Los sistemas de aire acondicionado de automóviles utilizan aire acondicionado para enfriar el aire de un vehículo .
Historia
Una empresa de la ciudad de Nueva York en los Estados Unidos ofreció por primera vez la instalación de aire acondicionado para automóviles en 1933. La mayoría de sus clientes operaban limusinas y automóviles de lujo . [1]
El 7 de octubre de 1935, Ralph Peo de Houde Engineering, Buffalo, NY, solicitó una patente para una "Unidad de refrigeración por aire para automóviles". La patente estadounidense 2.099.227 , fue concedida el 16 de noviembre de 1937.
En 1939, Packard se convirtió en el primer fabricante de automóviles en ofrecer una unidad de aire acondicionado en sus automóviles. [2] Estas voluminosas unidades fueron fabricadas por Bishop y Babcock (B&B), de Cleveland, Ohio y se encargaron en aproximadamente 2.000 coches. [3] El "Acondicionador meteorológico Bishop y Babcock" también incorporó un calentador. Los automóviles pedidos con esta opción se enviaron desde las instalaciones de Packard en East Grand Boulevard a la fábrica de B&B donde se realizó la conversión. Una vez completado, el automóvil se envió a un distribuidor local para su entrega a los clientes.
Packard garantizó y apoyó esta conversión. Sin embargo, no tuvo éxito comercial porque:
- El evaporador principal y el sistema de ventilación ocupaban la mitad del espacio del maletero (aunque esto se convirtió en un problema menor a medida que los troncos se hicieron más grandes en el período de posguerra).
- Fue reemplazado por sistemas más eficientes en los años de la posguerra.
- No tenía termostato de temperatura ni mecanismo de apagado más que apagar el soplador. (El aire frío a veces entraba en el automóvil con cualquier movimiento ya que la correa de transmisión estaba continuamente conectada al compresor; los sistemas posteriores usarían embragues operados eléctricamente para remediar este problema).
- Los varios pies de plomería que iban y venían entre el compartimiento del motor y el maletero demostraron ser poco confiables en el servicio.
- El precio, de 274 dólares estadounidenses (4.692,12 dólares en dólares estadounidenses de 2014), era inasequible para la mayoría de las personas en los Estados Unidos de la depresión o antes de la guerra.
La opción se suspendió después de 1941. [3]
Chrysler Airtemp
El Chrysler Imperial de 1953 fue uno de los primeros autos de producción en doce años en ofrecer aire acondicionado de automóvil moderno como una opción, luego de los experimentos tentativos de Packard en 1940 y Cadillac en 1941. [4] Walter Chrysler se había encargado de la invención del aire acondicionado Airtemp. en la década de 1930 para el edificio Chrysler , y lo había ofrecido en automóviles en 1941-42, y nuevamente en 1951-52.
El Airtemp era más avanzado que los acondicionadores de aire de automóviles rivales en 1953. Se operaba con un solo interruptor en el tablero marcado con posiciones baja, media y alta. Como la unidad de mayor capacidad disponible en ese momento, el sistema era capaz de enfriar rápidamente el habitáculo y también reducir la humedad, el polvo, el polen y el humo del tabaco. El sistema aspiraba más aire exterior que los sistemas contemporáneos; así, reduciendo la obsolescencia asociada con el aire acondicionado automotriz en ese momento. En lugar de tubos de plástico montados en el estante del paquete de la ventana trasera como en los automóviles GM, pequeños conductos dirigían el aire frío hacia el techo del automóvil, donde se filtraba hacia los pasajeros en lugar de soplar directamente sobre ellos, una característica que los automóviles modernos han perdido. [4]
Cadillac, Buick y Oldsmobile agregaron aire acondicionado como una opción en algunos de sus modelos en el año modelo 1953. [5] Todos estos sistemas Frigidaire usaban componentes separados del motor y del maletero. [6] [7]
Sistema integrado Nash
En 1954, el Nash Ambassador fue el primer automóvil estadounidense en tener un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado frontal totalmente integrado. [8] [9] La corporación Nash-Kelvinator utilizó su experiencia en refrigeración para presentar el primer sistema de aire acondicionado y calefacción de una sola unidad, compacto y asequible de la industria del automóvil, opcional para sus modelos Nash . [10] Este fue el primer sistema de mercado masivo con controles en el tablero y un embrague eléctrico. [11] Este sistema también era compacto y útil con todos sus componentes instalados debajo del capó o en el área del capó. [12]
Combinando calefacción, refrigeración y ventilación, el nuevo sistema de aire acondicionado para los coches Nash se denominó "All-Weather Eye". [13] Esto siguió al nombre comercial de " Weather Eye " para el sistema de ventilación y calefacción automotriz de aire fresco de Nash que se usó por primera vez en 1938. [12] Con un solo control termostático, la opción de enfriamiento de aire del compartimiento de pasajeros de Nash fue "una buena y sistema notablemente económico ". [14] El sistema tenía aire frío para que los pasajeros ingresaran a través de las rejillas de ventilación montadas en el tablero. [15] El "avance notable" exclusivo de Nash no fue sólo el sistema unificado "sofisticado", sino también su precio de 345 dólares que superó a todos los demás sistemas. [dieciséis]
La mayoría de los sistemas de la competencia usaban un sistema de calefacción independiente y un compresor montado en el motor, impulsado por el cigüeñal del motor a través de una correa, con un evaporador en el maletero del automóvil para entregar aire frío a través del estante trasero y las rejillas de ventilación superiores. General Motors ofreció un sistema de aire acondicionado montado en la parte delantera fabricado por su División Harrison en Pontiac de 1954 con un motor de ocho cilindros en línea . [17] Era muy caro y no era un sistema completamente integrado con controles y conductos separados para la distribución del aire. [18] [19] El núcleo del calentador continuó siendo un "Venti-Seat" separado o debajo del sistema del asiento delantero con sus propios controles. [20] El diseño alternativo unificado iniciado por Nash "se convirtió en una práctica establecida y continúa formando la base de los sistemas de control de clima automático modernos y más sofisticados". [21]
Crecimiento de la demanda
El aire acondicionado para automóviles comenzó a utilizarse ampliamente a finales del siglo XX . Aunque los acondicionadores de aire usan una potencia significativa, la resistencia de un automóvil con las ventanas cerradas es menor que si las ventanas están abiertas para enfriar a los ocupantes. Ha habido mucho debate sobre el efecto del aire acondicionado en la eficiencia de combustible de un vehículo. Se deben considerar factores como la resistencia al viento, la aerodinámica y la potencia y el peso del motor, para encontrar la verdadera diferencia entre usar el sistema de aire acondicionado y no usarlo, al estimar el consumo de combustible real . Otros factores pueden afectar el motor y un aumento general del calor del motor puede afectar el sistema de enfriamiento del vehículo.
La innovación se adoptó rápidamente y se introdujeron nuevas características para el aire acondicionado como el Cadillac Comfort Control, que era un sistema de calefacción y enfriamiento completamente automático establecido por un termostato de cuadrante, como una primicia en la industria en el año modelo 1964. [22] En 1960, aproximadamente el 20% de todos los automóviles en los EE. UU. Tenían aire acondicionado, y el porcentaje aumentó al 80% en las áreas cálidas del suroeste. [23] American Motors fabricó equipos estándar de aire acondicionado en todos los AMC Ambassadors a partir del año modelo 1968, el primero en el mercado masivo, con un precio base a partir de $ 2.671. [24] [25] En 1969, el 54% de los automóviles nacionales estaban equipados con aire acondicionado, con la característica necesaria no solo para la comodidad de los pasajeros, sino también para aumentar el valor de reventa del automóvil. [26]
Enfriamento evaporativo
Un enfriador de automóvil es un enfriador evaporativo de automóvil , a veces denominado enfriador de pantano. [27] [28] La mayoría son accesorios de posventa relativamente económicos que consisten en un cilindro de metal externo montado en la ventana sin partes móviles, pero están disponibles unidades internas debajo del tablero de instrumentos o del piso central con un ventilador eléctrico. [29] [30] Fue uno de los primeros tipos de acondicionadores de aire para automóviles [31] y no se utiliza en los automóviles modernos que dependen de sistemas de refrigeración para enfriar el interior.
Para enfriar el aire se utilizó calor latente (es decir, enfriamiento por evaporación del agua). [32] El agua dentro del dispositivo se evapora y en el proceso transfiere calor del aire circundante. El aire fresco cargado de humedad se dirige al interior del automóvil. [32] [33] El efecto de "enfriamiento" por evaporación disminuye con la humedad porque el aire ya está saturado de agua. Por lo tanto, cuanto menor sea la humedad , como en las regiones desérticas secas, mejor funcionará el sistema. Los refrigeradores de automóviles eran populares, especialmente entre los turistas de verano que visitaban o cruzaban los estados de California, Arizona, Texas, Nuevo México y Nevada, al suroeste de los Estados Unidos . [30]
Principios de operacion
En el ciclo de refrigeración, el calor se transporta desde el habitáculo al medio ambiente. Un frigorífico es un ejemplo de un sistema de este tipo, ya que transporta el calor del interior al medio ambiente.
El vapor de gas refrigerante circulante (que también lleva el aceite lubricante del compresor a través del sistema junto con él) desde el evaporador ingresa al compresor de gas en el compartimiento del motor, generalmente un compresor de bomba de pistón axial , y se comprime a una presión más alta, lo que resulta en una mayor temperatura también. El vapor de refrigerante caliente y comprimido está ahora a una temperatura y presión a las que se puede condensar y se dirige a través de un condensador , generalmente frente al radiador del automóvil. Aquí, el refrigerante se enfría por el aire que fluye a través de las bobinas del condensador (que se origina en el movimiento del vehículo o de un ventilador, a menudo el mismo ventilador del radiador de enfriamiento si el condensador está montado en él, se enciende automáticamente cuando el vehículo está parado o moviéndose a bajas velocidades) y condensado en un líquido. Por lo tanto, el refrigerante en circulación rechaza el calor del sistema y el aire se lleva el calor.
En un sistema de aire acondicionado con válvula de expansión térmica , el refrigerante líquido condensado y presurizado pasa a través del receptor-secador, es decir, un desecante unidireccional y un cartucho de filtro que deshidrata la mezcla de refrigerante y aceite lubricante del compresor para eliminar cualquier residuo. contenido de agua (que se convertiría en hielo dentro de la válvula de expansión y, por lo tanto, la obstruiría) que el vacío realizado antes del proceso de carga no logró eliminar del sistema, y lo filtra para eliminar las partículas sólidas transportadas por la mezcla, además de actuar como recipiente de almacenamiento de cualquier exceso de refrigerante líquido durante los períodos de baja demanda de enfriamiento, y luego a través de la válvula de expansión térmica donde sufre una abrupta reducción de presión. Esa reducción de presión da como resultado la evaporación instantánea de una parte del refrigerante líquido, lo que reduce su temperatura. A continuación, el refrigerante frío pasa a través del serpentín del evaporador en el habitáculo. Cuando el dispositivo de expansión es un simple orificio de medición fijo, conocido como tubo de orificio, el receptor-secador está ubicado entre la salida del evaporador y el compresor, y en este caso se lo conoce como acumulador. En un sistema de aire acondicionado de este tipo, el acumulador también evita que el refrigerante líquido llegue al compresor durante los períodos de baja demanda de refrigeración.
El aire, a menudo después de ser filtrado por un filtro de aire de cabina , es impulsado por un ventilador centrífugo eléctrico de velocidad ajustable a través del evaporador, lo que hace que la parte líquida de la mezcla refrigerante fría también se evapore, lo que reduce aún más la temperatura. Por lo tanto, el aire caliente se enfría y también se priva de cualquier humedad (que se condensa en las bobinas del evaporador y se drena fuera del vehículo) en el proceso. Luego se pasa a través de una matriz de calefacción , dentro de la cual circula el refrigerante del motor, donde se puede recalentar hasta cierto grado o incluso una cierta temperatura seleccionada por el usuario y luego entregada dentro de la cabina del vehículo a través de un conjunto de ventilaciones ajustables. Otra forma de ajustar la temperatura del aire deseada, esta vez trabajando en la capacidad de enfriamiento del sistema , es regulando con precisión la velocidad del ventilador centrífugo de modo que el evaporador enfríe solo el caudal de aire estrictamente requerido . El usuario también tiene la opción de cerrar las trampillas de aire externas del vehículo, para lograr un enfriamiento aún más rápido y más fuerte al recircular el aire ya enfriado dentro de la cabina al evaporador. Finalmente, siempre que se pueda ordenar al compresor que funcione con un desplazamiento reducido, la temperatura de ventilación también se puede controlar actuando sobre el desplazamiento del compresor. La congelación del evaporador, que impide que el aire fluya a través de las aletas del evaporador, se puede prevenir de diferentes maneras. Un interruptor de temperatura o un termistor puede controlar la temperatura de la superficie de la bobina del evaporador, y un interruptor de presión o elemento sensor puede monitorear la presión de succión (que está en relación con la temperatura de evaporación del refrigerante). Ambos medios de control pueden actuar (ya sea directamente o por medio de una unidad de control alimentada por sus datos) sobre el estado de acoplamiento del embrague del compresor o, en el caso de un compresor de desplazamiento variable, su desplazamiento; Además, una válvula secundaria ubicada en el lado de succión puede estrangular el flujo de refrigerante para que la presión de salida del evaporador no caiga por debajo de un valor preciso durante el funcionamiento del sistema.
Para completar el ciclo de refrigeración , el vapor refrigerante se envía de regreso al compresor.
Cuanto más caliente es el aire que llega al evaporador, mayor es la presión de la mezcla de vapor descargada de él y, por lo tanto, mayor es la carga que se coloca en el compresor y, por lo tanto, en el motor para mantener el flujo de refrigerante a través del sistema. La carga del compresor también es proporcional a la temperatura de condensación.
El compresor puede ser accionado por el motor del automóvil (por ejemplo, a través de una correa, a menudo la correa serpentina, y un embrague accionado electromagnéticamente; un compresor de desplazamiento variable accionado electrónicamente también se puede accionar siempre directamente por una correa sin la necesidad de ningún embrague e imán en todos) o por un motor eléctrico.
El consumo de energía
En un automóvil moderno, el sistema de A / C utilizará alrededor de 4 caballos de fuerza (3 kW) de del motor de potencia , aumentando así el consumo de combustible del vehículo. [34]
Ver también
- Aire acondicionado automotriz sostenible
Referencias
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enlaces externos
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