Las tuberías del aire acondicionado conectan los cuatro componentes principales del sistema —el compresor, el condensador, el evaporador y la válvula de expansión— para formar un sistema cerrado, dentro del cual se almacena o circula el refrigerante. Cuando el sistema de aire acondicionado está en funcionamiento, el refrigerante circula continuamente, intercambiando calor con el entorno exterior para lograr la función de refrigeración. Para garantizar que el refrigerante transfiera calor de manera fluida y eficiente, el trazado de las tuberías debe estar bien diseñado, facilitando tanto el montaje como el desmontaje, además de ser fácil de fabricar y rentable.

Tubos de aluminio, mangueras de goma y racores de tubería

Estos tres componentes se unen entre sí para conectar las distintas partes del sistema de aire acondicionado. Los tubos de aluminio y las mangueras de goma se unen mediante un proceso de engastado; sin embargo, puede haber ligeras variaciones en las dimensiones de engastado entre diferentes modelos de tubería y los fabricados por distintos fabricantes. Las vibraciones del motor pueden causar daños en las tuberías; el uso de mangueras flexibles en las tuberías que conectan los puertos de aspiración y descarga del compresor ayuda a absorber estas vibraciones, mejorar la estanqueidad del sistema y prolongar la vida útil de las tuberías. Además, algunas secciones de tubería, como la línea condensador-evaporador, pueden estar construidas completamente con tubos de aluminio. Esto se debe principalmente al mínimo movimiento relativo entre el condensador y el evaporador.

Si el diseño deja poco espacio libre entre las tuberías y los componentes circundantes, o si ya están en contacto cercano, puede considerarse el uso de fundas resistentes al desgaste, como tubos termorretráctiles, tubos corrugados o espuma. Si hay poco espacio libre entre las tuberías del aire acondicionado y el colector de escape del motor, deben tomarse medidas de aislamiento térmico, como envolver la manguera con una funda de aislamiento térmico de lámina de aluminio.

Racores de tubería y juntas tóricas

Los racores de tubería se utilizan para conectar las tuberías del aire acondicionado y los distintos componentes del sistema. Los utilizados habitualmente en la actualidad incluyen: racores de abrazadera, racores roscados y racores de conexión rápida.

La función de una junta tórica es sellar la unión de la tubería. El material utilizado actualmente para las juntas tóricas es HNBR.

Abrazadera de tubería

El propósito de las abrazaderas de tubería es fijar las tuberías del aire acondicionado a la carrocería del vehículo, evitando el movimiento relativo entre ambas y, por tanto, evitando interferencias entre las tuberías vibrantes y los componentes circundantes, así como fugas de refrigerante en las juntas.

Además de las abrazaderas metálicas para tuberías, también pueden utilizarse abrazaderas de plástico para fijar las tuberías del aire acondicionado. Actualmente, existe una gama limitada de abrazaderas de plástico utilizadas en el sistema de aire acondicionado de la plataforma S; sin embargo, en el futuro podría considerarse el desarrollo de abrazaderas de plástico teniendo en cuenta factores como nuevos proyectos y reducción de costes.

Al utilizar abrazaderas de tubería, también deben instalarse revestimientos de goma en el interior de las abrazaderas para amortiguar las vibraciones y evitar el ruido causado por el contacto directo entre el tubo de aluminio y la abrazadera.

Puerto de carga de baja presión

Su función es cargar y recuperar refrigerante, así como comprobar la presión del sistema. El puerto de carga de alta presión suele instalarse en la línea condensador-evaporador, aunque algunos se instalan en la línea compresor-condensador. El puerto de carga de baja presión se instala en la línea evaporador-compresor. La apariencia de los puertos de carga se muestra en la figura. Además, los puertos de carga deben estar equipados con tapas antipolvo. Estas suelen ser de color verde (aunque actualmente existe el requisito de cambiar este color a azul) y están fabricadas de PP.

Interruptores/sensores de presión

Un interruptor/sensor de presión es un componente de detección de presión que supervisa en tiempo real la presión interna de un sistema, protegiendo el sistema de aire acondicionado al detener el compresor en caso de presión anormal y salvaguardando así el sistema. También se utiliza para controlar la velocidad del ventilador de refrigeración. El interruptor/sensor de presión se muestra en la figura.

Silenciador

Cuando los defectos de diseño de un sistema de aire acondicionado provocan ruido en las tuberías, pueden instalarse silenciadores en la fuente identificada del ruido para eliminarlo. Los silenciadores suelen instalarse en las tuberías de baja presión, normalmente cerca de la entrada de aspiración del compresor. La ubicación exacta de instalación debe determinarse mediante pruebas. Es preferible evitar que el ruido se produzca desde el principio optimizando el sistema.

Separador gas-líquido

Cuando un sistema de aire acondicionado está dimensionado incorrectamente, lo que provoca la presencia de refrigerante líquido en la tubería de baja presión, esto puede causar golpes de líquido en el compresor; el uso de un separador gas-líquido puede proteger el compresor frente a daños. Se instala en la línea evaporador-compresor. Este componente actualmente se encuentra rara vez en vehículos modernos, ya que el problema puede evitarse mediante un dimensionamiento adecuado del sistema.

En el caso de tuberías con abrazaderas soldadas, la abrazadera se suelda al tubo después de que este haya sido doblado. La cabeza de la abrazadera se mecaniza, garantizando un control dimensional relativamente preciso. En cambio, para tuberías con abrazaderas prensadas, la abrazadera (que no tiene estructura de cabeza) se coloca primero sobre el tubo y después el tubo se prensa para fijarla firmemente a la abrazadera. El par aplicado a esta abrazadera debe cumplir los requisitos especificados. (Actualmente, el requisito de par para las abrazaderas de tubos de ￠12 y ￠16 es de 11 N·m, mientras que para tubos de ￠10 es de 6 N·m). Los extremos de los tubos se conforman posteriormente mediante una máquina de conformado de extremos de tubo, una máquina ranuradora o equipos similares. La etapa final es el proceso de doblado de tubos.

Como las tuberías están sujetas a las limitaciones de moldes y maquinaria durante la fabricación, debemos tener en cuenta los siguientes puntos al preparar los datos de las tuberías.

① Los radios de curvatura de los tubos de aluminio son R15/20 (￠10), R20 (￠12) y R25 (￠16). Generalmente equivalen a 1,5 veces el diámetro exterior del tubo.

② La longitud de la sección recta más corta de la línea central de la tubería debe ser superior a 20 mm. Esta longitud está limitada principalmente por dos factores:

1) Limitaciones de espesor de las matrices de doblado de tubos.

2) Si el tubo es demasiado corto, puede entrar en contacto con la dobladora de tubos durante el doblado, provocando daños o deformaciones.

③ La distancia mínima L entre el punto de corte y el tubo engastado a lo largo de la línea central del tubo de aluminio debe ser superior a 16 mm; no debe haber otros componentes en la dirección del tubo engastado que puedan interferir con el proceso de engastado.

④ La longitud de la sección recta más corta en el extremo abocardado es de 20 mm. Este valor varía ligeramente según el diámetro del tubo. Los valores anteriores también deben determinarse teniendo en cuenta el recorrido de las tuberías.

El diagrama que muestra la relación entre los parámetros de doblado de tubos es el siguiente:

Los interruptores de presión se clasifican como de tres posiciones o de dos posiciones; a continuación se analiza el principio de funcionamiento de un interruptor de presión de tres posiciones.

1) Cuando la presión del refrigerante es ≤ 0,12 ± 0,02 MPa, como la fuerza elástica del diafragma, el muelle de disco y el muelle superior supera la presión del refrigerante, los contactos de alta y baja presión se abren (OFF), haciendo que el compresor se detenga y proporcionando protección contra baja presión.

2) Cuando la presión del refrigerante alcanza 0,24 MPa o más —una presión superior a la fuerza del muelle del interruptor—, el muelle se desvía, haciendo que los contactos de alta y baja presión se cierren (ON), y el compresor funciona normalmente.

3) Cuando la presión del refrigerante alcanza 3,2 MPa o más, supera la fuerza elástica del diafragma y del muelle de disco; el muelle de disco invierte su dirección para desconectar los contactos de alta y baja presión, haciendo que el compresor se detenga y proporcionando protección contra alta presión.

4) Interruptor de presión media. Cuando la presión del refrigerante supera 1,6 MPa, la presión vence la fuerza del resorte del diafragma, haciendo que el diafragma se invierta y empuje el eje hacia arriba, cerrando así el contacto de cambio de velocidad del ventilador del condensador (o ventilador del radiador). Entonces, el ventilador funciona a alta velocidad, proporcionando protección de presión media. Cuando la presión desciende a 1,25 MPa, el diafragma vuelve a su posición original, el eje se desplaza hacia abajo, los contactos se abren y el ventilador del condensador funciona a baja velocidad.

Disposición de las tuberías del sistema de aire acondicionado

Las tuberías del aire acondicionado sirven para transportar refrigerante dentro de un sistema de aire acondicionado; por lo tanto, una disposición bien diseñada de las tuberías del aire acondicionado debe incorporar los siguientes puntos:

① Las tuberías son altamente fiables, garantizando que no haya fugas de refrigerante.

② No afecta al rendimiento de refrigeración del sistema de aire acondicionado, manteniendo el aumento de temperatura del refrigerante, la caída de presión y la tasa de retorno de aceite del compresor dentro de límites adecuados.

③ Cumple los requisitos de NVH sin introducir vibraciones o ruidos adicionales.

④ Cumple los requisitos de montaje final y mantenimiento posventa.

⑤ Optimización de costes.

⑥ La apariencia general debe ser lo más estética posible.

A continuación, analizaremos cada una de estas características en detalle desde la perspectiva de la disposición de las tuberías.

Fiabilidad de las tuberías

Basándonos en los modos de fallo observados en las tuberías de modelos anteriores, hemos identificado de forma general varias causas principales de daños en las tuberías:

① Los tubos de aluminio o las mangueras de goma se desgastan por el contacto con componentes circundantes

② Los tubos de aluminio o las mangueras de goma se rompen como resultado de las vibraciones del motor

③ Daños causados por un calor excesivo en la conexión de la manguera

1) Para evitar que las tuberías se desgasten por los componentes circundantes, debe dejarse una holgura razonable al realizar el tendido de las tuberías. Como un vehículo de motor es una máquina en movimiento durante su uso, esta holgura debe tener en cuenta tanto las distancias estáticas como las dinámicas. La holgura estática se refiere al espacio entre dos objetos con vibración mínima (ya que prácticamente todos los componentes vibran mientras el vehículo está en movimiento), como entre los faros y las tuberías del condensador-evaporador, o entre la carrocería y las tuberías del condensador-evaporador; se recomienda mantener esta holgura en 15 mm o más. Si la holgura es demasiado pequeña o nula y no se puede evitar el recorrido, las tuberías cercanas deben envolverse con espuma, tubo termorretráctil o tubo corrugado.

Como el motor vibra durante su funcionamiento, deben tenerse en cuenta las holguras dinámicas para las dos tuberías conectadas al compresor. Por ejemplo, la holgura entre las mangueras de entrada y salida del compresor y el ventilador y la correa de transmisión. Si la holgura es demasiado pequeña, la vibración hacia delante del motor puede hacer que las mangueras del aire acondicionado interfieran con otros componentes; por consiguiente, los requisitos de holgura dinámica son más estrictos que los de holgura estática y generalmente se especifican como 20 mm o más. Como el motor tiende a vibrar principalmente en dirección longitudinal respecto al vehículo, las mangueras conectadas al compresor deberían idealmente colocarse perpendicularmente al plano XZ.

Al realizar el tendido de las tuberías, manténgalas lo más alejadas posible de los componentes de alta temperatura (tubos de escape) del compartimento delantero, conservando una distancia de al menos 100 mm. Si realmente es imposible cumplir este requisito, la distancia mínima debe ser superior a 40 mm y la superficie debe envolverse con lámina de aluminio aislante térmica.

Vibración y ruido de las tuberías

La vibración de las tuberías del aire acondicionado se debe principalmente a los siguientes factores:

Métodos de fijación de las tuberías y componentes asociados;

Selección de tipos de mangueras para las tuberías;

Ruido generado por la disposición de las tuberías.

Estas tres características se analizarán a continuación:

Los soportes de las tuberías deben estar equipados con juntas de goma para evitar conexiones rígidas. Si se utilizan abrazaderas de plástico para tuberías, también se recomienda utilizar juntas.

Se pueden seleccionar mangueras totalmente de goma para las tuberías de baja presión; al ser relativamente flexibles, pueden absorber eficazmente las vibraciones y reducir el ruido en las tuberías.

Para minimizar el ruido generado por las tuberías del aire acondicionado, estas deben instalarse lo más cortas y rectas posible; esto también reduce la cantidad de refrigerante necesaria.

Además, se puede instalar un silenciador en las tuberías; este amortiguará y absorberá los pulsos de presión generados dentro del sistema. La ubicación del silenciador es crucial y requiere varias pruebas para determinar la posición correcta. El silenciador debe instalarse lo más cerca posible del extremo del compresor, y debe haber al menos 25 mm de tubería recta a cada lado del silenciador.