesario que ceda calor.
• Filtrado: En este punto, el fluido frigorífico se halla totalmente en estado líquido y es filtrado para eliminar las impurezas y la humedad.
• Expansión: Para la expansión, es necesario inducir una caída significativa en su presión. Esto se consigue mediante un dispositivo de estrangulamiento en el circuito. Con la expansión, se logra disminuir la presión y, de esta forma, también se reduce el punto de ebullición.
• Evaporación: Para la evaporación del fluido frigorífico, es necesario hacerlo pasar por una zona donde el aire ambiente tenga una temperatura superior a la del refrigerante. Se produce una importante absorción de calor. Posteriormente, el fluido retorna al compresor para reiniciar el ciclo.

Fluidos Frigoríficos y Aceites Lubricantes

Fluido Frigorífico

Las características que deben cumplir los fluidos frigoríficos son:

1. Bajo punto de congelación.
2. Altas temperaturas de evaporación.
3. Baja inflamabilidad.
4. No ser oxidante ni corrosivo.
5. Fácil de mezclar con lubricantes especiales.
6. Adaptarse a las normativas medioambientales vigentes.

Tipos de Refrigerantes: R12, R134a y R413a

En las instalaciones de aire acondicionado automotriz se han utilizado, fundamentalmente, dos refrigerantes: el R-12 y el R-134a. El primero, el R-12 (clorofluorocarbono o CFC), fue prohibido a partir de 1993 debido a su impacto destructivo en la capa de ozono. Aún circulan vehículos equipados con ese gas; a partir de 2001, dejó de comercializarse y fue sustituido por el R-134a. En cuanto al R-413a, es un refrigerante utilizado como sustituto del R-12, siendo menos perjudicial en términos de efecto invernadero y con un potencial de agotamiento de la capa de ozono casi nulo. Es considerado una opción más ecológica. Los talleres especializados están obligados a realizar el tratamiento adecuado del refrigerante mediante máquinas recuperadoras y recicladoras. El R-134a no ataca a los metales, pero sí puede afectar a las juntas tóricas y tuberías flexibles diseñadas para R-12.

Aceite Lubricante para Sistemas de Refrigeración

Los aceites lubricantes para aire acondicionado deben cumplir las siguientes características:

1. No formar espuma.
2. No congelarse.
3. Tener la capacidad de mezclarse con el fluido frigorífico.
4. Estar depurados y deshidratados para evitar la formación de hielo en el circuito.

Para el R-12, los lubricantes utilizados son aceites minerales a los que se les ha eliminado la cera, el azufre y el agua. Es crucial destacar que estos aceites no son compatibles con el R-134a. Con los aceites, deberemos tener en cuenta las siguientes normas:

1. Mantener siempre cerrado el envase y no almacenar envases abiertos.
2. Retirar el aceite usado como residuo especial.
3. No utilizar aceite usado.
4. Respetar la fecha de caducidad del envase.
5. No mezclar aceites minerales con aceites sintéticos.

Ciclo Real de Funcionamiento del Aire Acondicionado

El compresor aspira el fluido frigorífico en estado de vapor sobrecalentado a baja presión, lo comprime y aumenta su presión. Posteriormente, el fluido sale del compresor y circula hacia el condensador. El condensador se ubica en la sección de alta presión del circuito, y el aire que lo atraviesa proviene del exterior del vehículo. El fluido que transita por el interior del condensador entra en forma de vapor sobrecalentado y, al pasar a través del flujo de aire, cede calor. Como consecuencia, se produce su condensación, transformándose en líquido subenfriado.

Una vez condensado, el fluido sale del condensador y se dirige hacia el filtro deshidratador. En el filtro deshidratador, se eliminan la humedad y las impurezas presentes en el líquido, lo que previene la formación de burbujas. Posteriormente, el fluido llega a la válvula de expansión. A la salida de la válvula de expansión, se produce una rápida evaporación parcial del refrigerante y una significativa caída de su temperatura debido a una pérdida de presión. A continuación, el fluido se dirige al evaporador. Allí, se produce el intercambio de calor con el aire del habitáculo, absorbiendo calor y evaporándose completamente. Finalmente, el fluido frigorífico, ahora en forma de vapor sobrecalentado, circula de nuevo hacia el compresor, donde el ciclo se reinicia.