Aire acondicionado y Refrigeración automotriz

7/29/2019 Aire acondicionado y Refrigeracin automotriz

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Unidad 1: Fundamentos de Refrigeracin Automotriz


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Tema 1:

Antecedentes y

Conceptos Bsicosde la Refrigeracin

Automotriz.


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Antecedentes.-

En 1842, Lord Kelvin invent el principio del aire acondicionado. Con el

objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el cientfico cre un

circuito frigorfico hermtico basado en la absorcin del calor a travs de

un gas refrigerante.

En 1902, el estadounidense Willis Haviland Carrier sent las bases de la

refrigeracin moderna y, al encontrarse con los problemas de la excesiva

humidificacin del aire enfriado, las del aire acondicionado, desarrollando

el concepto de climatizacin de verano.

En 1921, Willis Haviland Carrier patent la mquina de refrigeracin

centrfuga. Tambin conocida como enfriadora centrfuga o refrigerante

centrifugado, fue el primer mtodo para acondicionar el aire en grandes

espacios.

En 1928, Willis Haviland Carrier desarroll el primer equipo que enfriaba,

calentaba, limpiaba y haca circular el aire para casas y departamentos,

pero la Gran Depresin en los Estados Unidos puso punto final al aire

acondicionado en los hogares. Las ventas de aparatos para usoresidencial empezaron hasta despus de la Segunda Guerra Mundial.


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El primer auto con un sistema de refrigeracin como los actuales fue el

Packard 1939, en el que una espiral enfriadora, que no era ms que un

evaporador muy largo que envolva toda la cabina, y cuyo sistema de

control era el interruptor de un ventilador.

Luego vino Cadillac, que produjo 300 autos con aire acondicionado en

1941. Estos primeros sistemas de aire acondicionado tenan una gran

desventaja, no exista un embrague en el compresor, por lo que stesiempre estaba encendido mientras en auto estaba en funcionamiento, y

para apagar el sistema, se tena que parar el auto, salir de ste, abrir el

cap y quitar la correa del compresor. No fue sino hasta despus de la

Segunda Guerra Mundial que Cadillac promocion una nueva

caracterstica: controles para el aire acondicionado. Estos controlesestaban localizados en el asiento trasero, por lo que el conductor deba

estirarse hacia el asiento trasero para apagar el sistema, pero an as era

mejor que apagar el carro y desconectar la correa del compresor.

Antecedentes.-


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El aumento de unidades de aire acondicionado instaladas el los autos en los 70s

y los 80s se debi a que a finales de los 70s, en los Estados Unidos las personas

comenzaron a mudarse haca estados ms calurosos. Luego las personas que

compraban autos deseaban que stos estuviesen equipados con todas las

opciones disponibles. Los vendedores hacan ms dinero con estas opciones

extras, por lo que comenzaron a incluir equipos de aire acondicionado como unacaracterstica bsica y no como una opcin, a pesar de ser una de las

caractersticas ms caras. Con el tiempo las unidades de aire acondicionado

fueron mejorando, por lo que los conductores no tuvieron que preocuparse por el

calor que pasaban debido a que sus unidades de aire acondicionado no

funcionaban bien.

Los sistemas de aire acondicionado fueron por muchos aos una opcin no muy

comn. No fue sino hasta 1966 que el Motor Seviche Manual public que se

haban vendido 3 560 000 unidades de aire acondicionado para automviles quelas ventas de autos con la opcin de aire acondicionado se dispararon. Para 1987

el nmero de unidades de aire acondicionado vendidas fue de 19 571 000. En la

actualidad se estima que el 80% de los carros y camiones pequeos en uso

poseen unidades de aire acondicionado.

Antecedentes.-


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Hoy da, las unidades de aire acondicionado son muy eficientes, con

sistemas modernos como el ATC (Control automtico de temperatura,por sus siglas en ingls), que es ms confiable que los viejos

termostatos. Las computadoras a bordo tambin se aseguran que

tanto el conductor como los pasajeros se sientan cmodos.

Las unidades de aire acondicionado automotoras estn evolucionandocontinuamente, ahora hay ms diseos de compresores y nuevos

componentes electrnicos que mejoran la eficiencias de estos equipos; y

no solo los componentes estn evolucionando, por parte de los

refrigerantes, los CFC (clorofluorocarbonos, tambin conocidos como R

12 o fren) estn siendo reemplazados por otros gases refrigerantescomo el R134, que no contiene cloro, debido a que son contaminantes,

especialmente dainos para la capa de ozono.

Antecedentes.-


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Conceptos Bsicos.-

El Aire Acondicionado oAcondicionamiento de Aire es unproceso de tratamiento del aire

ambiente que permite regular en un

local cerrado la temperatura del

mismo (calefaccin o refrigeracin),

la humedad, la limpieza (renovacino filtrado) y el movimiento del aire.

La Temperatura es una medida dela actividad trmica en un cuerpo.

Esta actividad depende de lavelocidad de las molculas y dems

partculas de las cuales se

compone toda materia.

Conceptos Bsicos.-


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Calor: Es la forma de energa que se transmite de un cuerpo a otro debidoa una diferencia de temperatura.

La unidad del calor que se establece en el sistema ingles es el BTU(British Thermal Unit). Se define a la BTU como la cantidad de calornecesaria para elevar la temperatura de una libra de agua a un grado

Fahrenheit (F) a 59 F.

La unidad del calor que se establece en el sistema internacional es la

calora, siendo la cantidad de calor que debe suministrarse a 1 g de agua,

a la presin atmosfrica, para elevar su temperatura de 14.5C a 15.5C

1 kcal = 4187 J = 3.96 B.T.U.


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Calor Latente: El Calor decambio de estado, es la energa

requerida por una sustancia para

cambiar de estado, de slido alquido (calor de fusin) o de

lquido a gaseoso (calor de

vaporizacin). Al cambiar de

gaseoso a lquido y de lquido a

slido se libera la misma cantidad

de energa.

Calor Sensible: es aquel querecibe un cuerpo o un objeto y

hace que aumente sutemperatura sin afectar su

estructura molecular y por lo tanto

su estado.

Conceptos Bsicos.-


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Calor Latente y Sensible en los Estados de la Materia


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Lquidos, Vapores y el Cambio de Estado.-


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Puntos Claves.-

Relacin de dependencia entre la temperatura de ebullicin y la

presin.

Estados Saturado Subenfriado y Sobrecalentado.

El Vapor Saturado es vapor a la temperatura de ebullicin, y elLiquido Saturado es liquido a la temperatura de ebullicin. Cuando latemperatura del vapor es mayor que la temperatura de saturacin, o un

punto de ebullicin, se dice que es Vapor Sobrecalentado. Cuando latemperatura del liquido es menor que su temperatura de saturacin, sedice que es Liquido subenfriado.


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Leyes del Gas Ideal (o Perfecto).-

Bajo ciertas condiciones, la presin, el volumen y la temperatura de los

gases se relacionan por una ecuacin que se llama la ley del gas ideal, o

ley de los gases perfectos. El aire a las temperaturas y presiones que se

manejan en acondicionamiento de aire siguen esta ecuacin. Una forma

de la ecuacin de gas ideal es:

=

Donde: = Presin del gas, /2 absolutas

= Volumen del gas, 3

= Peso del gas,

= La contante del gas

= La temperatura absoluta, grados Rankine (R)


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Transferencia de Calor.-

La conveccin es una de las tres

formas de transferencia de calor y secaracteriza porque se produce por

intermedio de un fluido (aire, agua) que

transporta el calor entre zonas con

diferentes temperaturas.

La conveccin se produce nicamente

por medio de materiales fluidos. Estos,

al calentarse, aumentan de volumen y,

por lo tanto, su densidad disminuye y

ascienden desplazando el fluido que se

encuentra en la parte superior y que

est a menor temperatura. Lo que se

llama conveccinen s, es el transporte

de calor por medio de las corrientes

ascendente y descendente del fluido.


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En los slidos, la nica forma de transferencia de calor es la Conduccin.Si se calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente

su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por

conduccin. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la

conduccin de calor en los slidos, pero se cree que se debe, en parte,

al movimiento de los electrones libres que transportan energa cuando

existe una diferencia de temperatura. Esta teora explica por qu

los buenos conductores elctricos tambin tienden a ser buenos

conductores del calor. En 1822,el matemtico francs Joseph

Fourier dio una expresinMatemtica precisa que hoy se

conoce como ley de Fourier de la

conduccin del calor. Esta ley

afirma que la velocidad de

conduccin de calor a travs deun cuerpo por unidad de seccin

transversal es proporcional al

gradiente de temperatura que existe

en el cuerpo (con el signo

cambiado).


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La Radiacin presenta una diferencia fundamental respecto a laconduccin y la conveccin: las sustancias que intercambian calor no

tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un

vaco. La radiacin es un trmino que se aplica genricamente a toda

clase de fenmenos relacionados con ondas electromagnticas. Algunosfenmenos de la radiacin pueden describirse mediante la teora de

ondas, pero la nica explicacin general satisfactoria de la radiacin

electromagntica es la teora cuntica. En 1905, Albert Einstein sugiri

que la radiacin presenta a veces un comportamiento cuantizado: en el

efecto fotoelctrico, la radiacin se comporta como minsculos proyectiles

llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuntica de la energa

radiante se haba postulado antes de la aparicin del artculo de Einstein,

y en 1900 el fsico alemn Max Planck emple la teora cuntica y el

formalismo matemtico de la mecnica estadstica para derivar una ley

fundamental de la radiacin. La expresin matemtica de esta ley,

llamada distribucin de Planck, relaciona la intensidad de la energaradiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la

temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda

existe un mximo de energa radiante. Slo un cuerpo ideal (cuerpo

negro) emite radiacin ajustndose exactamente a la ley de Planck. Los

cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.


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Tema 2:

Ciclo de Carnot


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La Mquina de Carnot.

La mquina de Carnot puede pensarse

como un cilindro con un pistn y una

biela que convierte el movimiento lineal

del pistn en movimiento circular. El

cilindro contiene una cierta cantidad de

un gas ideal y la mquina funciona

intercambiando calor entre dos fuentes

de temperaturas constantes T1 < T2. Las

transferencias de calor entre las fuentes

y el gas del cilindro se

hace isotrmicamente, es decir,

manteniendo la temperatura constante

lo cual hace que esa parte del procesosea reversible. El ciclo se completa con

una expansin y una

compresin adiabticas, es decir, sin

intercambio de calor, que son tambin

procesos reversibles.


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La mquina funciona as:

1) Expansin isotrmica. Se parte de una situacin en que el gas ocupa el volumen

mnimo Vmin

y se encuentra a la temperatura T2

y la presin es alta. Entonces se

acerca la fuente de calor de temperatura T2

al cilindro y se mantiene en contacto

con ella mientras el gas se va expandiendo a consecuencia de la elevada presindel gas. El gas al expandirse tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T

2y as

mantiene su temperatura constante durante esta primera parte de la expansin. El

volumen del gas aumenta produciendo un trabajo sobre el pistn que se transfiere

al movimiento circular. La temperatura del gas permanece constante durante esta

parte del ciclo, por tanto no cambia su energa interna y todo el calor absorbido de

T2

se convierte en trabajo.

dQ1

= dW1

>= 0 , dU1

= 0

2) Expansin adiabtica. La expansin isotrmica termina en un punto preciso tal

que el resto de la expansin, que se realiza adiabticamente (es decir sin

intercambio de calor, el cilindro se mantiene totalmente aislado de cualquierfuente de calor), permite que el gas se enfre hasta alcanzar exactamente la

temperatura T1

en el momento en que el pistn alcanza el punto mximo de su

carrera y el gas su alcanza su volumen mximo Vmax

. Durante esta etapa todo el

trabajo realizado por el gas proviene de su energa interna.

dQ2 = 0 , dU2 = dW2 >= 0


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3) Compresin isotrmica. Se pone la fuente de calor de temperatura T1 en

contacto con el cilindro y el gas comienza a comprimirse pero no aumenta su

temperatura porque va cediendo calor a la fuente fra T2. Durante esta parte del

ciclo se hace trabajo sobre el gas, pero como la temperatura permanece constante,

la energa interna del gas no cambia y por tanto ese trabajo es absorbido en forma

de calor por la fuente T1.

dQ3

= dW3


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Fin de la

Unidad

Aire acondicionado y Refrigeración automotriz

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