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referencias y cálculos de aire acondicionado referencias climaticas del vehiculo
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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADASESPE EXTENSIÓN LATACUNGA DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
TEMA: NECESIDAD Y FUNDAMENTOS TÉCNICOS DE LA CLIMATIZACIÓN
Nombre: Taco Cristian
Fecha: 199/11/2015 nivel: 8
1.1 Función y necesidades del aire acondicionado.
El bienestar del conductor es una parte importante de la seguridad activa, puesto que
ejerce una gran influencia sobre la capacidad de concentración del individuo, reduciendo
de este modo muy significativamente la fatiga la somnolencia propia del pilotaje del
vehículo.
Para lograr cierto grado de confort debe actuarse sobre diversos factores tales como la
temperatura, la humedad, la calidad de aire. Función que desempeña la climatización.
La humedad influye de modo determínate en la consecución de esas sensaciones de
bienestar, de tal modo que, al aumentar la humedad del ambiente, lo hacen también la
sensación de calor con las temperatura altas y de frio con las bajas, por lo que este valor
debe situarse entre 20 y 50%en verano, con una temperatura en torno a los 20oc y
alrededor de 45% con la misma temperatura en invierno.
1.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CONFORTABILIDAD.
La humedad del ambiente en función del cual, como sabemos se modifica la sensación
térmica de los ocupantes, al variar sustancialmente la capacidad de traspiración del
cuerpo.
El acondicionador del aire debe ser capas pues, de modificar los valores de
temperatura, humedad pureza y caudal del aire en el interior del vehículo, adecuando a
las curvas de flotabilidad reflejada en las figuras 1.1 en las que se observan en las zonas
de confort, respectivamente, en función de la temperatura ambiental y caudal del aire y
cómo influyen (humedad, temperatura, calor, etc.) en la capacidad de transpiración,
frecuencia cardiaca y temperatura corporal.
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CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
Figura 1.1 Curvas de agrado y Grados de confortabilidad
Fuente: Peláez D.
En ocasiones es uno de estos factores el que modifica las sensaciones que los
ocupantes tienen de otro. La tabla 1.1 muestra esta interacción entre los factores, en este
caso la sensación térmica y la humedad relativa del ambiente, demostrando en función de
la misma se puede disponer de una sensación de mayor frio o calor para una misma
temperatura real.
Tabla 1.1 Tabla de modificación de temperatura por humedad
Fuente: Peláez D.
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1.3 LOS CUERPOS Y LA ENERGÍA
La materia de la naturaleza se forma de millones de átomos que forman moléculas y
estas a su vez forman cuerpos o sustancias, de esta misma forma en función de la
cantidad de energía son sólidos, líquidos o gaseosos.
La cantidad de calor está ligada a la cantidad de materia; energía es otro factor
importante y esta es la capacidad para producir un determinado efecto, entonces el calor
es una forma de transmisión de energía, las unidades de energía son (Cal) y la británica
(Btu).
Se posee una temperatura mínima de un cuerpo 0˚K, donde no existe agitación de las
partículas y un nivel energético nulo.
1.4 LOS ESTADOS DE LA MATERIA
Los estados de la materia que se encuentran en la naturaleza son sólido, líquido y
gaseoso, los líquidos y gaseosos toman el nombre de fluido.
Existe una relación directa y proporcionada entre la masa de un cuerpo, su volumen, su
densidad y su estado de agregación; el primer principio de la termodinámica establece la
base científica de este tipo de experiencias determinando que la energía ni se crea ni se
destruye, solo se transforma, de lo que se deduce que el balance energético de cualquier
transformación debe ser nulo.
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Figura 1.2 Fases del líquido
Fuente: Peláez D.
1.5 FORMAS DE TRANSMISIÓN DE CALOR
La conducción realiza su transferencia de calor por contacto de dos cuerpos del más
caliente al más frio
La convección basa su funcionamiento en la transferencia de calor por medio de un
fluido, y por último la radiación utiliza ondas electromagnéticas para transferir el calor.
Figura 1.3. Transferencia de calor
Fuente: Peláez D.
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1.6 CALOR Y TEMPERATURA
Calor es una forma de energía utilizado para provocar los estados de la transformación
de la materia, se produce por un valor constante de temperatura y aportación de energía
calorífica al sistema, siempre que un cuerpo cambie de temperatura se modificara la
cantidad de energía almacenada en el mismo.
Existe el calor latente de fusión de C1 a C2 que va a ser el calor necesario para la
transformación de todo el sistema de solido a líquido, la cantidad de calorías necesarias
para realizar esto es proporcional a la masa utilizada en el sistema
Figura 1.4. Niveles de estado de una sustancia
Fuente: Peláez D.
De igual forma tenemos el calor latente de vaporización que es la variación de energía
entre C4 y C3 a una temperatura constate para que el líquido se convierta totalmente en
vapor, otro punto importante es la temperatura critica T3 es la temperatura máxima a la
que llegara la sustancia.
1.7 ENTALPIA Y ENTROPIA
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Entalpia puede definirse como la cantidad de energía que es necesario aportar a un
cuerpo para llevarlo a una condición específica, está relacionada directamente con el nivel
energético de los cuerpos y con el estado de los mismos.
La entropía mide el grado de desorden existente en un sistema. El aumento de la
entropía implica un incremento del desorden interno del mismo, es decir el
desprendimiento de energía del cuerpo para igualar la temperatura de todos sus cuerpos
o del ambiente.
1.8 PRESIÓN Y TEMPERATURA
Los cambios de estado de cuerpo también pueden lograrse provocando cambios en los
valores de presión provocando la modificación de las temperaturas de fusión y
evaporación aumentando o disminuyendo, controlando la presión puede variarse el
comportamiento de un elemento en función de la temperatura.
Figura 1.5. Comportamiento del líquido a presión y temperatura
Fuente: Peláez D.
En la figura1.6 vamos a observar una curva de presión y temperatura de agua, donde
vamos a observar la variación de temperatura y presión para determinar el cambio de
estado de esta sustancia
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Figura 1.6. Diagrama temperatura-presión
Fuente: Peláez D.
1.9 PRESION TEMPERATURA Y ENERGIA
En la figura 1.7 nos muestra la entalpia cumple un factor importante para el cambio de
estado de la sustancia en función de una presión.
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Figura 1.7. Diagrama contenido energético- presión
Fuente: Peláez D.
Cuando el fluido se encuentra líquido, para determinar su temperatura debemos
seguir las líneas de temperatura de líquido saturado, que confluyen con la de vapor
saturado en la zona de presión y temperatura crítica propias del fluido.
1.10 LA REFRIGERACION
Se necesita provocar una serie de variaciones de presión y temperatura para
acondicionar el aire que penetrara al interior del habitáculo, por tal motivo el vehículo
incorpora un circuito frigorífico que consta de cuatro elementos básicos un compresor,
que lleva el vapor a un serpentín que condensara el fluido, y es llevado a un espesor
donde se produce una variación de presión y de temperatura y llevado a otro serpentín
que va a ser el encargado de enviar el aire frio al habitáculo, y posteriormente al
compresor para repetir el ciclo.
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Figura 1.8 Circuito básico de refrigeración
Fuente: Peláez D.
1.11 CIRCUITO DE AIRE ACONDICIONADO
En el vehículo el frigorífico basa su funcionamiento en dos niveles de presión para la
transformación de estado de líquido a gaseoso y viceversa, vale recalcar que posee dos
serpentines el uno evacua el calor del fluido al ambiente y el otro absorbe el calor del
habitáculo.
Las características de los componentes se establecen en función de la potencia
frigorífica del mismo, es decir el tamaño y capacidad de cada elemento será diseñado para
cumplir con las necesidades que la persona necesite, tenemos por ejemplo el tipo de
compresor, caudal máximo y mínimo del condensador y del evaporador etc.
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1.12 CIRCUITOS CON VALVULA DE EXPANSION
Figura 1.9 Circuito con válvula de expansión
Fuente: Peláez D.
Tenemos dos estados del líquido como lo mencionamos anteriormente en la figura
anterior podemos observar el líquido contenida entre la salida del condensador y el
expensar, y la línea de gas entre la válvula de expansión y el licue factor.
El compresor aspira fluidos procedentes del evaporador y los envía al condensador aquí
los fluidos alcanzan (70˚C y 12 bar), posteriormente el condensador disminuye la
temperatura de 70 a 45˚C produciendo condensación, de ahí pasa por una botella
deshidratadora donde se filtra, para salir al reductor de presión o expansor.
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Figura 1.10 Circuito con valores de temperatura y presión
Fuente: Peláez D.
El reductor de presión está constituido por una válvula de expansión, que provoca una
dilatación del fluido como consecuencia la variación bruscamente de temperatura y
presión (45-5˚C y 1,5bar).
Posteriormente la corriente la corriente del aire exterior roza con el serpentín del
evaporador produciendo un nuevo intercambio de calor, en este caso el aire es enfriado y
enviado al interior del habitáculo realizando así la vaporización de la sustancia. A la salida
del evaporador se produce un ligero calentamiento con lo que se asegura la total
transformación de vapor que es aspirado nuevamente por el compresor.
En la figura 1.11 muestra un circuito de aire acondicionado donde tenemos:
1. Compresor
2. Condensador
3. Botella deshidratadora
4. Válvula de expansión
5. Evaporador
6. Tuberías
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Figura 1.11 Partes de un circuito con válvula reguladora
Fuente: Peláez D.
1.13 CIRCUITO CON TUBO CALIBRADO
Los elementos que conforman este circuito son los mismos del anterior exceptuando la
botella deshidratadora, que va sustituido por un bote acumulador que se sitúa entre el
evaporador y el compresor.
El funcionamiento no se ve alterado produciendo los mismos intercambios de
temperatura, a la salida del compresor el fluido se encuentra en estado gaseoso hasta la
entrada en el condensador donde este va condensándose, para salir en estado líquido.
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Figura 1.12 Circuito con tubo calibrado
Fuente: Peláez D.
La diferencia entre los dos circuitos citados radica en las presiones y temperaturas de
funcionamiento, que son para el sistema de orificio calibrado menores en la zona de alta
presión y superiores en la zona de baja presión.
Figura 1.13 Circuito con válvula de expansión valores de temperatura y presión
Fuente: Peláez D.
En la figura 1.14 también podemos apreciar la instalación de un circuito de aire
acondicionado con sus diferentes partes:
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1. Compresor
2. Tuberías
3. Condensador
4. Orificio fijo
5. Evaporador
6. Acumulador
Figura 1.14 Circuito con válvula de expansión, partes
Fuente: Peláez D.
De los componentes que configuran el sistema algunos elementos se ubican en el cofre
del motor, como el compresor, el condensador y el bote acumulador, mientras que otros
como el evaporador, se emplazan en el interior de habitáculo del vehículo en un conjunto
llamado bloque climatizador