Fluidos Refrigerantes y Componentes Esenciales en Sistemas de Climatización Técnica

El Fluido Refrigerante: Propiedades y Manejo Seguro

Un fluido refrigerante es un compuesto químico con un punto de ebullición muy bajo. Anteriormente, se utilizaba el R-12, el cual fue sustituido por el R-134a debido a su impacto negativo en la capa de ozono.

Características del Fluido Refrigerante (ej. R-134a)

• Punto de ebullición: Aproximadamente -26 °C a presión atmosférica. El fluido se vaporiza rápidamente si se libera al ambiente, y su expansión brusca (por ejemplo, en caso de accidente con rotura de la estanqueidad del circuito, manipulación deficiente o fugas) provoca una drástica caída de temperatura.
• Estado: Gaseoso a temperatura y presión ambiente.
• Aspecto: Incoloro e inodoro en su estado puro.
• Inflamabilidad: No es explosivo ni combustible a temperatura ambiente.
• Densidad: Es más pesado que el aire. Por esta razón, en instalaciones de mantenimiento de aire acondicionado, se debe evitar la presencia de sótanos o fosos bajo el nivel del suelo donde pueda acumularse en caso de fuga.
• Compatibilidad de materiales: Puede atacar ciertos materiales como la goma NBR y algunos metales no férricos. Las juntas y componentes de la instalación deben ser de materiales compatibles.
• Higroscopicidad: Es muy higroscópico, lo que significa que absorbe la humedad con facilidad. Por ello, el filtro deshidratante debe mantenerse sellado hasta el momento de su montaje, el cual debe realizarse como último paso en el ensamblaje del circuito.
• Compatibilidad con aceites: No es miscible con aceites minerales; únicamente debe utilizarse con aceites sintéticos específicos (PAG, POE, según corresponda).
• Estabilidad térmica: A muy altas temperaturas (por ejemplo, contacto con llamas o superficies incandescentes), puede disociarse y generar productos tóxicos y corrosivos (como ácido fluorhídrico).

Precauciones en la Manipulación del Fluido Refrigerante

• Ventilación: No evacuar el agente frigorífico al ambiente, sobre todo en lugares cerrados o mal ventilados. Utilizar equipos de recuperación homologados.
• Protección personal: Evitar el contacto directo con el fluido. Es obligatorio el uso de guantes de protección (resistentes a bajas temperaturas y al producto químico) y gafas de seguridad. En caso de contacto:
  • Piel: Si el líquido refrigerante entra en contacto con la piel, su rápida evaporación provoca una intensa bajada de temperatura que puede causar congelación. Lavar la zona afectada con abundante agua tibia (no caliente). No frotar. Buscar atención médica si la congelación es severa.
  • Ojos: Lavar inmediatamente con abundante agua o una solución oftálmica estéril durante al menos 15 minutos, manteniendo los párpados abiertos. Buscar atención médica urgente.
• Riesgo de sobrepresión: No exponer el equipo de carga, los envases de refrigerante ni la propia instalación a altas temperaturas (luz solar directa, fuentes de calor), ya que existe peligro de explosión debido al aumento de la presión.
• Fuentes de ignición: Prohibido fumar, soldar o utilizar llamas abiertas durante la manipulación del refrigerante o cerca de un circuito abierto, debido al riesgo de descomposición térmica del refrigerante.
• Evacuación previa: Es necesario evacuar completamente el agente refrigerante de un vehículo o sistema antes de realizar las siguientes operaciones:
  • Soldaduras en los tubos, componentes del sistema de refrigeración o en sus proximidades.
  • Reparaciones de pintura que requieran el secado del vehículo en cabina a temperaturas iguales o superiores a 80 °C.
  • Trabajos de soldadura (MAG, MIG, TIG) en el vehículo o cerca del sistema de A/C.

Indicaciones para Trabajos de Reparación en Circuitos de Refrigeración

• Vaciado del circuito: Vaciar siempre el circuito utilizando un equipo de recuperación adecuado antes de iniciar cualquier reparación que implique abrir el sistema.
• Limpieza y cuidado: Manipular los componentes con cuidado y mantener una limpieza exhaustiva durante todo el proceso para evitar la contaminación del circuito.
• Sellado de componentes: Los componentes nuevos a instalar deben permanecer herméticamente sellados hasta el momento exacto de su montaje para evitar la entrada de humedad y contaminantes.
• Precintos: No retirar los tapones o precintos de los componentes nuevos hasta su instalación definitiva.
• Uniones: El proceso de unión de componentes (conexiones roscadas, etc.) se debe realizar de forma completa y correcta en una sola operación para asegurar la estanqueidad.
• Pares de apriete: Respetar los pares de apriete especificados por el fabricante para todas las conexiones.
• Juntas tóricas: Sustituir siempre todas las juntas tóricas afectadas cada vez que se desmonte cualquier conexión o componente de la instalación. Lubricarlas con aceite compatible con el refrigerante antes del montaje.
• Montaje sin tensiones: No forzar los componentes ni montarlos bajo tensión mecánica.
• Filtro deshidratante: El filtro deshidratante (o acumulador/receptor-secador) debe ser el último componente en instalarse antes de realizar el vacío y la carga del sistema. Debe reemplazarse siempre que se abra el circuito.
• Aceite del compresor: Añadir la cantidad y tipo de aceite correctos según las especificaciones del fabricante y el componente reemplazado (ejemplos orientativos: evaporador 35 cc, condensador 18 cc, filtro 9 cc, tubos flexibles 4 cc cada uno). Consultar siempre el manual de servicio.
• Reemplazo total del aceite: Se debe cambiar todo el aceite del compresor (y lavar el circuito si es necesario) en los siguientes casos:
  • Pérdida súbita y total del gas refrigerante (posible arrastre de aceite).
  • El circuito ha sido vaciado y ha permanecido abierto a la atmósfera durante un tiempo prolongado.
  • El aceite recuperado presenta un aspecto oscuro, sucio, lechoso (contaminación por humedad) o con partículas metálicas.
  • Se sospecha la entrada de suciedad o contaminantes en el circuito (por ejemplo, tras la rotura interna de un compresor).

Componentes Fundamentales del Circuito de Refrigeración

El Compresor: Corazón del Sistema

Es el componente encargado de aspirar el refrigerante en estado gaseoso a baja presión y baja temperatura, y comprimirlo, aumentando su presión y temperatura. Esta compresión es, idealmente, un proceso adiabático. El compresor puede ser accionado por el motor térmico del vehículo (a través de una correa) o por un motor eléctrico (en vehículos híbridos o eléctricos).

Existen principalmente dos tipos constructivos utilizados en automoción:

• De cigüeñal y pistones: Similar a un motor de combustión interna pequeño, utilizado en algunas instalaciones frigoríficas de alta potencia, aunque menos común en turismos modernos.
• De plato oscilante (axial): El tipo más comúnmente empleado en sistemas de aire acondicionado para turismos y vehículos ligeros.

Compresor de Cigüeñal (Tipo Pistón-Biela-Cigüeñal)

Está formado por los siguientes elementos principales:

• Pistones: Se desplazan con movimiento alternativo dentro de los cilindros, generando los tiempos de aspiración (cuando descienden) y compresión-descarga (cuando ascienden).
• Válvulas (de láminas): Son unas láminas flexibles de acero especial que controlan el flujo del gas. Permiten el paso del gas desde los conductos de baja presión (aspiración) hacia el interior del cilindro y, posteriormente, desde el cilindro hacia los conductos de alta presión (descarga).
• Bielas: Conectan los pistones al cigüeñal, transformando el movimiento circular del cigüeñal en el movimiento lineal alternativo de los pistones.
• Cigüeñal y Polea con Embrague Electromagnético:
  • La polea recibe el movimiento del motor del vehículo a través de una correa de transmisión.
  • En su interior, la polea aloja el conjunto de embrague electromagnético, cuya función es acoplar o desacoplar el movimiento de la polea al eje del compresor, permitiendo así conectar o desconectar el funcionamiento del compresor según la demanda de frío.
  • El embrague electromagnético consta de:
    • Bobina electromagnética: Es un electroimán fijo, solidario a la carcasa del compresor. No tiene movimiento de rotación.
    • Polea: Gira continuamente impulsada por la correa mientras el motor está en marcha, independientemente de si el embrague está acoplado o no. Suele tener un rodamiento propio.
    • Disco de presión (o plato de arrastre): Está unido al eje del compresor.
  • Funcionamiento del embrague:
    • Reposo (desacoplado): La bobina electromagnética no recibe alimentación eléctrica. El disco de presión se encuentra separado de la polea (por la acción de muelles o flejes). Así, la polea gira libremente y el movimiento que recibe del motor no es transmitido hacia el eje del compresor.
    • Activado (acoplado): Cuando se alimenta eléctricamente la bobina, esta produce un fuerte campo magnético que atrae el disco de presión hacia la polea. Esta fuerza de atracción vence la resistencia de los flejes elásticos (si los hay) o supera el entrehierro, permitiendo que el disco de presión contacte firmemente con la superficie de fricción de la polea. De esta forma, el movimiento de la polea se transmite al disco de presión y, por tanto, al eje del compresor, poniéndolo en funcionamiento.

Compresor de Plato Oscilante (Swash Plate) o Plato Inclinado (Wobble Plate)

En este tipo de compresor, la conversión del movimiento rotativo del eje en movimiento lineal alternativo de los pistones se logra mediante un disco oscilante (swash plate) o un plato inclinado (wobble plate).

• El movimiento procedente de la polea (a través del embrague, si lo tiene) se transmite al eje del compresor.
• El eje es solidario al disco oscilante (en compresores swash plate) o a un rotor que hace bascular un plato inclinado (en compresores wobble plate). El disco oscilante está posicionado con un cierto ángulo respecto al eje. Esta inclinación provoca un movimiento de alabeo o basculación cuando el conjunto rota.
• Durante el funcionamiento del compresor, el disco oscilante (o el plato inclinado) tiene un movimiento de rotación y de alabeo (o solo alabeo si es wobble plate no rotativo).
• Este disco o plato está unido a los pistones, a menudo mediante pequeñas bielas y rótulas, o zapatas.
• Los pistones (generalmente entre 5 y 7, dispuestos axialmente) se mueven linealmente dentro de sus respectivos cilindros, realizando la admisión y la compresión-descarga del gas refrigerante.

Existen dos variantes principales de compresores de plato oscilante según su capacidad de regulación:

Compresores de Carga Fija (Cilindrada Fija)

Estos compresores mantienen constante la carrera del pistón, ya que la inclinación del plato oscilante es siempre la misma. Por lo tanto, siempre desplazan el mismo volumen de gas por cada revolución del compresor. Durante el funcionamiento del sistema, la regulación de la temperatura se consigue mediante el acoplamiento y desacoplamiento intermitente del compresor a través de su embrague electromagnético. Se montan típicamente en sistemas de aire acondicionado manuales, no en climatizadores automáticos sofisticados.

Compresores de Carga Variable (Cilindrada Variable)

Estos compresores permiten variar el recorrido (carrera) de los pistones, lo que resulta en un volumen de gas desplazado (cilindrada) variable. El ángulo del plato oscilante no es fijo, sino que se ajusta dinámicamente para modificar la carrera de los pistones y, por tanto, la capacidad frigorífica del compresor. Esto permite un control más preciso de la temperatura y una mayor eficiencia energética, ya que el compresor puede adaptar su rendimiento a la demanda real sin necesidad de ciclos de conexión/desconexión frecuentes (algunos incluso carecen de embrague y funcionan continuamente).

La regulación de la carrera del pistón se realiza variando la presión interna en el cárter del compresor, lo que afecta al equilibrio de fuerzas sobre el plato oscilante. Existen diferentes mecanismos para regular esta presión del cárter:

• Mediante válvula de control mecánica (regulada por presión de succión): Este sistema utiliza una cápsula o fuelle sensible a la presión (el "vaso de dilatación" mencionado en el texto original), que está expuesto a la presión de baja del circuito (presión de succión).
  • Cuando la presión de succión disminuye (por ejemplo, debido a una baja demanda de frío o riesgo de congelación del evaporador), la cápsula se expande. Esta expansión acciona una válvula que permite el paso de gas desde el lado de alta presión del sistema (o desde una zona intermedia de presión dentro del compresor) hacia el cárter del compresor. El aumento de presión en el cárter reduce la diferencia de presión a través de los pistones, lo que disminuye el ángulo del plato oscilante y, por ende, la carrera de los pistones y la cilindrada del compresor.
  • Cuando la presión de succión aumenta (indicando una mayor demanda de frío), la cápsula se contrae. Esta contracción cierra la válvula que comunicaba la alta presión con el cárter y/o abre un paso para que la presión del cárter se alivie hacia el lado de baja presión (succión). La disminución de la presión en el cárter aumenta la diferencia de presión sobre los pistones, lo que incrementa el ángulo del plato oscilante, la carrera de los pistones y la cilindrada del compresor.
• Mediante sistema de regulación electrónico (válvula de control pilotada): El compresor monta un actuador electromagnético (normalmente una válvula solenoide de control de presión) que es alimentado por la unidad de control electrónico (UCE) del climatizador mediante una señal de modulación por ancho de pulso (PWM). En función de diversos parámetros (temperatura deseada, temperaturas leídas por sensores, presión del refrigerante, carga del motor, etc.), la UCE ajusta el ciclo de trabajo de la señal PWM enviada al actuador. Este actuador regula el flujo de refrigerante hacia o desde el cárter del compresor, modificando así la presión interna del cárter y, consecuentemente, el ángulo del plato oscilante y la cilindrada. Si es necesario aumentar la producción de frío, la UCE comandará la válvula para disminuir la presión en el cárter, incrementando la cilindrada; si se requiere menos frío, aumentará la presión en el cárter para reducir la cilindrada.

El Condensador: Disipador de Calor

Es un intercambiador de calor donde el refrigerante, en estado gaseoso, a alta presión y alta temperatura (procedente del compresor), cede calor al medio exterior (aire ambiente que lo atraviesa, impulsado por el avance del vehículo o por un electroventilador). Al ceder calor, el refrigerante se enfría y se condensa, cambiando de fase de gas a líquido. Este proceso ocurre de forma idealmente isobárica (a presión constante).

• Está construido con materiales de alta conductividad térmica, como el aluminio (tubos y aletas), para maximizar la transferencia de calor.
• Debe asegurar la hermeticidad del circuito, soportando las altas presiones de trabajo del lado de alta (que pueden superar los 20 bar, dependiendo de las condiciones).
• Frecuentemente, especialmente en sistemas con válvula de expansión termostática, el condensador integra o tiene adosado un depósito acumulador de líquido, también conocido como receptor-secador o botella deshidratadora. Este depósito:
  • Almacena el refrigerante líquido procedente del condensador.
  • Contiene un material deshidratante (como gel de sílice o zeolita) para absorber la humedad que pueda haber en el circuito.
  • Incorpora un filtro para retener impurezas.
  • Asegura que solo llegue refrigerante en estado líquido a la válvula de expansión.
• En algunos diseños, el líquido a la salida de este depósito (o del propio condensador si el diseño es de tipo "condensador con subenfriador integrado") se hace pasar por una zona separada del condensador o un intercambiador específico que realiza un subenfriamiento adicional del líquido refrigerante. Subenfriar el líquido por debajo de su temperatura de saturación aumenta la eficiencia del ciclo frigorífico.