Características y Funcionamiento del Sistema de Climatización en Vehículos

1. Introducción al Acondicionamiento del Aire

El acondicionamiento del aire es un conjunto de procesos simultáneos que modifican el estado físico y químico del aire. En primer lugar, se definen las características físicas y químicas del aire que nos rodea. En segundo lugar, se definen las condiciones de confort deseables en el habitáculo. Por último, se consideran las desviaciones sufridas en el confort (cargas térmicas, contaminación, aire nuevo de ventilación).

2. Características Psicométricas del Aire

• Temperatura seca: Se mide con termómetro normal.
• Temperatura húmeda: Se mide con un termómetro que tiene una vuelta húmeda en un bulbo. Es la temperatura correspondiente al aire saturado de humedad.
• Humedad absoluta: Es el contenido de vapor de agua, se mide en gr/kg de aire seco.
• Masa de aire húmeda: Masa de vapor de agua + masa de aire seca.
• Humedad relativa: Porcentaje de humedad que contiene el aire en relación a la máxima humedad que puede contener a esa misma temperatura y presión. El aire está saturado de humedad cuando tiene el 100% de humedad relativa.
• Punto de rocío: Cuando enfriamos el aire disminuyendo su temperatura, llegamos a la temperatura en la que empieza a condensar el vapor de agua, pasando a ser agua líquida. Esta es la temperatura de rocío.
• Entalpía: Es el contenido energético del aire, depende de la temperatura seca y del contenido de humedad absoluta.

3. Porcentaje de CO2 en el Aire

El aire puede contener los siguientes porcentajes de CO2:

• 0,14% - Mínimo
• 0,3% - Bajo
• 0,6% - Admisible
• 1% - Máximo
• 4% - Muy alto

4. Condiciones y Parámetros que Definen el Confort

Las condiciones que definen el confort son:

• La temperatura
• La ventilación, dada por el caudal de renovación de aire
• La humedad relativa del aire

Con baja temperatura ambiente de -20 ºC, se indica una mayor temperatura de confort en torno a 28 ºC con un intenso caudal de aire de 8 kg/min (6 m³/min). Una alta temperatura ambiente de 40 ºC implica una baja temperatura interior de 23 ºC con un intenso caudal de aire de 10 kg/min (7,7 m³/min). Con temperatura ambiente de 10 ºC, se solicita una baja temperatura en el habitáculo de 21,5 ºC y con un caudal de aire reducido de 4 kg/min (3 m³/min).

5. Necesidad de la Ventilación

Las condiciones de confort dependen fundamentalmente de dos factores: la renovación del aire y la temperatura. El aire en el interior del habitáculo debe ser renovado continuamente, con el fin de mantener un ambiente agradable para los pasajeros. Este es el primer factor del que depende la climatización.

6. Cantidad de Aire a Renovar

Si una persona en reposo respira 0,5 m³ de aire en una hora, necesitamos renovar 19,3 m³ en una hora para mantener un porcentaje de CO2 de alrededor del 0,14%.

7. Función de la Caja Climática

La caja climática se encarga de la distribución de aire en el habitáculo, que entra desde el exterior. La distribución de aire se realiza mediante trampillas y conductos que canalizan el aire hacia diferentes partes del vehículo a voluntad del conductor. Se ubica en la parte trasera inferior del tablero de mandos. En la caja se aloja:

• Electroventilador: Aumenta la corriente de aire, generándola cuando el vehículo está parado o no hay suficiente velocidad.
• Aerotermo de calefacción: Calienta el aire del habitáculo.
• Evaporador: En caso de disponer de aire acondicionado, enfría el aire del habitáculo.
• Filtro del habitáculo: Retiene la mitad de partículas entre 0,5 y 1 micra de diámetro, y todas las partículas mayores de 2 micras. Está formado por una estructura de celulosa que soporta un tejido de algodón, que efectúa la labor filtrante. Los filtros de carbón activo atrapan malos olores y vapores.

8. Movimiento de las Trampillas de Aire

Las trampillas de aire se mueven mediante un desplazamiento lineal circular unido a cables Bowden. Estos constan de una sirga que recorre el interior de una camisa, la cual va sujeta en sus extremos. En la actualidad, los cables Bowden han sido sustituidos por servomotores. Los servomotores constan de una cápsula de depresión que es activada por electrovalvulas, que ponen en comunicación la cámara de vacío con presión atmosférica o con vacío.

9. Regulación de la Velocidad de los Sopladores

La regulación de la velocidad de los sopladores se realiza generalmente provocando caídas de tensión en el circuito de alimentación de tal forma que el motor sea alimentado con una tensión regulable. Las formas de regulación incluyen:

• Regulación mediante resistencias.
• Regulación con ayuda electrónica, con reóstato de control de la corriente de base del transistor.
• Regulación mediante transistor y caja de resistencias, que controlan la corriente de base del transistor.
• Regulación electrónica mediante corriente modulada PWM.

10. Componentes del Sistema de Calefacción

Los sistemas de regulación del calefactor incluyen:

• Regulación del caudal refrigerante, a través de un grifo que abre y cierra el paso de líquido refrigerante hacia el aerotermo, procedente del motor.
• Regulación de corriente de aire. Es el más utilizado en la actualidad, dispone de dos conductos en paralelo en la caja climática, gobernados mediante trampillas, ubicando el aerotermo de calefacción en un conducto, mientras que por el otro circula aire a temperatura ambiente. Dependiendo de la posición de las trampillas, el aire puede circular por uno solo de los conductos o por los dos a la vez.
• Calefacción auxiliar mediante resistencias eléctricas: tres resistencias PTC calientan el agua del radiador de calefacción. La activación solamente está permitida con el motor en marcha, para evitar la descarga de la batería. Las resistencias se comandan mediante dos relés, el primer relé activa una de las resistencias y el otro activa las otras dos resistencias. De este modo podemos tener 33% de potencia cuando se activa el primer relé, 66% de potencia cuando se activa solamente el segundo relé y 100% de potencia cuando se activan los dos relés a la vez.
• Calefacción mediante quemador auxiliar: cuenta con un quemador independiente que calienta el agua del circuito de calefacción.

11. Circuito Eléctrico de Calefacción Estacionaria

Sobre el esquema del circuito eléctrico de calefacción estacionaria que se adjunta, se indica y explica qué hace, para qué sirve y cómo funciona el transmisor de temperatura exterior. Solo lo disponen los vehículos con motor diésel. Está situado en el vano motor, justo detrás del motor del limpiaparabrisas. Consiste en un interruptor térmico que permanece abierto a temperaturas exteriores superiores a 5 ºC y cerrado a inferiores, de tal forma que permite o no el paso de la tensión de batería. Se utiliza para encender la calefacción estacionaria en la puesta en marcha automática, cuando la temperatura exterior es inferior a 5 ºC. En caso de fallo, la puesta en marcha automática funcionará de forma anómala, ya que se encenderá siempre que la unidad de control reciba tensión de batería y nunca si no llega señal a la unidad de control.

12. Relé de la Calefacción Estacionaria

Sobre el esquema del circuito eléctrico de calefacción estacionaria que se adjunta, se indica y explica qué hace, para qué sirve y cómo funciona el relé de la calefacción estacionaria. Se trata de un relé doble situado en el portarelés. Uno de los interruptores se utiliza para alimentar la bomba de circulación y la electrovalvula para líquido refrigerante, y el otro para la segunda velocidad de la turbina de aire. Si se dispone de climatronic, la unidad de control también recibe señal del segundo interruptor. La unidad de control excita ambas bobinas con tensión de batería cuando se pone en marcha la calefacción estacionaria. En caso de fallo del relé, impide el funcionamiento de la calefacción estacionaria.

13. Bujía de Incandescencia

Sobre el esquema del circuito eléctrico de calefacción estacionaria que se adjunta, se indica qué tipo de sonda es la bujía de incandescencia, qué señales recibe para conectarse y cómo funciona. Se ubica en el interior de la cámara de combustión del equipo calefactor. Es necesaria para el calentamiento de los componentes del quemador y para inflamar la mezcla aire-combustible. Se trata de una resistencia de tipo PTC. La excitación de la bujía de incandescencia es realizada directamente por la unidad de control con una tensión de 8 V. En caso de fallo en la bujía de incandescencia, impide el encendido de la calefacción estacionaria o provoca la desconexión de la misma si estaba en marcha.