jueves, 22 de abril de 2010

sistema de aire acondicionado

ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
Exterior de un sistema de aire acondicionado moderno (Unidad dividida o tipo "split").
El acondicionamiento de aire es el proceso más completo de tratamiento del aire ambiente de los locales habitados; consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura (
calefacción o refrigeración), humedad, limpieza (renovación, filtrado) y el movimiento del aire dentro de los locales. Si no se trata la humedad, sino solamente de la temperatura, podría llamarse climatización.
Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los autónomos y los centralizados. Los primeros producen el calor o el frío y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los segundos tienen un/unos acondicionador/es que solamente tratan el aire y obtienen la energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado. En este último caso, la producción de calor suele confiarse a
calderas que funcionan con combustibles. La de frío a máquinas frigoríficas, que funcionan por compresión o por absorción y llevan el frío producido mediante sistemas de refrigeración.
La expresión aire acondicionado suele referirse a la refrigeración, pero no es correcto, puesto que también debe referirse a la calefacción, siempre que se traten (acondicionen) todos o algunos de los parámetros del aire de la atmósfera. Lo que ocurre es que el más importante que trata el aire acondicionado, la humedad del aire, no ha tenido importancia en la calefacción, puesto que casi toda la humedad necesaria cuando se calienta el aire, se añade de modo natural por los procesos de respiración y transpiración de las personas. De ahí que cuando se inventaron máquinas capaces de refrigerar, hubiera necesidad de crear sistemas que redujesen también la humedad ambiente.
Aire acondicionado
Aunque la palabra acondicionar significa algo así como establecer una condición; el término aire acondicionado, se ha reservado solo, al proceso de mantener un local cerrado a una temperatura estable y agradable, a los usuarios del local por enfriamiento, mientras que si el mismo efecto se logra por calentamiento, siempre se refiere a ello, como calefacción.
Producción de aire frío
La capacidad de
refrigeración de los sistemas de aire acondicionado se mide en diferentes unidades de acuerdo al sistema de unidades usado en el país, así tenemos que puede ser:1.- toneladas de refrigeración, donde una tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor necesaria a extraer, para bajar un grado fahrenheit a una tonelada (2000 lb) de agua pura. 2.-Frigorías, donde una frigoría es la cantidad de calor que tenemos que sustraer a 1 Kg de agua a 15 grados celcius para disminuir esta temperatura en 1 grado celcius.3.- BTU, donde un BTU es la cantidad de calor a extraer a una libra de agua para bajar su temperatura un grado fahrenheit. Desde el punto de vista constructivo, las máquinas para aire acondicionado pueden clasificarse en:
Máquinas de pared
Máquinas directamente enfriadoras del aire, que luego es llevado frío y retornado caliente por conductos a la unidad que está colocada en el exterior.
Máquinas que están divididas en dos unidades, una exterior que produce y bombea el refrigerante líquido a otra interior conocida como consola donde se evapora el refrigerante y se intercambia el calor con el aire del local.
Máquinas exteriores, enfriadoras de agua, esta agua luego se bombea por tuberías y se usa para enfriar el aire localmente en intercambiadores de calor distribuidos por toda la edificación.
Cada una de estas máquinas de aire acondicionado encuentran su campo de aplicación en dependencia del volumen y tipo de edificación a servir, así por ejemplo, las máquinas de pared están reservadas al enfriamiento de un solo local, si además este tiene, alguna pared que comunique al exterior, mientras que las máquinas de los casos 2 y 3 se usan para acondicionar el aire de toda una vivienda o una planta completa de un edificio de pocos pisos de altura. Los sistemas por enfriamiento de agua se reservan para edificios de muchos pisos donde el relativo poco diámetro de los conductos de agua, así como su facilidad de bombeo, hace mas viable el proyecto.Un esquema general de un sistema de aire acondicionado enfriador del aire de manera directa, se muestra a continuación.
En el dibujo pueden apreciarse las mismas partes básicas de un sistema de
refrigeración por licuefacción, compresor, condensador, evaporador y válvula de expansión. La característica diferenciadora de este sistema contra uno de refrigeración convencional es que en este, las temperaturas finales necesarias son mucho mas altas (con un mínimo de aproximadamente 10 grados celsius), mientras que en el refrigerador convencional, puede estar en el orden de las decenas de grados celsius bajo cero.Otra diferencia significativa es el hecho de que en este caso, se enfrían grandes cantidades de aire, haciéndolo circular forzadamente por el evaporador con el uso de un ventilador, este aire contiene polvo y otros elementos sólidos en suspensión, que tienden a adherirse a las paletas del evaporador frías y húmedas, formando una capa aislante y obstruyendo el paso del aire a través de ellas, por lo que se hace necesario el uso de filtros que se renovarán de tiempo en tiempo.
Adicionalmente estos sistemas a diferencia con el refrigerador convencional, deben intercambiar constantemente, una parte del aire interior del local, con aire exterior, a fin de mantener una atmósfera respirable y sana dentro de los locales.Un típico sistema aire acondicionado de consola puede verse en el dibujo siguiente.
En el dibujo se han obviado las partes pertenecientes a la producción del refrigerante comprimido (compresor y tuberías) y solo está representada la consola intercambiadora de calor.Estas consolas generalmente están provistas de dos ventiladores de tipo axial, uno para forzar aire exterior a través del condensador, para licuar el refrigerante comprimido, y otro para recircular el aire interior a través del evaporador, e intercambiar parcialmente un poco de aire interior con aire fresco procedente del exterior.En todos los casos, en la superficie frontal del evaporador, o en la entrada a la cámara donde está este, se coloca un filtro especial, capaz de retener las partículas sólidas en suspensión en el aire de entrada, sin producir resistencia apreciable al paso del aire.En algunos casos, la parte correspondiente al condensador está junto con el compresor en una misma unidad, y el refrigerante llega líquido a la
consola. En este caso, la consola es mas pequeña y solo consta del ventilador de impulsión, el evaporador y el sistema de filtrado. Tiene el inconveniente que el intercambio de aire interior por aire fresco no puede realizarse, este intercambio no es importante cuando los locales son grandes y lo usan pocas personas, donde el abre y cierre de puertas, las pérdidas de hermeticidad de ellas y las ventanas, así como el intercambio natural de chimeneas y conductos de respiración de dispositivos domésticos es suficiente.Para grandes edificios donde se usa el método de enfriamiento de agua, pueden utilizarse sistemas de
refrigeración por absorción con una consola por local, que utiliza el agua fría como refrigerante. Los sistemas de ventilación de estos grandes edificios son sistemas independientes.Para el mantenimiento de una temperatura estable, en todos los sistemas de aire acondicionado, se acude al uso de termostatos, estos termostatos pueden controlar el arranque y parada de los compresores, o el accionamiento de sistemas eléctricos o hidráulicos que abren y cierran compuertas del aire frío, o del agua fría, según el caso.
Condiciones de los locales a enfriar.
Para obtener un sistema de aire acondicionado energéticamente eficiente, los locales deben cumplir ciertos requisitos de hermeticidad y aislamiento térmico. Locales poco herméticos o con grandes entradas de calor por paredes, techos y pisos no son adecuados, y su consumo energético sería muy elevado.Es práctica común en climas calurosos, revestir las paredes exteriores por su parte interior, con un material termo aislante de unos 19 mm de grueso y luego recubrirlo con paneles de yeso-papel, madera contrachapada y similares. También los falsos techos o cielo raso se recubren con capas de unos 100 mm de aislante a base de fibra de vidrio u otro similar.Para este propósito, los techos de color blanco son los mas adecuados.
Cantidad de frío necesario.
La capacidad de refrigeración necesaria de la instalación enfriadora para determinado local, se establece partiendo de los metros cuadrados de pared exterior.Estos requerimientos están influidos además por varios factores, los mas importantes son:1.- Área de pared con vidrios (mientras mas vidrios mas pérdidas).2.- Generación interior de calor por equipos o instalaciones.3.- Número de personas a un tiempo dentro del local.4.- Tipo de techo y si este da al exterior.5.- Temperatura exterior anual promedio.6.- Orientación geográfica.7.- Materiales de construcción, existencia o no de aislamiento térmico.8.- Color exterior de las paredes y techos.9.- OtrosEn la práctica se acepta que el rango de frigorías por metro cuadrado de pared oscila entre 100 y 150 en dependencia de los factores adicionales influyentes relacionados anteriormente.Pueden reducirse los kilowatts de potencia de una máquina frigorífica a frigorías, multiplicándolos por 0.86.
Distribución del aire frío
Una vez creado el aparato de preparar el aire frío, es necesario distribuirlo adecuadamente entre los diferentes locales objeto de servicio, de manera uniforme, para lograr que en todos ellos, exista la misma temperatura. Esta distribución cuando se trata de múltiples locales casi universalmente se hace a través de conductos.El proyecto de los conductos y sus partes, para la adecuada distribución del aire frío en las localidades, puede ser, desde una simple abertura de vertido y otra de retorno en la propia máquina como en el caso de las de pared, hasta complejos sistemas dotados de un entramado de conductos de diferentes secciones de flujo interconectados, con múltiples rejillas de salida y retorno, sistemas de compuertas reguladoras de flujo y de control en caso de incendio etc.Para un adecuado funcionamiento de un sistema de aire acondicionado, con independencia de su complejidad, es muy importante, no solo distribuir el aire frío en mayor o menor grado a cada local según sus condiciones, si no también, lograr un adecuado retorno. Una ventana de salida de aire frío en un local, será infuncional si el aire frío vertido no tiene posibilidades bien definidas de retornar a la máquina frigorífica.
REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA
Para que un sistema de aire acondicionado funcione adecuadamente será necesario como ya se ha indicado, el uso de termostatos. Estos termostatos pueden variar sustancialmente de una instalación a otra dependiendo de la complejidad del sistema. Para un sistema simple como el de una vivienda, el termostato se reduce a un control eléctrico que enciende y apaga el compresor y los ventiladores de recirculación de aire, pero en el caso de edificaciones comerciales donde pueden estar muchas personas al mismo tiempo, lo mas común es utilizar termostatos de bulbos dobles incluidos en el mismo cuerpo y accionados por la misma palanca de control.Uno de estos termostatos sirve pera encender y apagar el compresor, y el otro para los ventiladores de recirculación. Los dos están defasados un tanto en valor de temperatura de manera que siempre el termostato que controla el compresor funciona a una temperatura mas alta que el otro, de esta forma el compresor se apagará y encenderá de manera intermitente para mantener la temperatura del local ,pero siempre los ventiladores de recirculación permanecerán encendidos para garantizar el adecuado intercambio de aire con el exteior.Si se desea apagar a mano todo el sistema, se puede hacer subiendo la palanca de temperatura por encima del valor de calibración del termostato de los ventiladores de recirculación.
2. PARTES DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO AUTOMOTOR
La mayoría de los vehículos existentes poseen tres diferentes tipos de sistemas de aire acondicionado, pero la concepción y el
diseño de estos tipos muy similares. Los componentes más comunes de estos sistemas son:
2.1. COMPRESOR
Comúnmente denominado el
corazón del sistema, como su nombre lo indica, comprime el gas refrigerante tomando para ello potencia del motor mediante una transmisión de corre. Los sistemas de aire acondicionado están divididos en dos lados, el lado de alta presión y el lado de baja presión; también denominados descarga y succión respectivamente. La entrada del compresor toma el gas refrigerante de la salida del evaporador, y en algunos casos lo hace del acumulador, para comprimirlo y enviarlo al condensador, donde ocurre la transferencia del calor absorbido de dentro del vehículo.
2.2. Condensador
Aquí es donde ocurre la disipación del calor. El condensador tiene gran parecido con el radiador debido a que ambos cumplen la misma
función. El condensador está diseñado para disipar calor, y normalmente está localizado frente al radiador, pero a veces, debido al diseño aerodinámico de la carrocería del vehículo, se coloca en otro lugar. El condensador debe tener un buen flujo de aire siempre que el sistema esté en funcionamiento. Dentro del condensador, el gas refrigerante proveniente del compresor, que se encuentra caliente, es enfriado; durante el enfriamiento, el gas se condensa para convertirse en líquido a alta presión.
2.3. EVAPORADOR
El evaporador está localizado dentro del vehículo, y sirve para absorber tanto el calor como el exceso de humedad dentro del mismo. En el evaporador el aire caliente pasa a través de las aletas de
aluminio unidas a los tubos; y el exceso de humedad se condensa en las mismas, y el sucio y polvo que lleva el aire se adhiere a su vez a la superficie mojada de las aletas, luego el agua es drenada hacia el exterior.
La temperatura ideal del evaporador es 0 ºC (32 ºF). El refrigerante entra por el fondo del evaporador como liquido a baja presión. El aire caliente que pasa a través de las aletas del evaporador hacen que el refrigerante dentro de los tubos se evapore (el refrigerante tiene un punto de ebullición muy bajo). En el
proceso de evaporización el refrigerante absorbe grandes cantidades de calor, el cual es llevado por el refrigerante fuera del interior del vehículo. Existen otros componentes de los sistemas de aire acondicionado que trabajan en conjunto con el evaporador, puesto que deben existir controles para mantener la presión baja, y la temperatura, puesto que si ésta disminuye por debajo del valor mencionado anteriormente, el agua producto de la condensación del exceso de humedad no solo se condensará, sino que se congelará alrededor de los tubos del evaporador, y esto disminuye la eficiencia de la transferencia de calor en el mismo.
2.4. Dispositivos reguladores de presión
La temperatura del evaporador puede ser controlada mediante la regulación del flujo y la presión del refrigerante dentro del mismo. Existen muchos dispositivos creados para tal fin, a continuación se presentarán los que se encuentran más comúnmente:
Tubo orificio: Es probablemente el dispositivo más usado para regular la presión, y es el que más se utiliza en los vehículos de la Ford y la GM. Está localizado en el interior del tubo de entrada del evaporador, o en la línea de líquido, en algún lugar entre el condensador y la entrada del evaporador. Para conocer la ubicación exacta de este dispositivo, basta con tocar la línea de líquido y ubicar el punto donde la temperatura pasa de caliente a frío.
Válvula de expansión térmica: Otro regulador de presión muy común es la válvula de expansión térmica, o TXV. Éste tipo de válvula mide tanto la temperatura como la presión, y es muy eficiente regulando el flujo de refrigerante que entra al evaporador. Existen diversos tipos de TXV; pero, a pesar de ser muy eficientes, tienen ciertas desventajas con respecto al sistema de tubo orificio, pues al igual que el tubo orificio se pueden obstruir con las impurezas del refrigerante, pero además poseen pequeñas partes móviles que se pueden atascar y tener un mal funcionamiento debido a la
corrosión.
2.5. Depósito – secador
El depósito – secador se utiliza en el lado de alta presión de los sistemas que utilizan una válvula de expansión térmica. Éste tipo de válvula requiere de líquido refrigerante, y para tener la
seguridad de que sólo eso entrará a dicha válvula, se utiliza el depósito – secador, el cual separa el gas y el líquido, además de eliminar la humedad y filtrar las impurezas. Normalmente el depósito – secador tiene un vidrio de nivel, en la parte superior, el cual se utiliza para recargar el sistema; en condiciones normales, las burbujas de vapor no deben ser visibles por el vidrio de nivel.
2.6. ACUMULADOR
Los acumuladores normalmente son utilizados en sistemas que utilizan tubo orificio, y están conectados a la salida del evaporador, en donde almacena el exceso de líquido que no se evaporo, debido a que si este líquido pasa al compresor éste se puede dañar; aunque ésta es su función principal, el acumulador también sirve para eliminar la humedad y las impurezas.
3. REFRIGERANTES
Anteriormente los sistemas de aire acondicionado automotores utilizaban como fluido de trabajo un refrigerante denominado clorofluorocarbono-12 (CFC–12 o como es conocido comercialmente, Freón); pero estudios han determinado que el CFC–12 daña la
capa de ozono, por lo que se dejo de fabricar en 1995, aunque todavía existen grandes inventariosde dicho refrigerante que están siendo usados hasta que se agote la existencia, aparte que el reciclaje del mismo asegura que seguirá estando disponible por un tiempo.
Para sustituir al CFC–12 se utiliza el R–134, el cual es el único refrigerante alternativo que ha sido probado y recomendado por los fabricantes de automóviles, que además aceptado por la EPA (Agencia estadounidense para la protección ambiental, por sus siglas en inglés); por lo que es utilizado en todos los automóviles fabricados a partir de 1995.
Existen otros refrigerantes alternativos en el
mercado, como el GHG–X4, una mezcla de los siguientes refrigerantes: R–22, R–142b, R–124 y una pequeña cantidad (alrededor de 4%) de R–600 (Isobutano). Este s el refrigerante utilizado como sustituto para convertir los equipos ya instalados de aire acondicionado en los autos antiguos, con el fin de reemplazar el R–12. El isobutano presente en el GHG–X4 ayuda a que el aceite lubricante arrastrado con el refrigerante regrese al compresor, por lo que no es necesario cambios de aceite; y el isobutano se encuentra en tan pequeña proporción que el refrigerante no se convierte en inflamable, por lo que no existe peligro de explosión.

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