Asignaturas:
- Introducción
- Bomba de aletas/paletas
- Compresor de pistón (reciproco, tipo cigüeñal)
- Introducción al compresor de placa basculante
- Compresor de plato basculante con carrera fija
- Compresor de placa basculante de carrera variable (con control interno y externo)
- Lubricación del compresor.
- Magneetkopeling
- Sonidos
Introducción:
El compresor bombea el refrigerante gaseoso del aire acondicionado a través de todo el sistema. La presión y la temperatura del refrigerante aumentan a medida que sale del compresor. Existen diferentes tipos de compresores que se pueden utilizar para el aire acondicionado. Los sistemas de aire acondicionado de automóviles modernos utilizan compresores recíprocos. "Recíproco" significa que las piezas del compresor realizan movimientos de ida y vuelta. El funcionamiento de estos compresores se puede comparar al de un motor de pistón. Los compresores alternativos también son de dos tipos, a saber, los de cigüeñal y los de placa basculante. En los automóviles modernos se utilizan compresores de placas basculantes, que a su vez se dividen en dos tipos: el compresor de placas basculantes de carrera fija y la variante de carrera variable. La bomba del aire acondicionado, al igual que el alternador y la bomba de la dirección asistida, es accionada por la correa múltiple en los motores de combustión (ver imagen a continuación). Encontramos compresores de aire acondicionado eléctricos en vehículos híbridos y totalmente eléctricos. Un motor eléctrico es accionado por el sistema HV y acciona el compresor.
El compresor del aire acondicionado aspira el refrigerante gaseoso del evaporador, lo que mantiene baja la presión en el evaporador y contribuye a la evaporación del refrigerante, incluso a bajas temperaturas. El compresor comprime el refrigerante gaseoso, lo que provoca la transición de baja a alta presión. Este aumento de presión y temperatura hace que el refrigerante cambie de gaseoso a líquido.
La presión suministrada por el compresor del aire acondicionado se ve afectada por varios factores, entre ellos:
- La velocidad del motor (para motores de combustión);
- El tipo y cantidad de refrigerante;
- La temperatura del refrigerante;
- El tipo y diseño del compresor del aire acondicionado, que determina su capacidad;
- El ajuste del acoplamiento magnético;
- La temperatura ambiente.
Después de la compresión, el refrigerante sale del compresor a una temperatura de aproximadamente 70 grados Celsius. Luego, esta temperatura se reduce en el condensador.
Los siguientes párrafos analizan varias versiones de compresores de aire acondicionado, que pueden usarse o no en la industria automotriz.
Bomba de aletas/paletas:
Esta bomba rara vez se utiliza en el sistema de aire acondicionado de un automóvil. No obstante, se puede aplicar en instalaciones frigoríficas específicas para diferentes productos.
Funcionamiento: El disco (gris) gira hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj. Los émbolos amarillos son presionados contra la pared por la fuerza centrífuga (fuerza centrífuga), haciendo que las diferentes cámaras queden separadas entre sí. El refrigerante fluye por la parte inferior derecha y sigue su camino hasta el pequeño espacio azul. La rotación aumenta este espacio, lo que provoca una presión negativa. La bomba continúa funcionando, lo que hace que el refrigerante fluya hacia el área roja. Aquí el espacio de la habitación se vuelve cada vez más pequeño, lo que hace que el refrigerante se presurice (comprima). Al final de la cámara roja se encuentra la válvula de escape, a través de la cual sale el refrigerante.
Compresor de pistón (reciproco, tipo cigüeñal):
Esta bomba, al igual que la bomba de aletas/paletas, rara vez se utiliza en el sistema de aire acondicionado de un automóvil. No obstante, también se puede aplicar en instalaciones de refrigeración específicas para diferentes productos. La siguiente imagen muestra un compresor alternativo, donde 1 representa la válvula de entrada y 2 representa la válvula de escape. El movimiento del pistón y del cigüeñal es comparable al de un motor Otto o diésel normal.
Funcionamiento: El pistón se mueve desde el PMS (punto muerto superior) al ODP (punto muerto inferior) (de arriba a abajo), lo que provoca que se abra la válvula de admisión 1. El refrigerante ingresa al cilindro por depresión. Luego, el pistón se mueve de ODP a TDC y presiona la válvula de admisión contra su asiento. El movimiento hacia arriba también levanta la válvula de escape 2 de su asiento. El refrigerante ahora puede salir del cilindro. La válvula de escape se vuelve a cerrar. Entonces el ciclo comienza de nuevo.
Introducción del compresor de placa basculante:
Los compresores de placa basculante, también conocidos como compresores de placa cíclica, casi siempre se utilizan en sistemas de aire acondicionado de automóviles. Caen en la categoría "recíproca" debido a que sus partes móviles suben y bajan.
En la ilustración vemos un dibujo lineal y una sección de un compresor de placa basculante. El pistón realiza una carrera horizontal, que está determinada por el ángulo de la placa basculante. En esta imagen, la placa está en máxima inclinación, lo que significa que el pistón puede realizar el máximo movimiento horizontal (indicado por el espacio de compresión rojo en el cilindro). En los tres dibujos (de arriba a abajo) vemos una carrera de presión completa de un pistón como resultado del giro del plato basculante.
En esta situación, la bomba ofrece el máximo rendimiento porque la placa basculante ha realizado una carrera máxima. Si se desea un rendimiento menor porque la presión es demasiado alta y, debido a demasiado refrigerante, pueden producirse fenómenos de congelación del evaporador, se desconecta el acoplamiento magnético de un compresor con "carrera fija", de modo que el compresor ya no esté impulsado. Con un compresor de “carrera variable” el plato está menos “inclinado”. El ángulo de inclinación del plato es menor, lo que también reduce la carrera del pistón. Los compresores de carrera fija y variable se describen más adelante en la página.
Encima de cada pistón hay 2 válvulas unidas a un resorte de placa de copa: la válvula de succión y la válvula de descarga. Cuando el pistón se mueve del PMS al ODP, fuerza al refrigerante a salir más allá de la válvula de descarga y hacia la línea de alta presión hacia el condensador.
Los compresores de platos basculantes pueden tener entre 4 y 8 pistones/émbolos y tienen dos versiones: es decir, el compresor de carrera fija y el de carrera variable. Estos se describen a continuación.
Compresor de placa basculante de carrera fija:
Este compresor es accionado por la multicorrea del motor y funciona de forma sincronizada con el régimen del motor (entre 600 y 6000 revoluciones por minuto). El acoplamiento magnético controla el encendido y apagado del compresor, que se explicará más adelante.
Cuando el compresor está encendido, la placa basculante giratoria mueve los pistones hacia arriba y hacia abajo. Las válvulas de succión y descarga en cada cilindro permiten que los pistones succionen gas y lo muevan bajo presión a la parte de alta presión del sistema.
Un compresor de carrera fija mueve un volumen fijo por revolución. Por tanto, el rendimiento depende del régimen del compresor o del régimen del motor. Para regular la potencia, el compresor se enciende y apaga continuamente: se enciende cuando la presión cae y se apaga cuando la presión es demasiado alta. Especialmente en el caso de motores pequeños, el encendido puede sentirse como un “shock” debido a la potencia necesaria. El encendido brusco provoca un aumento de la tensión mecánica y altera el control, lo que provoca variaciones en la temperatura del aire enfriado para los ocupantes.
Si la velocidad del motor es demasiado alta y, por lo tanto, la presión de descarga aumenta, fluye más refrigerante a través del evaporador. Esto ralentiza el enfriamiento y puede congelar el evaporador. En tales casos, el acoplamiento magnético se desconecta gracias al termostato o al presostato.
Compresor de placa basculante de carrera variable:
En este tipo de compresor, el ángulo de la placa basculante es ajustable gracias a un dispositivo de ajuste. Al colocar la placa basculante lo más recta posible, la carrera de los pistones se limita y el rendimiento es mínimo. Por otro lado, al colocar el plato basculante lo más oblicuo posible, los pistones realizan una carrera mucho mayor y el rendimiento aumenta considerablemente. Vemos las siguientes versiones del compresor de plato basculante con carrera variable:
- con control interno y acoplamiento magnético;
- Control externo con y sin acoplamiento magnético.
Control interno y acoplamiento magnético:
La figura muestra cómo la posición de la placa de inclinación puede afectar la carrera del pistón. Una velocidad más alta del motor da como resultado una mayor potencia del compresor. Esto provoca un aumento de presión en todo el sistema, lo que hace que el dispositivo de ajuste aumente la presión en la cámara de la placa basculante.
El aumento de presión obliga a la placa inclinable a ponerse más vertical, lo que reduce la capacidad. Si la salida cae, el dispositivo de ajuste se cierra y la presión en la cámara de la placa basculante disminuye. Esto hace que el plato vuelva a estar más inclinado, permitiendo que los pistones realicen una mayor carrera. Cuanto mayor sea el ángulo, mayor será el recorrido y mayor el rendimiento.
Un sistema de control interno (mecánico) para ajustar la posición de la placa de inclinación en un compresor de aire acondicionado de carrera variable generalmente usa la presión de succión para controlar automáticamente el ajuste. Este sistema utiliza un mecanismo controlado por presión que responde a los cambios en la presión de succión del compresor.
El mecanismo de control generalmente consta de uno o más diafragmas o cámaras de fuelle que están conectados al lado de succión del compresor y al eje impulsor de la placa basculante. Si la presión de succión cambia, se produce un movimiento en la membrana o en el fuelle. Este movimiento luego se transfiere al mecanismo que ajusta el ángulo de la placa de inclinación.
- A presiones de succión más altas, como cuando aumenta la demanda de enfriamiento, el mecanismo controlado por presión ajustará el ángulo de la placa de inclinación. Esto conduce a una mayor longitud de carrera de los pistones y, por tanto, a una mayor compresión del refrigerante. Esto da como resultado una mayor presión de descarga y una mayor capacidad de enfriamiento.
- A presiones de succión más bajas, el mecanismo reducirá el ángulo de la placa de inclinación, lo que dará como resultado una carrera más corta de los pistones y una menor compresión del refrigerante. Esto reduce la presión de descarga y adapta la capacidad de refrigeración a la reducida necesidad de refrigeración.
En un compresor de aire acondicionado de flujo variable, una válvula controla la conexión al cárter (en la cámara del disco basculante) y a los lados de alta y baja presión del compresor. La presión en el lado de baja presión está influenciada por la presión de aspiración medida. A continuación se explica cómo funciona la válvula de control cuando se aumenta y disminuye el flujo.
Aumentar el rendimiento:
Al disminuir la capacidad de refrigeración, aumenta la temperatura en el lado de aspiración y aumenta la presión de aspiración. Esta presión de succión hace que el fuelle elástico se comprima, haciéndolo más pequeño. Cuando se comprimen los fuelles, la válvula de bola A se cierra y la válvula B se abre. Esto crea una conexión con el cárter. Esto permite que la presión en la cámara del disco basculante escape hacia el lado de baja presión (en el lado de succión), lo que hace que el disco basculante se incline más. Esto da como resultado una mayor potencia del compresor y un aumento de la capacidad de refrigeración.
Reducir el rendimiento:
A medida que aumenta la capacidad de enfriamiento, la presión de succión disminuye. La presión de succión disminuye y el fuelle aumenta de volumen, lo que hace que el orificio B se cierre y la válvula de bola A se abra. Esto hace que el gas a alta presión entre y pase a través de la válvula de bola A y la abertura hacia la carcasa del disco basculante. Esto asegura que el disco de inclinación llegue a una posición vertical. Como resultado, la potencia de la bomba disminuye y la capacidad de refrigeración se reduce.
La válvula de control ajusta la presión en la cámara del disco basculante. La diferencia de presión resultante con respecto a la presión en las cámaras de compresión provoca una inclinación del disco basculante, lo que influye en el rendimiento de la bomba. El tamaño de la carrera está controlado por la presión en la sección de baja presión del sistema de aire acondicionado. Los compresores de carrera variable (salida) generalmente no tienen un interruptor de termostato en el evaporador. La presión de entrada de estos compresores se mantiene en 2 bar.
Control externo, sin acoplamiento magnético:
En un compresor con control externo, se utiliza una válvula electromagnética para regular la presión en la carcasa del compresor. La válvula electromagnética está controlada por una ECU (la ECU del motor o la ECU del aire acondicionado) mediante una señal PWM. Sin embargo, la presión de succión sigue desempeñando un papel en el proceso de control. La ECU del aire acondicionado recibe señales como el modo de aire acondicionado deseado (deshumidificación, refrigeración), la temperatura deseada y real y la temperatura exterior.
En base a esto, el ordenador calcula el ajuste óptimo para la válvula de control y, por tanto, la potencia del compresor. Si es necesario, la presión de aspiración también puede variar. En la práctica, la presión de aspiración varía entre 1,0 y 3,5 bar. La baja presión de succión mejora la capacidad de enfriamiento a baja velocidad del compresor. Una presión de succión superior a la media con una carga térmica baja da como resultado un trabajo más eficiente y, por lo tanto, un menor consumo de combustible. Ahora se puede prescindir del pesado acoplamiento magnético, con lo que se ahorra aproximadamente 1 kg. Normalmente el embrague está equipado con un amortiguador de vibraciones y un mecanismo de deslizamiento.
Un flujo de control mayor hacia la válvula de control cierra el paso desde la cámara de alta presión al cárter. La abertura variable proporciona espacio para descargar el gas de fuga que aumenta la presión a través de la cámara de presión de aspiración. Esto iguala la presión del cárter (Pc) y la presión de succión Ps, colocando el plato cíclico en la posición de máximo rendimiento.
La reducción del rendimiento se realiza aumentando la presión en el cárter. La válvula de control se abre, creando la conexión entre el cárter y la cámara de alta presión. La válvula de control tiene un fuelle que se ve influenciado por la presión de succión, lo que cambia el punto de ajuste. La corriente de control a la válvula de control trabaja junto con el ajuste del fuelle. Una pequeña abertura variable permite un flujo limitado de refrigerante a la cámara de presión de succión.
Lubricación del compresor:
Las piezas móviles siempre generan calor, por lo que es necesario lubricarlas. Además de las propiedades lubricantes, el aceite también proporciona sellado y aislamiento acústico. Inicialmente, el compresor se llena de aceite y la lubricación se logra mediante lubricación por niebla. Esta neblina de aceite también llega a los émbolos y luego es transportada por todo el sistema con el refrigerante. Durante la condensación se forma una mezcla de refrigerante y una neblina de aceite líquido. Esta neblina de aceite es aspirada nuevamente por el compresor.
El aceite sintético PAG (Polialquilenglicol) está especialmente diseñado para el refrigerante R134a y nunca debe sustituirse por otro tipo de aceite. Sin embargo, se deben tener en cuenta las diferentes viscosidades prescritas por los fabricantes. Consulta las especificaciones para ello.
Los aceites PAG comunes son:
- PAG 46 (viscosidad más baja)
- PÁG 100
- PAG 150 (viscosidad más alta)
- Aceite PAG con adición YF para uso con el refrigerante R1234YF, debido a su sensibilidad a la humedad en el sistema.
Además de los aceites PAG, también existen aceites minerales, PAO y POE.
- En los antiguos sistemas R12 se utilizaba aceite mineral.
- El aceite PAO (PolyAlphaOlefin) es totalmente sintético y no higroscópico. Esto contrasta con el aceite PAG, que es altamente higroscópico.
- El aceite POE (poliéster) se utiliza en compresores de aire acondicionado eléctricos de vehículos HV. Si se utiliza un aceite incorrecto (PAG), se dañará la capa de laca aislada del cable de cobre del motor eléctrico.
Al instalar un compresor nuevo, ya hay aceite (aproximadamente 200 a 300 ml) en el compresor. El fabricante especifica esta cantidad de aceite en la documentación.
Sin vaciar el sistema, no es posible determinar cuánto refrigerante y aceite hay en el sistema. En caso de reparación, por ejemplo tras sustituir un condensador, se perderá una pequeña cantidad de aceite. El fabricante suele indicar la distribución en el sistema. En general podemos mantener esta distribución:
• compresor aproximadamente 50%
• condensador aproximadamente 10%
• línea de succión flexible aproximadamente 10%
• evaporador aproximadamente 20%
• filtro/secador aproximadamente 10%
Cuando el sistema se enciende por primera vez, el aceite se distribuye por todo el sistema. Si posteriormente se drena el sistema y luego se vuelve a llenar, por ejemplo al reemplazar otra pieza o durante el mantenimiento, el aceite se puede agregar al refrigerante a través de la estación de llenado. Es fundamental asegurarse de que no entre demasiado aceite en el compresor. La consecuencia de demasiado aceite en el sistema puede ser que el compresor experimente un golpe de ariete. En los sistemas de aire acondicionado con tubo capilar, justo antes del compresor se monta un acumulador que ajusta constantemente la cantidad de aceite a la cantidad de refrigerante (consulte la página sobre el acumulador).
Acoplamiento Magnético:
La polea de la bomba de aire acondicionado es accionada continuamente por la correa múltiple. En los compresores de platos basculantes de carrera fija y algunos de carrera variable, el embrague magnético controla el encendido y apagado del compresor del aire acondicionado. Cuando se enciende el compresor, se activa un electroimán (1) en el acoplamiento. Esto hace que el imán atraiga el disco de embrague montado en resorte (4), creando una conexión firme entre la polea y la bomba. Cuando se apaga el aire acondicionado, el electroimán ya no se activa y su función magnética se detiene. El resorte del disco de embrague lo suelta de la bomba. La polea ahora continúa girando con la correa múltiple, mientras la bomba (internamente) se detiene.
Encender el aire acondicionado es más beneficioso cuando el régimen del motor es bajo, como cuando se pisa el embrague o cuando el motor está en ralentí. Esto minimiza el desgaste del acoplamiento magnético. Por ejemplo, si el aire acondicionado se enciende a 4500 rpm, el electroimán activará el embrague y habrá una gran diferencia de velocidad entre la bomba estacionaria y la polea giratoria. Esto puede provocar un deslizamiento y provocar un mayor desgaste.
Sonidos:
Pueden producirse algunos sonidos característicos:
Sonido de palmas al encender: Un fuerte ruido al encender el compresor puede indicar un posible ajuste del acoplamiento magnético. Según el tipo de compresor, este ajuste puede reducir el entrehierro y minimizar el ruido.
Zumbido de la bomba del aire acondicionado: Un zumbido indica un defecto en la bomba o posiblemente una escasez de refrigerante y aceite en el sistema. Consulte a un especialista en aire acondicionado para verificar, vaciar y rellenar el sistema con la cantidad correcta de refrigerante y aceite.
Sonido de vibración de la bomba del aire acondicionado: Un sonido de castañeteo también puede indicar un defecto de la bomba. Compruebe que el acoplamiento magnético esté bien sujeto a la bomba para evitar que se afloje el perno central.
Zumbido relacionado con la velocidad del motor: Un zumbido que se escucha en el habitáculo y varía con la velocidad del motor indica resonancia o vibración. Esto puede deberse a una falta de refrigerante o a que las tuberías del aire acondicionado resuenan. Si el nivel de refrigerante está bien, se puede identificar un tubo que causa vibraciones manteniéndolo presionado mientras se acelera. Amortiguadores de vibraciones especiales, como los disponibles para problemas específicos como el MINI, pueden corregir este tipo de vibraciones.
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