INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DEL AUTOMÓVIL – Módulo 14

En esta lección se van a explicar:

    • Climatización
      • Concepto de climatización
        • Calefacción y aire acondicionado; generación de calor y frío
        • Elementos y funcionamiento; panel de mandos
      • Controles y mantenimiento
      • Climatización automática e independiente por zonas
      • Información complementaria adicional
    • Automóvil híbrido y eléctrico
      • Concepto, sistemas y funcionamiento

Climatización

Concepto de climatización

    • Se ve el circuito de aire del habitáculo en el automóvil
    • Entra el aire exterior por delante del parabrisas atravesando una rejilla para impedir que pasen objetos, hojas,…
    • Después se puede distribuir hacia el parabrisas, zona frontal o pies
    • El objetivo es climatizar, calentar o enfriar, el habitáculo
    • El aire sale después desde el habitáculo al exterior por conductos específicos
    • Si hace frío en el exterior, con la calefacción se aumenta la temperatura de aire que entra al habitáculo
    • Cuando la temperatura ambiental es elevada se enfría el aire que entra al habitáculo con el aire acondicionado
    • La climatización del habitáculo se basa en la actuación conjunta y regulada de la calefacción y el aire acondicionado
    • Para que la calidad del aire que entra al habitáculo sea adecuada, se intercala un filtro que acumula la suciedad, impurezas, polen y malos olores; según cuales sean sus características

Calefacción y aire acondicionado

Se ve un automóvil de lado y en planta:

    • El circuito de aire de climatización toma aire exterior y lo introduce en el habitáculo hacia el parabrisas, frontal y pies
    • Radiador de refrigeración del motor
    • Electroventilador, para potenciar el caudal de aire que atraviesa el radiador
    • Radiador de calefacción; está en el paso del aire hacia el habitáculo. Está comunicado con el circuito de refrigeración del motor, con líquido caliente en su interior, es el encargado de la calefacción
    • Una trampilla permite regular el caudal de aire que pasa por el radiador de calefacción, es la trampilla de temperatura o mezcla (aire caliente y frío)
    • Turbina o ventilador, está tras la entrada de aire exterior y permite regular el caudal del aire de climatización
    • Para obtener frío se ha de “fabricar” y se hace con el aire acondicionado que se explica con más detalle después. Se representan los componentes del aire acondicionado resaltando dos de estos:
      • El evaporador o radiador de frío; está en el circuito de aire antes del radiador de calefacción. Por el interior del evaporador circula el fluido de climatización y está en el entorno de 4º lo que permite enfriar el aire que pasa por su superficie exterior, es el aire acondicionado
      • El condensador es un radiador situado delante del de refrigeración del motor y por su interior circula el fluido de climatización
    • Funcionamiento; el aire exterior pasa por el evaporador y según sea la posición de la trampilla de mezcla pasa más o menos cantidad por el radiador de calefacción, llegando al habitáculo a la temperatura correspondiente a la mezcla frío y caliente. Si se impide el paso del aire por el de calefacción después del evaporador, se obtiene el máximo frío en el habitáculo
    • El circuito de recirculación permite cerrar la entrada de aire exterior y el sistema de climatización se retroalimenta recirculando el mismo aire del habitáculo
    • Se representan las trampillas de distribución para seleccionar por donde entra el aire al habitáculo; parabrisas, zona frontal o pies

Generación de calor y frío; elementos y funcionamiento

    • Generación de calor; líquido de refrigeración caliente en el motor, electroventilador, radiador de refrigeración, radiador de calefacción, bomba de agua y circuito de refrigeración con manguitos que comunica los componentes
    • Generación de frío; el objetivo es producir frío para disminuir la temperatura del aire que entra al habitáculo, se incluye a continuación la presentación de los componentes que se explican con detalle más adelante como información complementaria:
      • Condensador por delante del radiador de refrigeración del motor; en su interior el fluido de climatización FCL pasa de estado gaseoso a líquido
      • Botella deshidratante; elimina cualquier vestigio de humedad que puede transportar el FCL y lo limpia de impurezas
      • Válvula de expansión; reduce mucho la presión del FCL que pasa a estado gaseoso bajando sensiblemente su temperatura
      • Evaporador; recibe el FCL en forma de gas a baja presión y se enfría en su interior hasta 3º o 4º
      • Compresor de aire acondicionado; aumenta la presión del FCL que recibe del evaporador enviándolo a presión al condensador
      • El fluido de climatización FCL con los cambios de estado de gas a líquido y a la inversa y las variaciones de presión, es el encargado de enfriar el evaporador por cuyo exterior va a pasar el aire
    • La correa exterior de accesorios mueve desde el motor a la bomba de agua y el compresor
    • Flujos de aire; turbina (ventilador de climatización), trampilla de mezcla o temperatura, trampillas de distribución, trampilla del circuito de recirculación y filtro de aire del habitáculo
    • Funcionamiento; entra aire del exterior y al pasar por el evaporador se enfría para calentarse después la parte de caudal que circule por el radiador de calefacción, a continuación se unen los flujos de aire a la temperatura resultante de la mezcla y llegan al habitáculo por las salidas de distribución, en este caso abren las frontales y las del parabrisas
    • Se para el motor y el agua que se ha condensado en el exterior del evaporador, al calentarse cae al suelo por un conducto

Resumen

    • Se ha explicado como se obtiene el calor y el frío para climatizar el habitáculo
    • El reparto del aire climatizado en el habitáculo y el panel de mandos

Panel de mandos

Para seleccionar la climatización se dispone del panel de mandos, que se explica con este modelo genérico:

    • Turbina; adapta el caudal y velocidad de aire que entra al habitáculo según la posición del mando, en este caso hay tres velocidades
    • Temperatura; reparte el caudal de aire que se enfría y calienta, posicionando la trampilla de mezcla. Los flujos de aire frío y caliente se unen antes de entrar al habitáculo para obtener la temperatura seleccionada
    • Distribución; se dirige el aire a la temperatura seleccionada por diferentes entradas al habitáculo, parabrisas para desempañado, frontal y pies
    • Recirculación; no entra aire exterior, funciona la climatización reciclando el aire interior del habitáculo repetidamente
    • Aire acondicionado AC; permite conectar o desconectar el compresor del aire acondicionado que pone el marcha el circuito de frío

Controles y mantenimiento

Los dos más habituales son estos que se explican:

    • Eficacia del aire acondicionado; mide su capacidad de generar frío, se hace así:
      • Motor en marcha, turbina a máxima velocidad, recirculación (cerrada la entrada de aire exterior), máximo frío, salida frontal del aire y aire acondicionado conectado AC – ON)
      • En estas condiciones se coloca un termómetro en la salida frontal con el sensor lo más dentro que sea posible
      • Se espera a que la temperatura baje y se estabilice
      • Si la temperatura es superior a 8º indica falta de eficacia del aire acondicionado que ha de ser revisado
    • Mal olor del aire; es causado por la proliferación de microorganismos que trae el aire exterior y se van acumulando en la superficie exterior húmeda del evaporador y su entorno:
      • Cuando se detecta se ha de realizar una limpieza y desinfección que elimina los microorganismos causantes del mal olor

Climatización automática

Consiste en mantener la temperatura del habitáculo seleccionada, aunque varíe la del aire exterior o la velocidad del automóvil sin requerir actuaciones por parte del conductor que reclamen su atención, este es el principio de funcionamiento:

    • Se basa en la información de la temperatura que se ha seleccionado en el panel de mandos, que el sistema va a tratar de mantener permanentemente
    • Un sensor mide la temperatura del aire exterior
    • Otro sensor informa de la temperatura del habitáculo
    • En el panel de control algunos mandos tienen posición automática, en este caso son los de la turbina, distribución del aire en el habitáculo y conexión del aire acondicionado. Otros mandos mantienen control manual, el de selección de temperatura y recirculación en este automóvil
    • Se ponen los mandos con posición automática en esta selección AUT (turbina, distribución y conexión del aire acondicionado), se elije la temperatura deseada y entrada exterior del aire (en este caso); el sistema de climatización automática regula la velocidad de la turbina, posición de la trampilla de mezcla (flujos de aire frío y caliente), entradas de aire al habitáculo y actuación del aire acondicionado (compresor) para lograr que la temperatura del habitáculo sea la seleccionada aunque la del exterior suba o baje durante el recorrido del automóvil
    • El sistema de climatización automática cuenta con un calculador electrónico para su funcionamiento

Climatización automática independiente

La sensación térmica de confort no es igual para todas las personas, para mejorar el confort se duplica el circuito de aire pudiendo disponer de dos zonas con diferente temperatura de climatización. Se va a explicar la climatización independiente o por zonas, combinada con el control automático de la temperatura:

    • Se ve un panel de control con dos mandos de selección de temperatura situados en los extremos:
      • Selección de temperatura del lado izquierdo (conductor) 19º
      • Turbina; control automático
      • Distribución; control automático
      • Recirculación; entrada de aire exterior
      • Aire acondicionado AC; control automático
      • Selección de temperatura del lado derecho 23º
    • Los circuitos de aire independientes para la parte izquierda y derecha permiten mantener diferencias térmicas entre ambos lados
    • Se puede contar también con salidas de climatización para las plazas traseras, en este automóvil las de cada lado trasero comparten temperatura con la de su lado delantero

Se puede hacer que la distribución del aire sea también independiente entre lados, e incluso que los pasajeros traseros puedan disponer de mandos también independientes para que la climatización sea individual.

Información complementaria; funcionamiento del aire acondicionado

Como complemento al contenido del curso se ofrece esta explicación adicional para entender el funcionamiento del aire acondicionado.

La calefacción es fácil de obtener al generar calor el motor, pero el frío se ha de fabricar para disminuir la temperatura exterior. El sistema de aire acondicionado es el encargado de producir frío y consta de elementos similares a los de un frigorífico con la particularidad, entre otras, de que no se debe generar tanto frío que pueda congelar el agua contenido en el aire ambiente.

Como introducción se propone este ejemplo práctico que reproduce el concepto de funcionamiento del aire acondicionado; se aspira mucho aire y se mantiene en la boca, después se suelta rápidamente sobre la mano abriendo lo menos posible los labios, se nota como el aire llega a la mano a menor temperatura. Veamos con esta idea el aire acondicionado en el automóvil:

    • Compresor CMP; empezamos por este elemento y también se terminará en él. Recibe el compresor el fluido de climatización FCL en estado gaseoso a baja presión, lo comprime aumentado su presión y lo envía por el circuito al condensador
    • Condensador CDS; recibe el FCL en forma de gas a elevada presión desde el compresor. El condensador, como su nombre indica, condensa el FLC pues al enfriarse por el aire que pasa por el exterior del condensador se licua, y continua hacia la botella deshidratante por el circuito
    • Botella deshidratante BDH; recibe el FCL a elevada presión en forma de líquido desde el condensador. La botella deshidratante hace dos funciones, acumular la humedad y suciedad o impurezas que pueda contener el FCL para que no afecten a componentes sensibles del sistema de aire acondicionado. El FCL sale de la botella deshidratante limpio y seco a elevada presión y comenzando a pasar a estado gaseoso dirigiéndose por el circuito hacia la válvula de expansión
    • Válvula de expansión VEX; recibe el FCL pasando de líquido a gas a elevada presión limpio y seco (sin agua). La válvula de expansión tiene un orificio muy estrecho por el que ha de pasar el FCL, lo que hace caer mucho la presión y la temperatura, pasando totalmente a estado gaseoso al entrar en el evaporador
    • Evaporador EVP; recibe el FCL en forma de gas tras una brusca caída de presión, en este proceso la temperatura del FCL llega a unos 3º o 4º lo que permite enfriar el aire que pasa por el exterior del evaporador, es el efecto de generación de frío del aire acondicionado. El FCL a baja presión y en estado de gas continua por el circuito hasta el compresor
    • El compresor CMP; recibe el FCL como gas a baja presión y se inicia un nuevo ciclo
    • El evaporador está unos 3º o 4º lo que hace que se condense en su superficie exterior el agua contenida en el aire, este efecto permite desempañar rápidamente los cristales del automóvil combinando aire acondicionado y calefacción así , el aire al pasar por el evaporador se seca y después se calienta al pasar por el radiador de calefacción llegando seco y caliente a los cristales. Con climatización automática, si se pulsa el mando de desempañado se realizan automáticamente los reglajes que se han comentado
    • La condensación del agua en la superficie del evaporador es un caldo de cultivo para los microorganismos que contiene el aire ambiente, causantes de mal olor
    • El compresor gira accionado por la correa de arrastre desde el motor mediante un embrague electromagnético, que lo puede acoplar o desacoplar con respecto al giro de la correa. La generación de frío se puede controlar regulando las secuencias de acoplamiento del compresor y variando la sección del orificio de la válvula de expansión, y también combinando ambos procesos

Resumen

    • Se han visto los controles de desgaste y el mantenimiento
      • Eficacia del aire acondicionado
      • Limpieza y desinfección del circuito de aire
    • Climatización automática
    • Climatización independiente por zonas
    • Información complementaria adicional

Automóvil híbrido y eléctrico

El automóvil híbrido (térmico y eléctrico) en paralelo; motores térmico y eléctrico mueven las ruedas

El sistema de híbrido en paralelo indica que las ruedas motrices pueden recibir energía desde el motor térmico (gasolina, gasóleo o gas), del eléctrico e incluso de ambos a la vez:

    • Elementos térmicos:
      • Motor con escape
      • Sistemas anticontaminación y acelerador
      • Embrague con su pedal
      • Caja de cambios con su palanca
      • Transmisión a las ruedas motrices y depósito de combustible
    • Elementos eléctricos:
      • Motor eléctrico para mover las ruedas motrices
      • Batería de propulsión eléctrica; con la electricidad que acumulan se acciona el motor eléctrico que mueve las ruedas motrices
      • Cableado eléctrico de propulsión
      • Calculador electrónico; controla y coordina los procesos de funcionamiento de la propulsión térmica y eléctrica entre otras funciones
    • Funcionamiento, hay diferentes sistemas, se explica el más habitual:
      • Se inicia la marcha con la electricidad acumulada en las baterías de propulsión
      • A partir de cierta velocidad se pone en marcha el motor térmico tomando el relevo a la propulsión eléctrica
      • En bajadas y retenciones el motor eléctrico actúa como generador cargando las baterías de propulsión
      • Si se necesita más aceleración, el motor eléctrico ayuda al térmico, y a la inversa, si se inicia la marcha con demanda de mucha aceleración el térmico ayuda al eléctrico
    • El cableado de alta tensión eléctrica es de color naranja para su identificación y evitar manipulaciones incorrectas
    • El sistema híbrido en paralelo no precisa recargar las baterías de propulsión desde una fuente exterior, pero puede incorporarse para incrementar la funcionalidad eléctrica

El automóvil híbrido (térmico y eléctrico) en serie; solo el motor eléctrico mueve las ruedas

En este sistema el motor térmico no está conectado a las ruedas motrices, estas se mueven por el motor eléctrico:

    • Motor térmico; mueve un generador eléctrico y no está conectado a las ruedas motrices. El motor térmico tiene su escape y los elementos anticontaminación que no se han representado
    • Depósito de combustible del motor térmico
    • Generador eléctrico; es accionado por el motor térmico cuando está en marcha. Su función es generar electricidad para accionar el motor eléctrico de propulsión y cargar las baterías
    • Baterías de propulsión; son la fuente de energía eléctrica para accionar el motor eléctrico que mueve las ruedas motrices cuando están cargadas
    • Motor eléctrico; es la única fuente de energía conectada a las ruedas motrices, recibe electricidad de las baterías de propulsión o del generador eléctrico con el motor térmico en funcionamiento
    • Cargador; se incorpora para poder cargar las baterías desde una fuente externa al automóvil y contar con la mayor autonomía eléctrica posible
    • Calculador electrónico de control del sistema y procesos de funcionamiento
    • Funcionamiento:
      • Se inicia la marcha con la electricidad de las baterías y el motor térmico parado
      • Si durante el recorrido las baterías de propulsión se descargan, se pone en marcha el motor térmico que mueve el generador produciendo electricidad para alimentar al motor eléctrico de propulsión y recargar las baterías si es posible
    • El cableado de alta tensión de propulsión se identifica mediante color naranja

En retenciones el motor eléctrico de propulsión actúa como generador recargando las baterías.

El automóvil eléctrico

    • Elementos eléctricos:
      • Baterías de propulsión, motor eléctrico de propulsión, transmisión (suele ser un conjunto de dos piñones), cargador, calculador electrónico y palanca de movimiento con D (hacia adelante) y R (marcha atrás)
    • Funcionamiento:
      • Con la palanca en D (“drive”; conducir) se inicia la marcha con la electricidad acumulada en las baterías de propulsión, que se van descargando
      • En retenciones el motor eléctrico actúa como generador recargando las baterías
      • Al insertar la marcha atrás R se invierte el sentido de giro del motor eléctrico y se emite un sonido de aviso pues no hay ruido de funcionamiento
    • Las baterías se cargan en la red eléctrica; el tiempo medio para una carga completa oscila entre 6 y 8 horas de media. Según sea la fuente de la electricidad de la red de carga así será la contaminación durante este proceso, pues el automóvil eléctrico no contamina cuando circula pero si se puede producir contaminación durante la carga de las baterías (si la electricidad utilizada se ha generado en centrales eléctricas contaminantes)
    • La autonomía media del automóvil eléctrico está entre 160 y 240 km, pero va aumentado progresivamente con las nuevas aportaciones en tecnología de baterías
    • Se reduce el tiempo de carga de las baterías con fuentes especiales, logrando el 80% de carga en más o menos media hora. También se está mejorando en este proceso
    • El cableado de propulsión es de color naranja como información para evitar riesgos de manipulación

El objetivo, para que la versatilidad del automóvil eléctrico sea comparable al térmico, es lograr una autonomía en el entorno de 600 km y reducir el tiempo de carga de las baterías de propulsión a 15 minutos.

Resumen

    • Se ha explicado la propulsión híbrida en el automóvil, térmica + eléctrica; en paralelo cuando las dos energías mueven las ruedas y serie cuando solo lo hace la eléctrica
    • Automóvil eléctrico

 

Repaso de este módulo

Elementos climatización; calefacción CF y aire acondicionado AA

    1. – Condensador AA; licua el fluido de climatización FC
    2. – Radiador de refrigeración del motor CF
    3. – Cámara de refrigeración del motor CF
    4. – Bomba de agua CF
    5. – Electroventilador CF y AA; enfría el radiador de refrigeración y el condensador
    6. – Radiador de calefacción CF; está en el paso del circuito de aire desde el exterior al habitáculo
    7. – Evaporador AA; es el radiador de frío y está en el circuito de aire exterior antes del radiador de calefacción
    8. – Compresor AA; comprime en estado gaseoso el FC
    9. – Trampilla de recirculación de aire CF y AA; cierra la entrada de aire exterior y se retroalimenta la climatización en circuito cerrado
    10. – Trampilla de mezcla (temperatura) CF y AA; regula los caudales de aire frío y caliente que siguen hacia el habitáculo
    11. – Turbina de climatización CF y AA; ajusta la velocidad y caudal de aire que pasa del exterior al habitáculo
    12. – Trampillas de salida CF y AA; seleccionan las salidas de aire en el habitáculo, parabrisas, frontal y pies
    13. – Filtro del habitáculo CF y AA; acumula suciedad, polvo e impurezas para que no entren al habitáculo
    14. – Evacuación de agua condensada AA; se acumula en la superficie del evaporador por su baja temperatura, al parar el motor se calienta y cae al suelo

Relacionar la posición de cada panel de mandos el sistema de climatización que le corresponde

    • Climatización 3 con panel A; temperatura máximo frío, dirección frontal, recirculación y AA conectado
    • Climatización 2 con panel C; temperatura máximo calor, dirección frontal, entrada exterior de aire y AA desconectado
    • Climatización 4 con panel D; temperatura máximo calor, dirección parabrisas, entrada exterior de aire y AA conectado. Es la posición de mejor desempañado
    • Climatización 1 con panel B; temperatura hacia más frío, dirección parabrisas y pies, entrada exterior de aire y AA conectado

Asociar panel de mandos con sistema de climatización

    • Imagen superior con climatización automática; dispone de dos sensores de temperatura, Tº exterior e interior del habitáculo, manteniendo la temperatura que se ha seleccionado aunque cambie la exterior o la velocidad de marcha
    • Imagen inferior con climatización automática e independiente; la función automática es como el anterior, pero dispone de circuitos de aire independientes para el lado derecho e izquierdo del habitáculo, con sus respectivos sensores de temperatura. Mantiene en cada zona la temperatura seleccionada aunque sean diferentes

Identificar si alguno de estos automóviles es híbrido serie, eléctrico, híbrido paralelo o térmico

    1. – Híbrido paralelo; los dos motores, térmico y eléctrico, pueden mover las ruedas motrices, por separado o conjuntamente. Lleva elementos de transmisión, la caja de cambios es manual o más frecuentemente de funcionamiento automático. Puede incorporar cargador de baterías.
    2. – Térmico; gasolina, diésel o gas. Con todos los elementos de transmisión para mover las ruedas motrices

Identificar si alguno de estos automóviles es híbrido serie, eléctrico, híbrido paralelo o térmico

    1. – Híbrido serie; solo el motor eléctrico mueve las ruedas motrices con la electricidad de las baterías de propulsión. Cuando la carga baja, se pone en marcha el motor térmico para recargarlas mediante un generador, no mueve las ruedas directamente. Tiene cargador de baterías de propulsión
    2. – Eléctrico; las baterías de propulsión dan electricidad al motor eléctrico que mueve las ruedas motrices. Se recargan las baterías con un cargador. Como coche para todo uso se ha de aumentar la autonomía a velocidad de carretera y reducir el tiempo de recarga… puede contaminar la fuente de recarga eléctrica según como genere la electricidad
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