Dispositivo de expansión

Images of expansion valves

Introduzione

La finalidad del dispositivo de expansión es reducir rápidamente la presión del refrigerante líquido producido en la unidad condensadora del ciclo de refrigeración, lo que permite que el refrigerante se enfríe rápidamente antes de entrar en el evaporador.

Válvula de expansión termostática

La válvula de expansión termostática (VET) controla la cantidad de refrigerante líquido que se inyecta en el evaporador de un sistema. Su funcionamiento se basa en la temperatura y la presión de salida del evaporador (recalentamiento).

VET con igualación de presión interna

La VET se esfuerza por mantener un nivel estable de recalentamiento dentro del evaporador en todas las condiciones ajustando el flujo másico de refrigerante en respuesta a la carga del evaporador, lo que se consigue mediante una membrana situada en el interior de la carcasa de la válvula, que compara la temperatura antes y después del evaporador. La válvula de expansión termostática está conectada mediante un capilar a un elemento termostático, que actúa como sensor de temperatura. La diferencia de presión entre la entrada del evaporador y el interior del elemento termostático se equilibra mediante un diafragma situado en el interior del cabezal de la válvula. Este tipo de válvula TEV no tiene en cuenta las pérdidas de presión en el evaporador, y la presión que equilibra el diafragma es la presión detrás de la boquilla de la válvula (a la entrada del evaporador). En consecuencia, se obtiene una menor precisión en la medición del recalentamiento.

VET con compensación de presión externa

Este tipo de válvula, además de los puertos de entrada y salida para el refrigerante, contiene un puerto adicional al que se conecta una línea de ecualización (tubo capilar adicional). Se instala a la salida del evaporador, justo al lado del elemento termostático. Como resultado, el valor de recalentamiento no sólo se ve influido por la temperatura medida, sino también por la presión, lo que aumenta la precisión del control. En el dibujo se muestran los componentes de una VET y un bulbo. El bulbo, que transmite la presión correspondiente del gas sobrecalentado, consiste en un recipiente metálico hueco lleno de un fluido refrigerante. Un tubo capilar conecta el bulbo a la carcasa de la válvula. El bulbo se instala en contacto directo con la tubería de aspiración, en la salida del evaporador.

Si el recalentamiento aumenta, la presión dentro del bulbo se incrementará, porque se evapora más refrigerante dentro del bulbo. El aumento de presión se transmite a través del tubo capilar y deprime la membrana del interior del cabezal de la VET.

Lo que mueve la aguja, abriendo el orificio de la válvula y aumentando así el caudal másico de refrigerante. El equilibrio a través de la membrana se ajusta con un muelle que puede establecerse manualmente o adaptarse en fábrica. Cuanto más rígido sea el muelle, mayor será el nivel de recalentamiento necesario para abrir la válvula.

Válvula de expansión electrónica (VEE)

Las válvulas de expansión electrónica se utilizan sobre todo en sistemas muy grandes y sistemas con una gran demanda de regulación precisa. Distinguimos las válvulas de expansión electrónica modulantes (paso a paso), con un orificio de ajuste continuo, y las válvulas de encendido/apagado controladas electrónicamente (impulso), con una válvula solenoide que se abre y se cierra periódicamente.

Válvulas de expansión electrónica modulantes

Las válvulas de expansión electrónica modulantes se controlan mediante sensores de temperatura o presión. Las unidades condensadoras de CO2 Transcritical iCOOLTM están equipadas con este tipo de válvulas de expansión. El controlador puede programarse para corregir las diferencias de temperatura y presión en cualquier punto del sistema. Como el actuador eléctrico sólo reacciona a las señales del regulador, hay más posibilidades de conseguir un nivel de recalentamiento más bajo que con una válvula de expansión térmica. También se corrigen las diferencias de presión entre la válvula y el sensor causadas por los sistemas de distribución de refrigerante. Además, la misma válvula puede utilizarse para distintos refrigerantes tras su reprogramación. El actuador eléctrico controla el obturador para ajustar continuamente el área del orificio y permitir el paso de un caudal másico mayor o menor de refrigerante, en función de las señales del regulador.

Este tipo de válvula puede soportar grandes variaciones en las condiciones de funcionamiento; por ejemplo, cambios en la diferencia de presión y la capacidad de enfriamiento. La mayor desventaja de las válvulas electrónicas es el coste relativamente elevado y la complejidad de los componentes. La programación de la caja del regulador no es insignificante, y el rendimiento del sistema con una válvula de expansión electrónica mal ajustada podrá ser menor que con una válvula de expansión térmica.

Válvulas de expansión de encendido/apagado controladas electrónicamente

La válvula electrónica de encendido/apagado es una válvula selenoide controlada electrónicamente que funciona a la vez como válvula de expansión y como válvula solenoide. Cuando funciona como válvula de expansión, se utiliza el control de encendido/apagado. Durante un período de ciclo, normalmente de 6 segundos, la válvula se abre y se cierra una vez.

La capacidad de la válvula de expansión, y por tanto la cantidad de refrigerante que fluye a través de ella, viene determinada por la relación entre los tiempos de apertura y cierre. Un regulador controla la apertura y el cierre de la válvula para alcanzar el nivel correcto de recalentamiento. Las entradas al regulador son la temperatura y la presión a la salida del evaporador. Las entradas también podrían ser las temperaturas de entrada y salida del evaporador, como en el caso de una válvula electrónica con control continuo.

Cuando la demanda de refrigerante es elevada (altas capacidades de enfriamiento), la válvula permanece abierta durante casi los 6 segundos. Cuando la demanda es muy baja (bajas capacidades de enfriamiento), la válvula se abre sólo durante una fracción de los 6 segundos. Cuando se apaga el compresor, la válvula se cierra y funciona como una válvula solenoide.

La válvula de encendido/apagado electrónica puede funcionar satisfactoriamente incluso con grandes variaciones en las condiciones de funcionamiento, como cambios en la diferencia de presión o en la capacidad de enfriamiento. La capacidad de la válvula se ajusta simplemente cambiando la relación entre el tiempo de apertura y el de cierre, lo que permite encontrar el recalentamiento mínimo estable para una amplia gama de condiciones de funcionamiento.

Tubo capilar

Un tubo capilar es un tubo de cobre largo y enrollado con una diminuta abertura que recibe refrigerante líquido caliente a alta presión del condensador.

Esta pequeña abertura mantiene la presión alta en un lado del tubo y la presión baja en el lado opuesto. La fricción de las paredes del tubo reduce considerablemente la presión del refrigerante que circula por él.

Dado que se trata de una abertura fija, es muy importante que el sistema tenga la carga de refrigerante adecuada: el dispositivo podría romperse si hubiera una presión excesiva debido a la presencia de refrigerante adicional en el sistema.

Ventajas

  • Bajo coste de fabricación.
  • No tiene parte móvil.
  • Sin mantenimiento.
  • Durante el tiempo de parada de la unidad, como el tubo está siempre abierto, permite que se equilibren las presiones entre los lados de alta y baja presión. Así se reduce el par de arranque necesario del motor, ya que debe arrancar con la misma presión tanto en el lado de baja presión como en el de alta presión.
  • u uso resulta idóneo en sistemas equipados con compresores herméticos fraccionarios.

Desventajas

  • Durante el ciclo de parada de una unidad de refrigeración, el refrigerante líquido se dirige al evaporador debido a la diferencia de presión entre el evaporador y el condensador. El evaporador podría inundarse y el refrigerante líquido podría ir a parar al compresor y dañarlo al arrancar. Por lo tanto, la carga de refrigerante es sumamente importante en los sistemas de tubos capilares.
  • Estos sistemas no pueden controlar o regular la cantidad de refrigerante que entra en el evaporador cuando hay variaciones de temperatura durante el día o causadas por cambios estacionales o variaciones en la carga.
  • Corre un gran riesgo de obstrucción debido a su pequeña dimensión.

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