Sistemas de climatización en los vehículos eléctricos

El sistema de climatización de un vehículo eléctrico es un sistema de confort, de visibilidad y de gestión del aire, además de representar una carga eléctrica auxiliar considerable. Comprender estas funciones explica por qué una bomba de calor puede ser importante en invierno, por qué el desempañado puede activar el compresor del aire acondicionado y por qué la climatización puede afectar más a un trayecto lento que al mismo recorrido realizado con rapidez.

Qué debe hacer el sistema de climatización

HVAC es la sigla inglesa de calefacción, ventilación y aire acondicionado, pero el sistema desempeña cuatro tareas prácticas:

mantener a los ocupantes dentro de un intervalo de temperatura confortable;
controlar la humedad y eliminar la condensación, la escarcha y el hielo de los cristales;
introducir, recircular y filtrar el aire;
distribuir el aire acondicionado allí donde se necesita.

Estas tareas se solapan. Al enfriar el evaporador también se elimina humedad del aire. Calentar ese aire ya seco y dirigirlo al parabrisas puede despejar el vaho más rápido que la calefacción por sí sola. Por ello, un automóvil puede hacer funcionar el compresor del aire acondicionado durante el desempañado con tiempo frío aunque esté calentando el habitáculo.

Un VE añade otra dimensión. El sistema del habitáculo toma energía eléctrica de la misma batería de alta tensión que impulsa el vehículo. La climatización del habitáculo, el acondicionamiento de la batería y la refrigeración de la electrónica de potencia son tareas de control diferentes, pero los VE modernos pueden conectarlas mediante circuitos compartidos de refrigerante o líquido de refrigeración. La arquitectura concreta determina qué fuentes de calor pueden recuperarse y adónde puede trasladarse la energía.

Cómo circulan el aire y el calor por el vehículo

En modo de refrigeración, un compresor eléctrico eleva la presión y la temperatura de un refrigerante. El intercambiador de calor exterior expulsa calor, un dispositivo de expansión reduce la presión del refrigerante y el evaporador situado dentro de la unidad HVAC absorbe calor del aire del habitáculo. La humedad se condensa sobre el evaporador frío y se evacua al exterior del vehículo.

Un ventilador impulsa el aire a través del filtro del habitáculo y de la unidad HVAC. A continuación, unas trampillas o compuertas mezclan aire caliente y frío y lo conducen hacia las salidas del salpicadero, los reposapiés, la parte trasera del habitáculo y el parabrisas. El conductor puede seleccionar aire exterior o recirculación; los sistemas automáticos modifican esa mezcla según las necesidades de temperatura, humedad, calidad del aire y visibilidad.

Los sistemas de refrigeración y bomba de calor utilizan un refrigerante y un procedimiento de mantenimiento específicos. En la Unión Europea, desde 2017 los sistemas móviles de aire acondicionado de los turismos nuevos deben emplear un refrigerante cuyo potencial de calentamiento global no supere 150. El R-1234yf está muy extendido, mientras que algunos sistemas utilizan dióxido de carbono bajo la denominación R-744. No son intercambiables y el R-744 funciona a una presión mucho mayor. La etiqueta del refrigerante bajo el capó y el manual del propietario identifican el sistema correcto.

Calefacción por resistencia y bombas de calor

Un calefactor eléctrico resistivo convierte directamente la energía eléctrica en calor. Es mecánicamente sencillo, produce calor con independencia de que haya calor útil disponible en otro lugar y tiene un coeficiente de rendimiento cercano a 1: entrega aproximadamente una unidad de calor por cada unidad de electricidad consumida.

Una bomba de calor utiliza el compresor y el circuito de refrigerante para trasladar calor al habitáculo. Puede captar energía del aire exterior y, cuando la arquitectura térmica del vehículo lo permite, de la batería, el motor, el inversor o el cargador integrado. Como el compresor traslada calor existente en lugar de generarlo todo eléctricamente, el coeficiente de rendimiento puede ser superior a 1.

Esa ventaja es condicional, no absoluta. La eficiencia de la bomba de calor varía según la temperatura ambiente, la humedad, el refrigerante, el tamaño del intercambiador, el calor residual disponible, la temperatura seleccionada en el habitáculo y la estrategia de control. La escarcha en el intercambiador exterior puede exigir un ciclo de deshielo. A temperaturas muy bajas, es posible que la bomba de calor no cubra toda la demanda del habitáculo y la batería, por lo que muchos VE la combinan con un calefactor resistivo.

Un análisis de 2024 del Departamento de Energía de Estados Unidos ilustra ese límite. En una comparación a 20°F (-6.7°C), un vehículo que combinaba bomba de calor y calefactor resistivo utilizó un 38% menos de potencia HVAC total que el vehículo de comparación dotado solo de resistencia. A 0°F (-17.8°C), la bomba de calor aportó mucho menos y la calefacción resistiva cubrió la mayor parte de la demanda. Son resultados de los vehículos y las condiciones ensayados, no una calificación de eficiencia universal para todas las bombas de calor.

Zonas, salidas de aire y control automático

Una zona climática es un área de temperatura regulable de forma independiente, no una burbuja sellada con su propio sistema completo de aire acondicionado. La mayoría de los sistemas multizona comparten compresor, evaporador, calefactor y buena parte de los conductos, y después utilizan trampillas de temperatura y control del flujo de aire para crear condiciones distintas.

Las denominaciones habituales suelen significar:

una zona: una temperatura de consigna para todo el habitáculo;
dos zonas: consignas separadas para las partes delantera izquierda y derecha;
tres zonas: dos zonas delanteras y un ajuste trasero;
cuatro zonas: ajustes separados a izquierda y derecha tanto delante como detrás.

La implementación varía. Un mando de temperatura trasero no demuestra por sí solo que todas las filas traseras tengan salidas dedicadas, y la presencia de salidas traseras no significa necesariamente que la parte posterior sea una zona independiente. Los habitáculos grandes también necesitan caudal suficiente para alcanzar la tercera fila, algo que el número de zonas no revela.

La climatización automática utiliza datos de sensores para ajustar la velocidad del compresor, las válvulas, la velocidad del ventilador, la recirculación y la distribución del aire. Según el vehículo, las entradas pueden incluir la temperatura interior y exterior, la radiación solar, la humedad, la temperatura del parabrisas, la ocupación de los asientos y los contaminantes medidos. La temperatura mostrada es un objetivo del sistema de control, no la temperatura del aire que sale por una rejilla.

Ubicación y ajuste de las salidas de aire

La salida visible es solo el último elemento del recorrido del aire. Dentro de la unidad HVAC, las compuertas de distribución situadas aguas arriba deciden si el aire se dirige al parabrisas, a las salidas a la altura de la cara o a los reposapiés, mientras que las compuertas de mezcla regulan cuánto aire atraviesa las secciones de calefacción y refrigeración. La salida que el ocupante puede ver y tocar determina después la dirección, la dispersión y la velocidad finales. Que una compuerta de mezcla o distribución sea automática no significa necesariamente que la salida visible esté motorizada.

La ubicación de las salidas responde a varias funciones:

las salidas del parabrisas recorren la base del cristal y distribuyen aire por el parabrisas para desempañarlo y deshelarlo;
las salidas de desempañado de las ventanillas laterales se sitúan cerca de los extremos del salpicadero o de los pilares A y dirigen aire hacia los cristales laterales delanteros;
las salidas del salpicadero orientan aire a la altura de la cara hacia los ocupantes delanteros y suelen dividirse entre posiciones centrales y laterales;
las salidas de los reposapiés suministran aire caliente en la parte baja del habitáculo y ayudan a establecer una convección natural ascendente;
las salidas de la consola trasera ofrecen un trayecto más corto hasta los pasajeros de la segunda fila que las rejillas delanteras;
las salidas bajo los asientos pueden llevar aire hacia los reposapiés traseros, pero el equipaje, las alfombrillas o la posición del asiento pueden reducir su eficacia;
las salidas de los pilares B, las puertas o el techo pueden mejorar el flujo a la parte superior del cuerpo en habitáculos largos y proporcionar un suministro más directo a los pasajeros de la segunda o tercera fila.

La ubicación por sí sola no basta. Los conductos largos o estrechos aumentan la pérdida de presión; las curvas y salidas pequeñas pueden incrementar el ruido; y un chorro de alta velocidad puede enfriar deprisa, pero resultar molesto por las corrientes. Una salida adecuada para un adulto puede soplar directamente sobre una silla infantil o no alcanzar a un pasajero reclinado de la tercera fila. Por tanto, conviene saber dónde están las salidas, cuánto aire les llega, si cada una puede cerrarse y reorientarse y con cuánto ruido suministra el sistema ese aire.

Ajuste manual de las salidas

La solución tradicional utiliza lamas horizontales y verticales, una boquilla giratoria o una pequeña rueda. El ocupante mueve a mano las piezas visibles para orientar, dispersar o cerrar el flujo de aire. Esto es distinto de seleccionar la distribución hacia cara, suelo o parabrisas en el panel de climatización.

El ajuste manual es directo, táctil y fácil de entender. Normalmente conserva su posición, no necesita actuador ni orden de software y puede modificarse sin abrir un menú en pantalla. Sus limitaciones son igual de claras: el vehículo no suele poder restaurar una dirección preferida desde un perfil de usuario, apuntar automáticamente a un asiento ocupado ni mover una salida que el ocupante no alcanza. Cerrar una salida manual tampoco crea una nueva zona climática; principalmente modifica la resistencia y el caudal dentro del sistema compartido de conductos.

Ajuste electrónico e híbrido de las salidas

Una salida motorizada utiliza pequeños actuadores para cambiar la dirección o la dispersión final del aire. Puede coordinarse con la climatización automática, la ocupación de los asientos y los perfiles guardados, y permite diseños ocultos o sin lamas. La implementación del Porsche Taycan, por ejemplo, controla electrónicamente las salidas y ofrece ajustes de flujo concentrado, difuso e individual. El Tesla Model 3 utiliza ondas de aire en la pantalla táctil para dirigir una salida a la altura de la cara y permite dividir un flujo indicado en dos, aunque advierte que cada flujo dividido es más débil que uno único.

El control electrónico puede hacer posibles perfiles repetibles y la orientación automática hacia los ocupantes, pero añade actuadores, cableado, calibración y software. También puede introducir latencia en la respuesta y nuevos modos de fallo. Una representación en pantalla táctil puede mostrar el ajuste previsto sin que el flujo físico resulte evidente de inmediato, y modificarlo durante la conducción puede exigir más atención visual que mover una lama conocida.

Ambos enfoques no son excluyentes. El Volvo EX90, por ejemplo, abre y cierra determinadas salidas desde la pantalla central, pero utiliza mandos físicos para reorientar el aire. Este sistema híbrido separa la función de cierre controlada por software del control táctil de dirección.

En cualquier diseño, la facilidad de uso importa más que si el mecanismo se comercializa como manual o digital. El estado del control debe ser comprensible, los ajustes habituales deben resultar cómodos durante la conducción y el desempañado esencial del parabrisas no debe depender de orientar con precisión una salida a la altura de la cara.

Calidad del aire, recirculación y cristales despejados

Los filtros del habitáculo difieren considerablemente. Un filtro básico de partículas puede retener polvo y polen; las capas de carbón activo pueden reducir algunos gases y olores; y los sistemas de alta eficiencia pueden eliminar partículas más pequeñas con mayor eficacia. Una denominación comercial como «HEPA» solo resulta útil si el fabricante indica la clase de filtro ensayada, el tamaño de partícula y el modo de funcionamiento.

La recirculación reduce la cantidad de aire exterior que entra en el habitáculo. Puede disminuir la carga de calefacción o refrigeración y, junto con una filtración eficaz, reducir la exposición al humo y las partículas del exterior. También retiene la humedad y el dióxido de carbono que producen los ocupantes. Por ello, las recomendaciones de 2026 de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos sobre humo de incendios forestales aconsejan la recirculación para reducir la exposición al humo, pero advierten de que el dióxido de carbono puede acumularse durante una recirculación prolongada en un vehículo cerrado y ocupado. Los sistemas automáticos pueden admitir periódicamente aire exterior para equilibrar estas necesidades.

La visibilidad prima sobre un pequeño ahorro energético. El modo de desempañado máximo suele seleccionar las salidas del parabrisas, una velocidad alta del ventilador, calor, deshumidificación y al menos algo de aire exterior. Los parabrisas y lunetas traseras con calefacción eléctrica pueden añadir calentamiento directo del cristal. Cuando los cristales se empañen, el conductor debe utilizar la función de desempañado del vehículo en vez de forzar la recirculación.

Calentar al ocupante en lugar de todo el habitáculo

Los asientos, volantes, reposabrazos, paneles y otras superficies de contacto o radiantes pueden proporcionar confort antes de que se hayan calentado todo el aire del habitáculo y los materiales interiores. Esto permite que el sistema HVAC principal utilice un caudal o una temperatura menores. Las pruebas de NREL han mostrado que combinar un flujo zonal con calefactores locales puede reducir la energía destinada a calentar el habitáculo manteniendo el confort medido de los ocupantes, aunque el resultado depende del vehículo y del ciclo de ensayo.

El Lexus RZ es un ejemplo de producción: los paneles radiantes disponibles calientan al conductor y al acompañante alrededor de la parte inferior de las piernas. Estos paneles complementan el sistema de climatización; no sustituyen el flujo de aire necesario para gestionar la humedad y mantener los cristales despejados.

La ventilación de los asientos también exige una formulación cuidadosa. Muchos asientos ventilados utilizan ventiladores para hacer circular el aire del habitáculo a través del asiento y no lo refrigeran. Un asiento verdaderamente refrigerado puede utilizar elementos termoeléctricos o aire suministrado por el sistema de climatización.

ZF ha presentado un cinturón de seguridad calefactado con conductores tejidos en la cinta. El proveedor lo propone como una forma de calentar directamente la parte superior del cuerpo y reducir la demanda del calefactor principal del habitáculo cuando se combina con asientos y volante calefactados. Se trata de una tecnología desarrollada por un proveedor, no de una prueba de que un VE de producción concreto incluya la función.

Por qué es fácil interpretar mal la pérdida de autonomía debida a la climatización

La energía de tracción suele expresarse por distancia, por ejemplo en kWh/100 km. La climatización es principalmente una carga de potencia a lo largo del tiempo:

energía de climatización (kWh) = potencia media de climatización (kW) × tiempo de funcionamiento (horas)

Esta diferencia hace que la velocidad y la duración del trayecto sean importantes. Pensemos en un automóvil deliberadamente simplificado que consume 18 kWh/100 km en tracción mientras el sistema de climatización registra una media de 2 kW:

A una media de 50 km/h, recorrer 100 km lleva dos horas. La climatización consume 4 kWh y eleva la energía total a 22 kWh. Con una batería fija, la autonomía teórica es un 18.2% inferior a la obtenida sin la carga de climatización.
A una media de 100 km/h, la misma distancia requiere una hora. La climatización consume 2 kWh y eleva la energía total a 20 kWh. La reducción teórica de autonomía es del 10%.

El ejemplo mantiene constantes el consumo de tracción y la potencia de climatización únicamente para mostrar el efecto del tiempo. Un vehículo real suele consumir más energía de tracción a alta velocidad, y la potencia HVAC no es constante: a menudo alcanza su máximo durante el calentamiento o enfriamiento inicial y después desciende a medida que el habitáculo se aproxima al objetivo. La radiación solar, la humedad, el viento, la superficie acristalada, el aislamiento, el número de ocupantes, la apertura de puertas y la demanda de acondicionamiento de la batería modifican el resultado.

Por eso, una afirmación aislada de que la climatización «cuesta un 20% de autonomía» está incompleta. La respuesta debe especificar el vehículo, las temperaturas ambiente e interior, la duración del viaje, la velocidad media, las temperaturas iniciales, el ciclo de ensayo y si la batería y el habitáculo estaban preacondicionados.

Preacondicionamiento y uso eficiente

El preacondicionamiento calienta o enfría el habitáculo antes de salir. Cuando el vehículo está conectado, parte o toda esa energía puede proceder del cargador en lugar de la energía almacenada en la batería. También reduce la elevada carga inicial del habitáculo después de iniciar la marcha. En el análisis del DOE, el preacondicionamiento redujo un 9–20% el uso de energía de la batería en un ciclo urbano reglamentario de 7.5 millas (12 km) a 20°F (-6.7°C). El resultado corresponde específicamente a esa breve prueba con frío, pero demuestra por qué programar la salida resulta más valioso antes de trayectos cortos.

El preacondicionamiento del habitáculo y el de la batería no deben tratarse como sinónimos. Un vehículo puede calentar el habitáculo sin preparar la batería para la carga rápida, o calentar la batería para una parada de carga rápida sin producir un cambio visible en el habitáculo. El manual del propietario debe indicar qué hace realmente una salida programada, una orden remota de climatización o una orden vinculada a una ruta hacia un cargador.

Entre las formas prácticas de reducir la energía de climatización sin comprometer la visibilidad se encuentran:

preacondicionar mientras el vehículo está conectado, si lo admite;
utilizar la climatización automática y una temperatura moderada en vez de aplicar repetidamente la máxima calefacción o refrigeración;
usar la calefacción de asientos y volante para alcanzar antes el confort;
activar modos por ocupante o por zonas cuando las áreas no utilizadas puedan acondicionarse menos;
sustituir el filtro del habitáculo dentro de su intervalo de mantenimiento y mantener las entradas de aire libres de nieve y residuos;
utilizar sombra y preenfriamiento del habitáculo para reducir la carga térmica inicial en verano.

Climatización estacionaria y modos para mascotas

Un modo para mascotas —denominado Pet Mode por Tesla y Pet Comfort por Rivian— es un estado estacionado controlado que mantiene funcionando la climatización del habitáculo después de que el conductor se marche. Se diferencia del preacondicionamiento remoto, que prepara el vehículo para una salida futura y puede detenerse tras un temporizador breve. Un modo específico para mascotas está pensado para una parada corta sin supervisión, normalmente mantiene el vehículo cerrado e informa a las personas que están fuera de que la climatización activa conserva la temperatura del habitáculo.

El manual actual del Model 3 de Tesla señala que Pet Mode exige que el propietario permanezca cerca y supervise el habitáculo de forma activa y frecuente mediante la aplicación móvil. Tanto el teléfono como el vehículo necesitan conectividad celular. La pantalla central muestra la temperatura del habitáculo, se desactivan las ventanillas, se bloquean las actualizaciones de software y la aplicación advierte de un cambio importante de temperatura, un fallo del sistema de climatización o su apagado. Pet Mode se detiene cuando la batería baja del 20%.

Pet Comfort de Rivian ilustra otra implementación. Solo puede activarse en Park con más de 50 millas (80 km) de autonomía indicada. Desactiva el sensor de movimiento del habitáculo, bloquea las actualizaciones inalámbricas, muestra las temperaturas actual y objetivo en la pantalla central y utiliza la aplicación para informar del estado y de los fallos.

Estos ejemplos muestran por qué un modo para mascotas fiable es más que dejar encendido el aire acondicionado. Debe coordinar la batería de alta tensión, las alimentaciones de baja tensión, el controlador de climatización, las cerraduras y ventanillas, la alarma interior, la pantalla, la conectividad, las notificaciones y el estado de las actualizaciones de software. También necesita respuestas definidas para un nivel bajo de energía, un fallo del sensor o del compresor, la pérdida de conectividad, la apertura de una puerta y unas temperaturas que se alejen del intervalo previsto.

Por qué un fabricante puede no ofrecer un modo para mascotas

Los fabricantes rara vez publican el motivo por el que omiten un modo para mascotas, por lo que sería engañoso atribuir la misma motivación a todas las marcas. No obstante, comparar las implementaciones oficiales anteriores con los sistemas ordinarios de climatización remota pone de manifiesto varias consideraciones de producto e ingeniería:

La gestión de fallos tiene consecuencias inusuales. La función se utiliza precisamente cuando un animal está solo y no puede salir del habitáculo. Una temperatura de consigna sin detección de fallos, reservas de energía ni una estrategia clara de apagado puede generar una falsa sensación de seguridad.
Abarca varios sistemas del vehículo. La climatización por sí sola no basta; el vehículo debe definir el comportamiento de la alarma, las puertas y ventanillas, los mensajes de la pantalla, los umbrales de batería, la supervisión de la aplicación y los conflictos con las actualizaciones de software.
Es difícil garantizar la duración y la energía. La carga solar, la temperatura ambiente, la carga de la batería, el estado del sistema térmico y la cobertura celular cambian durante la parada. El fabricante debe decidir cuándo puede iniciarse el modo, cuándo debe avisar y cuándo debe detenerse.
Las recomendaciones sobre bienestar animal y las normas locales varían. Tesla indica expresamente a los propietarios que consulten la legislación local y mantiene la responsabilidad en ellos. La Autoridad Noruega de Seguridad Alimentaria advierte de que los vehículos estacionados pueden calentarse rápidamente, incluso con tiempo nublado, y de que el aumento de la humedad dificulta que un perro jadeante se refresque.
La validación y la asistencia se extienden a acabados y mercados. El hardware, los sensores, los servicios del módem, la disponibilidad de la aplicación y el texto legal pueden variar según el vehículo y el país. Por tanto, mantener una función de seguridad para mascotas con nombre propio requiere más validación y soporte de software a largo plazo que un temporizador de climatización genérico.

Algunos fabricantes ofrecen en su lugar climatización remota con límites. Ford, por ejemplo, documenta duraciones de arranque remoto de cinco, diez o quince minutos, con un límite de extensión de 35 minutos en los vehículos compatibles. Un temporizador limita el uso de energía y el estado de funcionamiento sin supervisión, pero no es un modo para mascotas: por sí solo no promete un funcionamiento continuo, supervisión específica del animal, un mensaje visible desde el exterior ni una respuesta segura si se detiene la climatización.

Estos factores explican por qué un fabricante puede decidir que un preacondicionamiento con tiempo limitado sea un producto mejor definido que un modo para mascotas con nombre propio. Se trata de una inferencia de ingeniería basada en pruebas a partir de los requisitos documentados de los sistemas, no de una explicación pública emitida colectivamente por los fabricantes que no ofrecen la función.

Ningún modo para mascotas elimina el riesgo de dejar solo a un animal. El propietario debe conocer el umbral exacto de batería, el tiempo límite, la vía de aviso y los requisitos de conectividad; permanecer lo bastante cerca para volver de inmediato; y seguir las recomendaciones locales sobre bienestar animal. Los modos para mascotas nunca están destinados a niños sin supervisión.

Qué deben comprobar los compradores

La presencia de una bomba de calor es solo la primera cuestión. Los compradores de climas fríos deben comprobar si es de serie u opcional en el acabado y mercado exactos, qué calefactor de respaldo incorpora y cómo rinde el vehículo en pruebas independientes a baja temperatura. También deben verificar:

el preacondicionamiento remoto y programado, incluido lo que ocurre mientras está enchufado;
la climatización estacionaria o el modo para mascotas, incluidos su umbral de batería, tiempo límite, avisos y requisitos de conectividad;
la ubicación real de las salidas para cada fila de asientos, no solo el número de zonas anunciado;
si cada salida puede cerrarse y reorientarse de forma independiente;
si la dirección de las salidas es manual, motorizada o híbrida y lo fácil que resulta ajustarla al conducir;
si los ajustes electrónicos de las salidas se conservan tras reiniciar o siguen el perfil de usuario activo;
el caudal, el ruido y las corrientes en la segunda y tercera filas, también alrededor de cualquier silla infantil;
los asientos, el volante, el parabrisas y otros equipos de calefacción local;
la especificación del filtro del habitáculo, su coste de sustitución y los modos de calidad del aire;
la rapidez con que el sistema elimina el vaho durante una prueba de conducción con humedad;
si las funciones esenciales de climatización siguen siendo fáciles de manejar durante la conducción.

Un sistema de climatización bien diseñado no es simplemente el que tiene más zonas o la mayor potencia térmica máxima. Mantiene los cristales despejados, a los ocupantes cómodos y el aire del habitáculo suficientemente limpio, a la vez que utiliza con inteligencia los recursos térmicos del vehículo en las condiciones en las que realmente se conducirá.