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ELEMENTO DE EXPANSIÓN
La misión de los elementos de expansión es la de controlar el paso de refrigerante y crear burbujas de liquido para que puedan se rposteriormente evaporadas, esta es la parte que separa la zona de presión de alta con la de baja.
Tubos capilares
Los tubos capilares se utilizan habitualmente como elementos de expansión en pequeñas instalaciones normalmente comerciales, por la facilidad de instalación, el bajo coste y su fiabilidad.
Permiten la utilización de compresores de bajo par de arranque por el buen equilibrio de presiones.
Cuando el refrigerante líquido entra dentro del tubo capilar se produce una estrangulación, (aumenta la velocidad y disminuye la presión) debido a esto parte del líquido se evapora al cambiar de presión, aproximadamente un 30%.
Cuando ponemos en marcha el compresor empezamos a regar el evaporador, se evapora y va avanzando hacia el compresor, se suele colocar un termostato en la línea de aspiración antes del compresor para pararlo cuando llegue el refrigerante en estado líquido.
Al parar el compresor todo el refrigerante pasa al evaporador al no haber nada que lo impida y gracias a la diferencia de presiones.
Por esta razón no se puede utilizar recipiente en instalaciones con tubo capilar y hay que tener cuidado al dimensionar el filtro ya que este podría hacer de recipiente.
Al estar las presiones igualadas el motor arranca sin muchos esfuerzos.
Los equipos congeladores suelen llevar un separador de partículas para evitar los golpes de líquido.
El tubo está calibrado, la potencia frigorífica está en función con el diámetro y la longitud del tubo.
Ajustamos las condiciones de trabajo de los equipos con tubo capilar con la carga de refrigerante. El exceso o la ausencia de la carga de refrigerante puede ser determinante para el rendimiento del evaporador ya que la poca carga de refrigerante haría que la temperatura de evaporación sea demasiada baja y eso comporta un aprovechamiento parcial del evaporador. En cambio un exceso de carga es causa de una presión demasiado elevada y conduce a la sobrecarga del compresor pudiéndole llegar golpes de líquido.
Capilar montado junto a un evaporador
Válvulas de expansión a presión constante
La válvula de expansión a presión constante, como su nombre lo indica, mantiene una presión constante a la salida de la misma. Esta válvula sondea la presión del evaporador y cuando la misma cae por debajo del punto de control, la válvula tiende a abrir. Por el contrario cuando la presión sube por encima de este punto, la válvula cierra parcialmente.
El funcionamiento de una válvula de expansión a presión constante para una misma presión de condensación el punto de equilibrio donde la válvula de expansión alimenta tanto refrigerante al evaporador como el compresor puede bombear del mismo. Si la carga de refrigeración disminuye, también disminuye la presión de evaporación pero la válvula se resiste a esta caída abriendo. Bajo esta nueva condición el compresor se mantiene en su posición inicial y la válvula también. El evaporador se sobrealimentará en esta condición de desequilibrio.
Por el contrario si la carga de refrigeración aumenta, la presión de evaporación también aumenta y la válvula reacciona cerrándose, en este punto el evaporador se subalimentada. El uso de estas válvulas está limitado a pequeños equipos que tengan cargas relativamente constantes.
Una desventaja muy grande es que no pueden ser usadas junto con un control (presóstato de baja), ya que la condición adecuada de éste último depende en sustancia del cambio de presión en el evaporador durante el ciclo; condición que no puede esperarse de las válvulas de expansión a presión constante.
Válvulas de expansión termostáticas
El dispositivo de expansión más ampliamente usado en los sistemas de refrigeración comerciales es la válvula de expansión termostática, la cual envía el flujo refrigerante al evaporador en respuesta al grado de sobrecalentamiento del vapor refrigerante que sale del mismo.
La válvula de expansión regula el caudal de líquido refrigerante a alta presión que viene del condensador y se dirige al evaporador dejando pasar más o menos refrigerante en función del recalentamiento obtenido del bulbo sea mayor o menor.
En términos generales, la válvula de expansión es un dispositivo que se usa para regular la entrada en el evaporador del agente refrigerante en su fase líquida, procedente del condensador a través de la correspondiente tubería de líquido.
El refrigerante líquido a alta presión, que procede del condensador pasa por la válvula de expansión para convertirse en líquido a baja presión. Dicha válvula es la divisoria entre las partes de alta y baja presión del sistema.
Así, tiene dos funciones distintas: Regular la velocidad de admisión de líquido en el evaporador y por otro lado controlar la proporción de área superficial interior que se encuentra en contacto con el refrigerante líquido.
La válvula termostática, posee un elemento térmico (bulbo) conectado por medio de un pequeño tubo capilar sellado.
El principio de funcionamiento de la válvula de expansión termostática radica en mantener un recalentamiento constante en el evaporador. El bulbo está lleno parcialmente con refrigerante (será el mismo que utilice el sistema) líquido y mantiene algo de líquido en todas las condiciones de temperatura y carga, además está adaptado a la línea de succión de modo que cualquier cambio de temperatura en esta línea origine el cambio correspondiente en el bulbo térmico. Bajo un aumento de carga térmica, el refrigerante hierve con mayor rapidez en el evaporador, esto ocasiona el aumento de la temperatura en el bulbo térmico debido al recalentamiento. La mayor temperatura produce una presión superior dentro del bulbo y el tubo capilar, lo que a su vez, origina la expansión del fuelle metálico y una mayor abertura de la válvula. Como resultado se admite mayor refrigerante líquido al evaporador para compensar el aumento de carga.
El recalentamiento es un fenómeno físico y juega un papel preponderante en el tema que nos ocupa. Por un lado determina la utilización de la superficie de intercambio de calor en el evaporador y por otro provee la señal para la operación de las válvulas de expansión termostáticas.
El término "termostática" induce a pensar que la válvula mantiene una temperatura constante en el evaporador, pero en realidad ocurre todo lo contrario, al variar la capacidad del sistema con un compresor de desplazamiento constante la presión del evaporador varía a la capacidad máxima, la válvula se abre completamente y la presión toma un cierto valor. Al decrecer la capacidad, la válvula se cierra y la presión decrece hasta que se establece un valor correspondiente a la combinación del compresor y la válvula.
aspecto de dos válvulas de expansión termostáticas
Válvulas de expansión de diferentes potencias
Orificio de válvula de expansión de gran potencia
Las válvulas de expansión termostática incorporan, como ya hemos citado, un elemento termostático que consta de un diafragma, capilar y el bulbo que para su colocación, hay unas normas importantes a seguir, ya que de no ser así puede ocasionarnos fallos en su funcionamiento.
El bulbo debe estar bien en contacto con la tubería de aspiración, no debe ir con cinta aislante o tiras de plástico, se debe colocar con la presilla metálica que suele acompañar el fabricante cuando la suministra.
Colocarlo en una superficie limpia y lisa, no se debe colocar sobre un codo, curva o soldadura para asegurar una buena conducción calorífica.
El bulbo tiene una hendidura que es la que se aloja sobre el tubo.
La colocación del tubo será siempre a contracorriente de la dirección del refrigerante . No colocar el bulbo en la parte baja del tubo ya que por esa parte es por donde circula el aceite que hace de capa aislante. Se debe colocar entre las 2 y las 4.
Puntos de colocación correcta del bulbo con respecto al tubo de aspiración
El tubo de compensación exterior si existe debe estar entre 10 o 15 cm después del bulbo.
Válvula de expansión termostática con compensador o igualador de presión
Esta válvula posee un igualador de presión, cuya existencia se justifica al considerar que en ciertos evaporadores, particularmente en aquellos de gran capacidad, existen pérdidas de presión. En general, este igualador de presión puede ser interior (en el mismo cuerpo de la válvula) o exterior (con conexiones fuera de la misma). En el primer caso, dicho igualador consiste en un paso en el interior de la válvula que comunica la presión de aspiración al fuelle por debajo, balanceando así la presión de trabajo de la válvula y evitando que las altas presiones que se originan en la aspiración por inundación del evaporador a la puesta en marcha, afecten la regulación de la válvula de expansión. En las válvulas con igualadores de presión exterior, esta comunicación se consigue por medio de un tubo conectado desde la cámara debajo del fuelle hasta la línea de aspiración después del punto donde hace contacto el bulbo de la válvula.
La conclusión es que se utilizara el compensador de presión con evaporadores que presenten una importante perdida de carga.
Válvula de expansión con distribuidores
Este elemento asegura una distribución del refrigerante dividido por el evaporador en varias secciones donde conseguimos un mayor rendimiento ya que reducimos las pérdidas de carga y se mantiene una temperatura de salida del evaporador más uniforme.
Para la utilización de un distribuidor con un buena alimentación de las distintas secciones del evaporador se deben seguir ciertas normas:
Utilizar válvula de expansión con igualación de presión externa.
Todas las secciones del evaporador deben tener la misma perdida de carga.
Que la carga calorífica de cada sección sea idéntica para obtener una evaporación uniforme en cada sección.
Válvulas de expansión con carga MOP
Una desventaja de las válvulas de expansión termostáticas convencionales es la de abrirse por completo y sobrealimentar al evaporador durante el arranque de los ciclos del compresor.
Esto es motivado porque la presión en el evaporador cae rápidamente cuando arranca el compresor y la presión en el bulbo permanece alta, hasta que desciende y alcanza la temperatura de operación normal.
La potencia del compresor aumenta con la temperatura del evaporador ó presión del evaporador. En los momentos de arranque después de una larga parada ó después del desescarche y especialmente cuando se trabaja con bajas temperaturas se hace necesario limitar la presión de aspiración ó en su defecto sobredimensionar el compresor para estos períodos "si bien cortos" de arranque.
Una de las formas de limitar la presión de aspiración para evitar colocar un compresor de mayor potencia es colocar una válvula de expansión termostática con carga MOP (Máxima Operación de Presión).
La válvula de expansión con carga MOP es idéntica a la de expansión termostática común e incluso tiene el bulbo cargado con el mismo tipo de fluido, lo único que varía es la cantidad de éste. La cantidad de líquido es tal que a una predeterminada temperatura este líquido se ha vaporizado y por encima de este punto el incremento de temperatura tiene muy poca influencia sobre el elemento termostático.
Válvula de expansión electrónica
Las válvulas de expansión electrónicas, éstas se pueden clasificar en varios tipos de acuerdo al tipo de construcción y funcionamiento.
Uno de estos tipos es la válvula de expansión electrónica que modula en base a pulsos de ancho variable que se consiguen mediante el control electrónico. Esta válvula es del tipo solenoide, es decir ON-OFF. Si bien ella está totalmente abierta ó totalmente cerrada, actúa como un dispositivo de regulación modulante variando el tiempo que permanece abierta ó cerrada. Por ejemplo, si la válvula cicla cada 10 segundos y es necesario un 40% del fluido la válvula estará abierta 4 segundos y cerrada 6 segundos. Si el fluido necesario fuera del 50% la válvula estará abierta 5 segundos y cerrada otros 5 segundos.
Otro tipo de válvula de expansión electrónica es la que se conoce como "HEATMOTOR VALVE"ó "THERMAL MOTOR VALVE". La operación de esta válvula es controlada por un controlador electrónico el cual en respuesta a las señales de 2 sensores S1 y S2 controla la cantidad de energía suministrada al elemento de calefacción en el actuador de la válvula. El valor requerido de recalentamiento se puede variar fácilmente por medio de una perilla en un rango que por ejemplo puede ir desde 2º C hasta 18º C. Si el grado de recalentamiento actual no es igual al requerido por la válvula, el controlador envía una señal en forma de pulsos eléctricos al elemento calefactor el cual causará la apertura ó cierre de la válvula.
Válvulas de expansión electrónicas
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