2.- EL AGUA, EL HIELO Y EL VAPOR.

Antes de explicar el circuito de refrigeración, voy a explicar una cosilla nada más acerca del agua, el hielo y el vapor.

Imagínense (imaginaros... es que no me acostumbro) que tenemos un gramo de agua. Si le aplico una caloría, ese gramo de agua se calienta un grado centígrado. Una caloría es, la cantidad de energía que se necesita para calentar un gramo de agua, desde 24ºC hasta 25ºC a una atmósfera de presión (la presión atmosférica aproximada que hay a nivel del mar), esta presión puede variar dependiendo de como te encuentres a tu vecina del sexto en la playa, y de la ropa que lleve en ese momento…

Si ese gramo de agua está a -5ºC, estará congelada, y … se podría usar para enfriar … un cubata, un whisky…

Nos estamos desviando del tema.

Si ese gramo de agua está a -5ºC y queremos calentarlo hasta que se funda…. Hay que añadirle calor. En el caso del hielo, para que un gramo de hielo aumente su temperatura un grado hay que aplicarle 0,5 calorías (es la mitad de la energía que se necesita cuando el agua está en estado líquido – cosas de la química -). ¿Servirá beber bebidas con hielo para adelgazar?, es que eso de las calorías me suena…
Pues vamos a darle 2,5 calorías y ya tenemos ese gramo de hielo en los 0ºC.
Ahora para que se funda completamente, hay que aplicarle…. Unas 80 calorías uhmmm interesante, un gramo de hielo para pasar de -5ºC hasta fundirse… 82.5 calorías… ¿Cuántas calorías tendrá el vaso de…?

¡Eh!, atentos…

Vemos que para que el cambio de estado (de hielo a agua) se realice, se necesita bastante energía, 80 veces más que para aumentar un grado ese gramo de agua (si está en estado líquido), y 160 veces más que cuando está en estado sólido (hielo).
Vamos a seguir calentando esa agua hasta que hierva…. Total, de 0 a 100 en 5,4 segu… no eso es otra cosa.
Calentar el gramo de agua desde 0ºC hasta 100ºC nos cuesta 100 calorías. ¿Esto no sirve para el cubata verdad?. NO, pero si que sirve para que la parienta haga unas gambitas al vapor… una paellita… vamos por buen camino..
¿Se ha entendido?, para calentar un gramo de agua un grado centígrado se necesita una caloría, para calentar un gramo de agua 100ºC se necesitan 100 calorías, simple regla de tres.

Ya tenemos ese gramito de agua a 100ºC, peroooo, para que se convierta en vapor de agua ¿qué energía hace falta?... pues necesitamos … ¡540 calorías!
Re-vaya, hace falta mucha energía para evaporar el agua, y relativamente poca para calentarla mientras está en estado líquido.

Otra cosita a tener en cuenta es que, la temperatura del agua mientras se está evaporando, se mantiene a 100ºC, puesto que la energía que le estamos añadiendo se utiliza para evaporar el agua. Una vez que se ha evaporado todo ese gramo de agua, la temperatura del vapor comenzará a aumentar (siempre y cuando sigamos calentándolo).

Esto es muuuuy interesante, ya lo veremos más adelante.

3.- El circuito de refrigeración.

Primero y muy importante, el circuito es hermético, para no perder el refrigerante.

Segundo, y más importante aún, que no te cuenten milongas, el circuito es hermético, y no puede perder refrigerante, por mucho que quiera explicarte el de la empresa que recarga el gas. Si pierde gas, es que hay una fuga y hay que buscarla. Lo que pasa es que, seguramente encontrar la fuga es más complicado que encontrar un defender que pise campo sin manchas de aceite.

Éste es el circuito:

Vamos a describir el circuito:

Empezamos por el compresor (por ejemplo) ya vimos que hace falta una bomba, el compresor del equipo de aire acondicionado del coche es el que ejerce de bomba, aplicándole al fluido una velocidad (velocidad · sección del conducto = caudal) y una presión. Impulsa el fluido refrigerante que se encuentra en estado gaseoso, dentro del condensador (en la locomotora impulsaba el vapor dentro del evaporador, pero recordemos que ahora el circuito se recorre al revés).
El condensador es ese radiador que se encuentra en primera fila, delante del radiador del motor del coche, normalmente con unos electroventiladores acoplados para enfriar bien el refrigerante y que se condense, ese mismo cacharro que estorba cuando pensamos en poner un radiador mayor (de un V8 o de un W16) o el intercooler de un caterpillar.

Este intercooler es el que yo necesito para mi 300tdi, aunque quizá sea algo pequeño.

El condensador no tiene nada que ver con el condensador de fluzo que utiliza el DeLorean para saltar en el tiempo. (Vaya chapuza de traducción, flux capacitor).

El condensador se llama así, porque el fluido refrigerante se condensa, pasa de estado gaseoso (vapor si fuera agua) a líquido, igual que se condensa el agua sobre el grifo de cerveza,

precisamente por estar tan frío el grifo… (al final van a a creer que yo solo pienso en bebidas alcohólicas, y no es cierto, también pienso en la vecina del sexto, con la camis… ¡o sin ella!).

Como ya hemos visto, en el cambio de estado gas-líquido se necesita quitarle mucho calor (calorías) al refrigerante, por eso, el aire que pasa a través del condensador se calienta bastante. Está quitándole calor al fluido refrigerante.

Ya tenemos el fluido refrigerante en estado líquido a alta presión ( provocado por el compresor, que lo empuja y le eleva la presión), ahora lo llevamos hasta el sistema de expansión. En la locomotora era un pistón que realiza un trabajo, en la central térmica es la turbina donde se hace girar un eje, pero en el circuito de frío, no necesitamos mover nada, pero sí que necesitamos que el líquido se expanda, y pierda energía.

Se utiliza para ello una válvula de expansión, o un capilar. El efecto es el mismo, un capilar es un tubo muy fino, el líquido al pasar por ahí, pierde energía, la válvula de expansión hace lo mismo, es un depósito donde se encuentra un tubo con un orificio pequeño por donde pasa el fluido y pierde energía. Los circuitos llevan o capilar (como las neveras) o válvulas de expansión (máquinas ya de cierta envergadura).

Pero, ¿por qué ese empeño en quitarle energía al refrigerante?, dicho de forma sencilla, porque luego en el habitáculo, donde hace un calor del carajo, este refrigerante será capaz de absorber más energía (calor al fin y al cabo).

Yo lo comparo siempre con un encierro… todas las moléculas del refrigerante van por la calle de la estafeta corriendo como posesas, que si no corren los toros las empitonan.

Más o menos van corriendo con cierta holgura, pero en esto que llegan al pasillo para entrar a la plaza de toros, se produce un embudo, pero todos los que entran en el pasillo tienen que salir, si no los toros…. Para lograr que todas las que pasen por ese pasillo estrecho no provoquen un embotellamiento, las posesas tienen que aumentar su velocidad en ese pasillo. Así que, en ese trayecto tienen que aumentar mucho su velocidad.

Así, pasar ese tramo de apenas una decena de metros, con tanto extranjero borracho y tanto mozo, cuesta dos huevos y cuarto hacerlo… y como resultado, se quema mucha energía en pasar este pequeño tramo (capilar o válvula de expansión), por eso se puede observar que todo el que entra en la plaza sale cansado del pasillo, sin energía, tomando aire porque están agotados, y porque en el pasillo huele a humanidad y no se podía respirar… aunque con cuatro ojos en los toros… y dos en la moza aquella de la camisa en la playa.

Bueno, no se si ha servido este símil.

Ahora toca la parte agradable del proceso. El fluido refrigerante llega en forma de líquido, con poquita energía al evaporador (baja presión), que es el radiador que está detrás del tablero junto con un ventilador.

El ventilador impulsa el aire del habitáculo del coche (que en Sevilla en pleno verano está a unos cuantos grados más que la culata del coche) a través del intercambiador de calor (radiador del evaporador) y el fluido refrigerante que está dentro, absorbe el calor y se evapora. Robándole un montón de calorías al aire, y como resultado, el aire se enfría… y bastante… puede pasar de 40ºC  a salir del evaporador a unos 18ºC (en un equipo potente).. fresquito fresquito. Hay coches que tienen una pequeña guantera con forma de lata de refresco de cebada fermentada, que se enfría con el aire acondicionado, eso si es un invento, y no la rueda (en mi opinión muy sobrevalorada)…

Ahora recordaremos la ventaja que es, utilizar el cambio de estado líquido-gas, porque se necesita muuuucha energía para evaporar el refrigerante.

Esta energía se le roba al aire del interior del coche, mientras más energía se le quita, más frio saldrá el aire, también, mientras mayor sea la energía que sea capaz de absorber el fluido refrigerante, más pequeño será el evaporador que necesitemos (y ocupará menos espacio en el tablero del coche), y menor la cantidad de refrigerante a utilizar (con poco refrigerante se consigue absorber muchas calorías). Además de que es un proceso que se produce a temperatura constante.

Si no fuera a temperatura constante, a medida que el fluido refrigerante se fuera calentando, el aire que pasa a través del evaporador iría progresivamente aumentando de temperatura, y llegaría un momento que … ya no enfriaría.

De aquí pasa otra vez al compresor, y vuelta a empezar.

Hemos visto que, en un lado del circuito tenemos gas, en otro líquido. En un lado del circuito hay alta presión, y en otro, baja presión.
Si pudiéramos medir la presión, obtendríamos unos valores que son muy interesantes, para conocer lo que pasa en el circuito.
Si ponemos una válvula como las de las llantas en el circuito, una en la zona de baja presión, y otra en la zona de alta presión, y conectáramos un manómetro, podríamos leer las presiones.

La alta presión nos indica la temperatura a la cual se está condensando el fluido refrigerante.

La baja presión nos indica la temperatura a la cual se está evaporando el fluido refrigerante. Esta es la parte que enfría el aire dentro del coche...

Pero, ¿por qué la presión nos indica la temperatura de cambio de estado?.

Volvamos al agua, el agua a la presión de 1 atmósfera (presión normal a nivel del mar, mientras no te encuentres a la vecina) sabemos que hierve a 100ºC tanto para evaporarse como para condensarse, y mientras esa presión de 1 atmósfera se mantenga, el cambio de estado siempre se realizará a 100ºC.

Si disminuimos la presión, el cambio de estado se producirá a menos de 100ºC. Se puede conseguir que hierva a 70ºC, a 50ºC, bajando la presión. Incluso si se baja mucho la presión, hay un punto de temperatura en que el agua puede estar en estado sólido (hielo), líquido o gaseoso. O los tres a la vez (curioso ¿no?). Esto ocurre a una presión de 0.006 atm y 0.01ºC.

Y se preguntarán ustedes, ¿por qué y para qué explico esto?.

Pues a parte de que el conocimiento no ocupa lugar, en un equipo de aire acondicionado, nos interesa  que la evaporación se produzca a una temperatura superior a los 0ºC, ¿por qué?, ¿no es verdad que mientras más baja sea la temperatura de evaporación, más frio saldrá el aire que pasa por el evaporador?, si, es así. Peeeero si el fluido refrigerante que se encuentra dentro del evaporador (radiador que está dentro del habitáculo del coche) se evapora a una temperatura inferior a los 0ºC, el aire del habitáculo que contiene vapor de agua en suspensión,  al pasar por las lamas o aletas del evaporador, se condensa y se congela, formándose una bola de hielo.

Una vez se forma hielo en el evaporador, el aire ya no puede pasar por él, y ya no enfría.
Si la temperatura de evaporación es superior a los 0ºC, aunque el vapor de agua se condensa (recordemos el grifo de cerveza), no formará hielo. El agua cae a una bandeja, y de ahí a un desagüe. Por eso los vehículos con el aire acondicionado conectado, gotean agua.
Cuando esa bandeja está sucia de hollín y polvo, y se humedece, a veces huele fatal, y hay que limpiarla. A veces el desagüe con el hollín y el polvo se obstruye, y hay que desatascarlo. Por eso a veces el agua de condensados termina en la alfombrilla del acompañante.

¿Qué puede motivar que la presión del circuito baje?, pues… si un neumático inflado a 2.5bares, pierde aire… la presión disminuye ¿no?, pues aquí pasa igual, si el circuito del aire acondicionado pierde fluido refrigerante, la presión baja, y ya la hemos liado. Cuando la presión de evaporación baja, el gas se evapora a menor temperatura, llegando a evaporar a 0ºC, a -2ºC. De ahí, lo importante que es, que el circuito sea estanco.
Por eso los aires acondicionados se congelan cuando falta gas.

¿Y por qué le llaman gas al fluido refrigerante?, pues porque a la presión atmosférica normal, en torno a 1 atmósfera, el fluido refrigerante se encuentra en estado gaseoso, de hecho, evaporan a una temperatura inferior a los 0ºC a 1 atm de presión.

Ahora comprenderán el enorme problema que supone encontrar un fluido que a la presión al que se encuentre dentro del circuito, evapore y condense a unas temperaturas aprovechables para hacer este proceso, y además que se puedan utilizar con seguridad.

Por ejemplo, un refrigerante muy bueno es el amoniaco, pero como haya una fuga, la intoxicación y las quemaduras en nariz, traquea y pulmones están aseguradas. No se utiliza en aire acondicionado, ataca y oxida los metales, el cobre se lo merienda, y hay que utilizar mucho el aluminio, el aluminio no es tan fácil de soldar como el cobre… muy problemático.
Otro gas muy bueno es el isobutano (R-600a). Pero, uhmmm… ¿y si hay una fuga?, como vayas a encender un cigarrillo en ese momento, quizá termines calvo, sin pestañas, y con el techo en modo lata de sardinas abierta.

Hay muchas neveras que funcionan con isobutano, pero en ese caso, el interruptor que enciende la luz interior, siempre está fuera, en el marco de la puerta, para evitar una chispa dentro del refrigerador y que en caso de fuga de gas, se produzca una explosión.

Después los hay que son perjudiciales para la capa de ozono, otros que aumentan el efecto invernadero…. Y ahí están los expertos, buscando mezclas de refrigerantes que no hagan daño a los lémures de Madagascar, ni a los renos de papá Noel, y que como efecto secundario, sirvan de refrigerante.

En automoción, se suele utilizar el R-134a (actualización a 2020: ese gas está prohibido y tiene sustituto Problemón con los nuevos gases refrigerantes), que no es ni muy bueno, ni muy malo, pero cumple bastante bien, y no es tóxico. Es el refrigerante más utilizado en equipos pequeños.
Suele haber en el vano del motor, una etiqueta que indica el refrigerante utilizado, y el peso del gas que lleva ese circuito. Así que, no quitéis esa etiqueta, porque ayuda a la hora de recargar el gas.

Ahora vamos a hablar de la entalpía, los procesos isoentálpicos y el ciclo regenerativo… ¡que es broma!, ya está, esto es de forma simplificada, cómo funciona un equipo de aire acondicionado, o de refrigeración (neveras)

Luego a esto se le añaden cacharros para controlar la presión que hay dentro del circuito, relés eléctricos para controlar los ventiladores, sondas de temperatura, etc. (el etc quedó profesional, recurso muy utilizado para cuando te quedas en blanco, y no quieres que se note.)

NOTA DEL AUTOR: Ningún toro, posesa, molécula o vecina del 6º ha resultado dañada en la realización de éste texto. Los mozos ya se saben cuidar ellos solos, y los extranjeros con alta concentración de alcohol en sangre, mejor los dejamos dormir la mona.

Espero que el ladrillo haya sido explicativo, no se haya hecho muy pesado, y les acerque más a ese elemento que nos hace la vida más fácil en verano, pero que en invierno nadie se acuerda de él, y para cuando lo necesitas, ha perdido el gas.

Para terminar, dejo el diagrama del refrigerante R134a. La línea horizontal superior, es el condensador, la línea descendente izquierda es la expansión. La línea horizontal inferior es el evaporador (donde se indica la energía que ese refrigerante es capaz de absorber en el ciclo de frío, y la línea ascendente derecha es el compresor.

Saludos

Para terminar (ahora si que si), espero que los pequeños toques humorísticos hayan sido del agrado de todos.

4. MODO AVANZADO

Para el que quiera entender un poco más.

El diagrama anterior es el elemento que se utiliza para diseñar un equipo de aire acondicionado o un refrigerador. Como verán, no aparece por ningún lado las calorías de las que hablaba.

La temperatura aparece en rojo.

¿Por qué no se habla de calorías, ni de julios en el diagrama?.

Para eso, hay que hablar del aire. Nosotros pretendemos enfriar el aire de dentro del coche, y calentar el de fuera (me refiero al aire que pasa a través del condensador). Y el aire no es un gas puro, es una mezcla de gases, entre los cuales hay vapor de agua.

El vapor de agua, a medida que el aire se enfría, se va condensando, y el aire se va "secando".

Además, hay zonas muy húmedas, con alta concentración de vapor de agua, y zonas muy secas.

Como se necesita una cantidad de energía para calentar o enfriar el aire, y otra diferente para hacer lo propio con el vapor de agua.... se utiliza un diagrama donde se utiliza la entalpía.

La entalpía viene a ser, la cantidad de energía total que se aporta o se quita. Parte de esta energía se utilizará para enfriar el aire, y parte para enfriar el vapor de agua.

Quizá es demasiado complicado para hablarlo aquí. No se.

Como irán deduciendo, un equipo de aire acondicionado tendrá un rendimiento diferente, dependiendo del lugar del planeta donde esté instalado, dependiendo de las temperaturas exteriores, de la humedad ambiente...

Saludos.

Una explicación impecable, y entendible para todos los públicos.
Conozco a mas de un instalador de aires acondicionados, que se dan muchos aires, pero que no saben la mitad de lo que has escrito  ;D ;D ;D

Está escrito de una manera facilmente entendible  🙂

Estamos,

Impresionante  compañero !!, muy ameno por sus pinceladas de humor,  para nada se hace pesada su lectura.
Te invito a seguir ofreciendo trabajos con esta calidad, ya tienes uno esperando por mas !! 😉

Un saludo.

Oh, dios mio.....
Acabas de recordarme mis años universitarios con lo de la diferencia de entalpia.
Me ha encantado la explicacion.

;D ;D ;D
Gracias a todos.
Telemaco4x4... tienes razón, yo tenía pesadillas con la termodinámica... Aunque luego empecé a trabajar en el campo de la construcción, y los motivos de las pesadillas también cambiaron, entonces empecé a tenerlas con los fontaneros, los carpinteros...

Saludos.

Bien explicado, si señor

Una explicación impecable, y entendible para todos los públicos.
Conozco a mas de un instalador de aires acondicionados, que se dan muchos aires, pero que no saben la mitad de lo que has escrito  ;D ;D ;D

Está escrito de una manera facilmente entendible  🙂

Bueno, es que hay muchos "instaladores" que son sólo fontaneros, en la época del boom inmobiliario hasta el mas tonto hacía relojes...  :).

Bravo! Bravo!
Excelente documento,
deberias incluir una batamanta para su lectura
hoy 5ºC y amenaza lluvia y la sensacion termica es aun mas baja.
Recomiendo leer de nuevo, para cuando este bien entrado julio  ;D

Ruego a los responsables de nuestro acervo historico
guardar una copia para que el archivo no la trague definitivamente.

F.R.D. la aficion se rinde ante vuestros pies  :notworthy:

A mi, con la referencia a los hermanos marx y las de regreso al futuro te me has ganado. Buena explicación.

:hello2: :hello2: :hello2: :hello2:

F.R.D.: Muy buena explicación, sí señor!!!!

Yo, para estos post cuyo contenido nos sirve a todos y aclaran dudas con buena prosa y cálido verbo, solicito al moderador que los cuelgue con una chincheta en donde no se puedan perder. Creo que suponen un excelente aporte para el club pues quien los escribe es alguien que entiende realmente del tema, y se toma desinteresadamente la molestia de compartirlo con todos nosotros.

:thumbsup:

Un saludo.

Estoy de acuerdo en que esto no acabe en las catacumbas del foro.
Chincheta ya!!!

Gracias a todos. Aunque el único mérito es el haberme sentado a redactar y revisar 50 veces. Seguro que en el foro hay gente más cualificada que yo para redactar y explicar esto. Como todos los que escribimos en el foro, lo hacemos de forma desinteresada, y con el ánimo de ayudar.

Gracias de verdad.

Para rematar la jugada, he hablado de máquinas térmicas.... Uhmmm, máquina térmica... ¿en qué otro sitio habré oido yo eso?...

Eso de compresión, expansión... me suena de algo...

Anda, pero si el motor del coche es otra máquina térmica, compresión es cuando el cilindro sube hasta el encendido. El encendido es cuando se le aporta calor, expansión es cuando realmente obtenemos trabajo en el motor, y la condensación aquí es el escape y admisión.

Saludos.