Antes de responder cómo funciona un aire acondicionado eh decidido escribir un corto resumen de su historia. Dejarme un comentario si le gusta el post.
Historia del Aire Acondicionado
Gracias al Aire acondicionado en la actualidad podemos gozar de un clima ideal en la comodidad de nuestros hogares, centros laborales, plazas comerciales, bancos solo por mencionar algunos ejemplos sin embargo esto no siempre fue así. Si pensamos en el primer sistema para refrescarnos que la humanidad tiene conocimiento, la historia se remonta a la época de los esclavos cuando se ventilaba a la realeza con hojas de palma como esto es muy debatible avancemos más en la historia hasta llegar con los egipcios quienes se sabe se vieron obligados a buscar un precario sistema de acondicionamiento del aire por el clima extremo del desierto.
Los egipcios y el Acondicionamiento del Aire
El acondicionamiento del Aire fue durante aquella época una exclusividad de eruditos y gente con mucho poder. Historiadores han podido exponer como es que esta civilización fue pionera en la climatización. Se dice que uno de sus métodos consistía en retirar grandes bloques de la construcción para llevarlos al exterior durante la helada noche para su enfriamiento e incorporarlos nuevamente antes del amanecer para así poder dar ese efecto de frescura a medio día pero como es de imaginarse eso no era suficiente por ello otro método consistía en poner a los esclavos a humedecer cortinas que se ubicaban en puntos estratégicos de ventilación de ese modo al circular el aire a través de ellas su temperatura descendía.
El Aire Acondicionado a finales del siglo XIX
El Doctor John Gorrie es recordado por haber ideado el enfriamiento mecánico. La investigación médica de John Gorrie se centró en el estudio de enfermedades tropicales, como la malaria. En aquel momento la teoría de que el aire malo era el causante de las enfermedades era una de la hipótesis predominante y, basándose en ella, instó al drenado los pantanos y abogó por el enfriamiento de las salas de enfermos. Para esto enfrió habitaciones con hielo depositado en un cuenco suspendida del techo. El gran desafío en aquel momento fue traer el hielo de lagos congelados del norte, razón por la que Gorrie comenzó a experimentar la fabricación de hielo artificial.
El 6 de mayo de 1851, Gorrie obtuvo el patente n.º 8080 para una máquina que contaba con un compresor de aire impulsado por un caballo que congelaba el agua. Aquí nació el concepto de Aire Acondicionado.
Willis Haviland Carrier, Padre del Aire Acondicionado
Willis Haviland Carrier fue un ingeniero e inventor estadounidense, y es conocido como el hombre que inventó el aire acondicionador. En 1902, a los 25 años, Carrier diseño la primera unidad eléctrica de aire acondicionado con mangueras de enfriamiento y filtros de aire, un sistema para controlar el calor y la humedad, primero uso agua fría como refrigerante poco después instalo un compresor de amoniaco en su máquina. El patento la invención y así nació la corporación Carrier en 1915.
Es de destacar que las unidades de aire acondicionado actuales funcionan con los principios de la invención de Carrier.
Cómo funciona un aire acondicionado: ciclo de refrigeración, partes y explicación sencilla
Cuando encendemos el aire acondicionado y pocos minutos después sentimos una habitación más fresca, puede parecer que el equipo está “fabricando frío”. En realidad, un aire acondicionado no crea frío: extrae calor del interior y lo transporta hacia el exterior.
Para conseguirlo utiliza un circuito cerrado por el que circula refrigerante y cuatro elementos fundamentales: evaporador, compresor, condensador y dispositivo de expansión.
Este principio se utiliza en muchos sistemas de climatización, desde un aire acondicionado minisplit hasta equipos split, sistemas centrales y otras soluciones de mayor capacidad. La tecnología, controles y diseño pueden cambiar considerablemente entre unos y otros, pero el principio básico del ciclo de refrigeración es muy parecido.
En esta guía de Aire y Climas ULL® explicaremos cómo funciona un aire acondicionado paso a paso, qué hace cada uno de sus componentes, cómo enfría una habitación, qué ocurre con el calor que retira del ambiente y por qué conceptos como refrigerante, sobrecalentamiento y subenfriamiento son importantes para los técnicos de climatización.
¿Qué hace realmente un aire acondicionado?
La forma más sencilla de entenderlo es pensar en el aire acondicionado como una máquina que transporta calor.
La unidad interior toma aire de la habitación y lo hace pasar por un intercambiador de calor llamado evaporador. En ese punto, el refrigerante que circula dentro del sistema absorbe parte de la energía térmica del aire.
El aire, ahora con menos calor, vuelve a la habitación mediante el ventilador de la unidad interior.
Mientras tanto, el refrigerante transporta esa energía hasta la unidad exterior, donde el sistema la libera al ambiente.
Por eso, cuando un minisplit está trabajando en modo frío, el aire que sale de la unidad exterior se siente caliente: una buena parte de ese calor proviene precisamente del espacio que estamos climatizando, además de la energía añadida por el trabajo del compresor.
¿Cómo funciona un aire acondicionado paso a paso?
El proceso puede resumirse en cuatro etapas que se repiten continuamente mientras el sistema necesita enfriar.
1. Evaporación: el refrigerante absorbe calor. En la unidad interior, el refrigerante circula por el evaporador a baja presión y baja temperatura. El ventilador hace pasar el aire de la habitación a través del serpentín. El refrigerante absorbe calor y se evapora, mientras el aire pierde temperatura antes de regresar al espacio.
2. Compresión: aumenta la presión y temperatura del refrigerante. El refrigerante en estado de vapor llega al compresor. Allí se comprime, aumentando considerablemente su presión y temperatura para poder continuar hacia el condensador.
3. Condensación: el calor se libera al exterior. El refrigerante caliente y a alta presión circula por el condensador de la unidad exterior. Un ventilador mueve aire sobre el serpentín y facilita la transferencia de calor hacia el ambiente. A medida que pierde energía, el refrigerante se condensa y pasa hacia el estado líquido.
4. Expansión: disminuyen la presión y la temperatura. Antes de regresar al evaporador, el refrigerante atraviesa un dispositivo de expansión. La reducción de presión permite que su temperatura de saturación disminuya y parte del líquido se convierta instantáneamente en vapor. La mezcla resultante entra nuevamente al evaporador y el ciclo comienza otra vez.
Este proceso ocurre continuamente mientras exista demanda de enfriamiento.
¿Cómo enfría un aire acondicionado una habitación?
La clave está en el evaporador de la unidad interior.
Cuando el ventilador mueve el aire de la habitación a través del serpentín frío, se produce una transferencia de energía: el calor pasa del aire hacia el refrigerante.
Después, el equipo devuelve ese aire a la habitación a una temperatura menor.
Conforme el proceso se repite, va disminuyendo la temperatura del espacio hasta acercarse al valor seleccionado en el control o termostato.
Esto también explica por qué la capacidad del aire acondicionado es tan importante. Un equipo debe tener una capacidad compatible con la carga térmica real del lugar, considerando factores como dimensiones, altura, exposición solar, ventanas, personas, equipos que generan calor y condiciones climáticas.
Elegir un equipo simplemente porque “tiene muchos BTU” no necesariamente produce mejores resultados.
¿El aire acondicionado toma aire del exterior?
Esta es una duda muy común.
En un minisplit tradicional, la unidad interior normalmente recircula el aire que ya se encuentra dentro de la habitación. La unidad exterior no está enviando aire frío hacia el interior mediante las tuberías.
Lo que circula entre ambas unidades es principalmente refrigerante, además de existir conexiones eléctricas y, según la instalación, líneas de comunicación.
El aire de la unidad exterior y el aire de la habitación normalmente pertenecen a circuitos de aire independientes.
Existen sistemas de climatización y ventilación capaces de introducir aire exterior, pero esto no debe confundirse con el funcionamiento habitual de un minisplit.
¿De dónde sale el agua que tira un minisplit?
Además de disminuir la temperatura, un aire acondicionado puede retirar humedad del aire.
Cuando el aire húmedo entra en contacto con la superficie fría del evaporador y ésta se encuentra por debajo del punto de rocío, parte del vapor de agua se condensa formando pequeñas gotas.
Es un fenómeno similar al agua que aparece en la superficie exterior de un vaso con una bebida muy fría.
Esa condensación cae hacia una charola y normalmente es evacuada mediante una tubería de drenaje.
Por eso una correcta instalación debe considerar también la pendiente, trayectoria y descarga del drenaje. Una obstrucción o instalación incorrecta puede provocar escurrimientos de agua dentro del espacio.
¿Qué es el refrigerante de un aire acondicionado?
El refrigerante es el fluido que circula dentro del circuito frigorífico y que permite transportar energía térmica entre el evaporador y el condensador.
Durante el ciclo cambia sus condiciones de presión, temperatura y estado.
Es común escuchar expresiones como “el gas del aire acondicionado”, pero técnicamente el refrigerante no permanece siempre como gas: dependiendo del punto del circuito puede encontrarse como vapor, líquido o como una mezcla de ambos.
Además, el refrigerante no debería consumirse como si fuera combustible.
En un circuito correctamente instalado y hermético, el refrigerante circula repetidamente. Si un sistema presenta una carga insuficiente, es importante investigar la causa y comprobar si existe una fuga u otra condición que deba corregirse, en lugar de limitarse a agregar refrigerante periódicamente.
La manipulación del circuito frigorífico debe realizarse con herramientas, procedimientos y conocimientos adecuados.
¿Qué hace el compresor de un aire acondicionado?
El compresor suele describirse como el “corazón” del sistema porque mantiene el refrigerante circulando y crea las condiciones de presión necesarias para que el ciclo pueda realizarse.
Recibe vapor de refrigerante desde el evaporador por la línea de succión y lo comprime.
Después de la compresión, el refrigerante sale por la línea de descarga a una presión y temperatura mayores y se dirige hacia el condensador.
Sin el trabajo del compresor no sería posible mantener las diferencias de presión necesarias entre los lados de alta y baja del sistema.
¿Qué es el condensador?
El condensador es un intercambiador de calor ubicado generalmente en la unidad exterior.
Recibe refrigerante caliente y a alta presión proveniente del compresor.
El ventilador exterior hace circular aire sobre el serpentín para favorecer la transferencia de calor. Al liberar energía hacia el ambiente exterior, el refrigerante va condensándose hasta encontrarse predominantemente en estado líquido antes de dirigirse hacia el dispositivo de expansión.
Por eso la unidad condensadora necesita disponer del espacio y flujo de aire indicados por el fabricante. Bloquear su ventilación, cubrirla incorrectamente o permitir una acumulación excesiva de suciedad puede afectar la transferencia de calor.
¿Cómo funciona la válvula o dispositivo de expansión?
El dispositivo de expansión separa funcionalmente el lado de alta presión del lado de baja presión.
Dependiendo del diseño del equipo puede utilizarse una válvula de expansión electrónica, válvula termostática, tubo capilar u otro sistema de control de flujo.
Su función no consiste simplemente en “enfriar el refrigerante”.
Lo que hace es controlar el flujo y producir una importante reducción de presión antes de la entrada al evaporador. Al disminuir la presión también disminuye la temperatura de saturación del refrigerante, haciendo posible que posteriormente absorba calor dentro de la unidad interior.
¿Qué es el evaporador?
El evaporador es el intercambiador de calor que normalmente encontramos en la unidad interior cuando el aire acondicionado trabaja en modo frío.
Dentro de él, el refrigerante a baja presión absorbe energía del aire de la habitación y se evapora.
El ventilador interior obliga al aire a atravesar las aletas y tuberías del evaporador. Después de perder parte de su energía térmica, ese aire regresa al espacio a una temperatura más baja.
El evaporador también participa en el proceso de deshumidificación que genera la condensación mencionada anteriormente.
Un serpentín sucio, filtros obstruidos o un flujo de aire insuficiente pueden alterar significativamente este intercambio térmico.
¿Qué es el subenfriamiento del refrigerante?
El subenfriamiento indica cuántos grados se encuentra el refrigerante líquido por debajo de su temperatura de saturación correspondiente a la presión de condensación.
Normalmente se evalúa en la zona de líquido después de que el refrigerante se ha condensado.
Es una medición muy útil para técnicos de refrigeración y aire acondicionado porque aporta información sobre las condiciones del circuito frigorífico.
Sin embargo, un valor de subenfriamiento no debe interpretarse de manera aislada.
La carga de refrigerante, el tipo de dispositivo de expansión, las temperaturas interior y exterior, el flujo de aire y las especificaciones del fabricante influyen en las mediciones. Por eso los valores correctos deben compararse con los procedimientos y datos correspondientes al equipo que se está diagnosticando.
¿Qué es el sobrecalentamiento o superheat?
El sobrecalentamiento, conocido también como "superheat", es la diferencia entre la temperatura real del vapor de refrigerante y su temperatura de saturación correspondiente a esa presión.
Se presenta después de que el refrigerante líquido se ha evaporado completamente.
Una de sus funciones prácticas dentro del sistema es ayudar a garantizar que el refrigerante que regresa hacia el compresor se encuentre en forma de vapor y no como líquido.
Al igual que sucede con el subenfriamiento, el sobrecalentamiento es una herramienta de diagnóstico y no una cifra universal.
Los técnicos deben evaluar estas mediciones junto con presiones, temperaturas, flujo de aire, condiciones ambientales y especificaciones del fabricante.
Partes principales de un aire acondicionado y su función
Refrigerante. Es el fluido encargado de transportar energía térmica dentro del circuito frigorífico.
Compresor. Eleva la presión del vapor de refrigerante y mantiene las condiciones necesarias para su circulación por el sistema.
Línea de descarga. Conduce el refrigerante desde la descarga del compresor hacia el condensador.
Condensador. Permite liberar hacia el exterior el calor transportado por el refrigerante.
Ventilador exterior. Hace circular aire a través del condensador para favorecer el intercambio térmico.
Dispositivo de expansión. Regula el flujo de refrigerante hacia el evaporador y genera la caída de presión necesaria entre las zonas de alta y baja.
Evaporador. Permite que el refrigerante absorba calor del aire interior.
Ventilador o turbina interior. Hace circular el aire de la habitación a través del evaporador y posteriormente lo distribuye dentro del espacio.
Línea de succión. Transporta vapor de refrigerante desde el evaporador hacia el compresor.
Filtros de aire. Ayudan a retener partículas presentes en el aire antes de que éste atraviese el evaporador. Deben mantenerse limpios para no restringir innecesariamente el flujo.
Drenaje de condensados. Conduce hacia el exterior el agua generada por la condensación de humedad en el evaporador.
Algunos sistemas incorporan además filtros deshidratadores, acumuladores, receptores, sensores, válvulas adicionales y otros componentes. Su presencia y ubicación dependen del diseño desarrollado por el fabricante.
¿Cómo funciona un minisplit?
Un aire acondicionado minisplit utiliza el mismo principio de refrigeración explicado anteriormente.
Su nombre hace referencia a que el sistema se encuentra dividido principalmente entre una unidad interior o evaporadora y una unidad exterior o condensadora.
Ambas están conectadas mediante líneas de refrigerante y conexiones eléctricas.
Esta configuración permite mantener fuera de la habitación componentes como el compresor y el ventilador exterior, mientras la unidad interior se encarga de acondicionar y distribuir el aire.
Si quieres conocer con más detalle los tipos, capacidades y características de estos equipos, consulta nuestra guía ¿Qué es un minisplit y cómo funciona?
¿Cómo funciona un aire acondicionado Inverter?
Un equipo Inverter no utiliza un ciclo de refrigeración completamente diferente.
La diferencia principal se encuentra en la forma de controlar el compresor.
En un sistema tradicional de velocidad fija, el compresor trabaja generalmente mediante ciclos de encendido y apagado de acuerdo con la demanda.
En muchos sistemas Inverter, la electrónica puede variar la velocidad y capacidad del compresor para adaptarse de manera más progresiva a las necesidades térmicas del espacio.
Esto permite mantener un control más estable de la temperatura y evitar depender únicamente de ciclos completos de encendido y apagado.
La eficiencia final no depende solamente de que un equipo sea Inverter: también intervienen la capacidad seleccionada, condiciones climáticas, aislamiento, instalación, temperatura programada, hábitos de uso y mantenimiento.
Puedes profundizar en este tema en nuestra guía sobre qué es un aire acondicionado Inverter y cómo funciona.
¿Cómo puede un aire acondicionado producir calefacción?
No todos los equipos de aire acondicionado pueden calentar.
Los modelos frío/calor con bomba de calor incorporan componentes que permiten invertir el sentido funcional del ciclo.
En modo calefacción, el sistema toma energía térmica del ambiente exterior y la transfiere hacia el interior. Para lograrlo, los intercambiadores cambian sus funciones: el serpentín interior pasa a liberar calor y el exterior a absorberlo.
El principio físico sigue siendo transportar energía, pero ahora en la dirección contraria.
¿Por qué es importante una instalación profesional?
Comprender cómo funciona un aire acondicionado también ayuda a entender por qué una instalación no consiste únicamente en colgar dos unidades y conectarlas.
La ubicación de evaporadora y condensadora, diámetro y longitud de tuberías, aislamiento, conexiones, drenaje, alimentación eléctrica, pruebas de hermeticidad, preparación del circuito frigorífico y puesta en marcha pueden afectar el funcionamiento del sistema.
Una instalación realizada sin procedimientos adecuados puede reducir el rendimiento del equipo e incluso provocar fallas prematuras.
Por ello, antes de instalar un sistema de aire acondicionado conviene revisar tanto las especificaciones del fabricante como las condiciones reales del espacio.
¿Por qué es importante el mantenimiento del aire acondicionado?
Durante su funcionamiento, un aire acondicionado mueve grandes cantidades de aire.
Con el tiempo pueden acumularse polvo y suciedad en filtros, evaporadores, condensadores, turbinas y otros componentes.
Cuando el flujo de aire o el intercambio térmico se deterioran, el sistema tiene más dificultades para transportar calor correctamente.
Un mantenimiento profesional permite limpiar componentes, revisar drenajes, comprobar las condiciones generales de operación y detectar anomalías antes de que se conviertan en fallas mayores.
El mantenimiento no sustituye una reparación cuando existe un problema mecánico, eléctrico o frigorífico, pero constituye una parte importante del cuidado de cualquier sistema de climatización.
¿Por qué mi aire acondicionado prende pero no enfría?
Que el ventilador funcione no significa necesariamente que el ciclo de refrigeración esté trabajando correctamente.
Un aire acondicionado que dejó de enfriar puede presentar desde condiciones sencillas, como filtros demasiado sucios o una configuración incorrecta del control, hasta problemas relacionados con flujo de aire, sensores, compresor, electrónica, intercambio térmico o circuito de refrigerante.
También puede existir una selección de capacidad insuficiente para la carga térmica real del espacio.
Si el problema persiste, conviene realizar un diagnóstico en lugar de sustituir componentes o agregar refrigerante sin determinar primero la causa.
¿El aire acondicionado necesita recarga de gas cada año?
En condiciones normales, no debería ser necesario “recargar gas” periódicamente como parte de un mantenimiento rutinario.
Aunque el refrigerante circula dentro de un circuito cerrado diseñado para permanecer estanco, esto no significa que un sistema de aire acondicionado sea absolutamente inmune a las fugas. En los equipos tipo minisplit y otros sistemas divididos existen conexiones realizadas durante la instalación, válvulas de servicio y puntos de carga donde un pestañado (*flare*) deficiente, una unión incorrecta o el deterioro de algún componente pueden ocasionar la pérdida gradual de refrigerante.
Ver el estudio de más de 1,000 fugas reales en sistemas HVAC/R
También existen fugas mucho menos evidentes. En nuestra experiencia en campo hemos encontrado casos donde el refrigerante escapa a través de microperforaciones prácticamente imperceptibles en componentes o tuberías de aluminio. Este tipo de falla puede estar relacionado con corrosión localizada (*pitting*), deterioro de uniones o, en determinados casos, defectos microscópicos del material o de su proceso de fabricación.
Por esta razón, cuando un equipo pierde refrigerante de manera recurrente, simplemente volver a cargarlo no soluciona el problema: primero es necesario localizar el punto de fuga y determinar su causa.
Si la carga ha disminuido, lo correcto es determinar por qué ocurrió y comprobar el estado del sistema antes de realizar una recarga.
Agregar refrigerante sin diagnosticar una posible fuga puede ocultar temporalmente el problema sin solucionarlo.
¿Por qué la unidad exterior del aire acondicionado avienta aire caliente?
Porque el condensador está liberando al exterior el calor que el refrigerante transportó desde la habitación, además de la energía asociada al funcionamiento del sistema.
Ese aire caliente es, por tanto, una consecuencia normal del proceso de enfriamiento.
En pocas palabras: para enfriar el interior, el aire acondicionado necesita enviar calor hacia otro lugar.
Entonces, ¿Cómo funciona un aire acondicionado?
Después de recorrer todos sus componentes, podemos resumirlo de una forma muy sencilla:
El aire acondicionado no fabrica frío. Lo que realmente hace es sacar el calor de una habitación y llevarlo al exterior.
Para entenderlo de forma sencilla, imagine que dentro del equipo circula constantemente un líquido especial llamado refrigerante. Este refrigerante tiene la capacidad de absorber calor cuando cambia de estado.
Cuando llega al serpentín en la unidad que se encuentra dentro de la habitación, el refrigerante está preparado para evaporarse fácilmente. Para hacerlo necesita energía, y esa energía la obtiene precisamente del calor del aire que lo rodea.
Es parecido a cuando calentamos agua y necesitamos agregar calor para convertirla en vapor. En el aire acondicionado ocurre algo similar, sólo que el refrigerante puede evaporarse a temperaturas mucho más bajas y toma el calor directamente del aire de nuestra habitación.
Mientras esto ocurre, una turbina —algo parecido a un ventilador— hace pasar continuamente el aire de la habitación por el serpentín frío del equipo, arrojando esa brisa helada que nos gusta tanto los días calurosos.
El refrigerante transporta el calor hacia la unidad que se encuentra en el exterior. Allí entra en acción el compresor, que para explicación simple podemos imaginar como el “motor” encargado de mantener funcionando este recorrido y preparar al refrigerante para poder liberar el calor acumulado.
Por eso, si alguna vez se acerca a la unidad exterior de un aire acondicionado mientras está funcionando en modo frío, es muy probablemente sentirá que expulsa aire caliente.
Ese calor es, en buena medida, el mismo calor que momentos antes estaba dentro de la habitación.
Después de liberarlo, el refrigerante vuelve a prepararse para regresar al interior, absorber más calor y repetir el proceso una y otra vez.
En pocas palabras:
El aire acondicionado recoge calor dentro de la habitación, lo transporta y lo libera afuera.
No fabrica frío ni debería consumir refrigerante para producirlo.
El refrigerante simplemente circula una y otra vez dentro de un circuito cerrado.
Aunque detrás de todo esto existen principios de termodinámica, presión y transferencia de calor bastante interesantes, para entender el funcionamiento básico de un aire acondicionado basta con recordar una idea:
No crea frío; mueve calor de un lugar a otro.
Ese mismo principio se utiliza todos los días en refrigeradores, congeladores, cámaras frigoríficas y prácticamente cualquier sistema moderno de refrigeración o climatización.
Apreciable lector.
Le espero en la siguiente entrada de nuestro blog con más información de el mundo del aire Acondicionado.
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons. Copyright© ULL® México 2021
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