Dispositivo di laminazione

Images of expansion valves

Valvola di laminazione termostatica

La valvola di laminazione – o espansione – termostatica (TEV) controlla la quantità di refrigerante liquido iniettato nell’evaporatore di un sistema. Il suo funzionamento si basa sulla temperatura e sulla pressione di uscita dell’evaporatore (surriscaldamento).

Valvola di espansione termostatica con equalizzazione della pressione interna

La valvola di laminazione termostatica cerca di mantenere un livello stabile di surriscaldamento all’interno dell’evaporatore in tutte le condizioni, regolando il flusso di massa del refrigerante in risposta al carico dell’evaporatore. Ciò si ottiene grazie a una membrana all’interno dell’alloggiamento della valvola, che confronta la temperatura a monte e a valle dell’evaporatore. La valvola di espansione termostatica è collegata da un capillare ad un termostato, che funge da sensore di temperatura. La differenza di pressione tra l’ingresso dell’evaporatore e l’interno del termostato è bilanciata da un diaframma nella testa della valvola. Questo tipo di valvola TEV non tiene conto delle perdite di pressione nell’evaporatore e la pressione che bilancia il diaframma è quella dietro l’ugello della valvola (all’ingresso dell’evaporatore). La conseguenza di questa soluzione è una minore precisione nella misurazione del surriscaldamento.

Valvola di espansione termostatica con equalizzazione della pressione esterna

Questo tipo di valvola, oltre ai tubi di ingresso e di uscita del refrigerante, contiene un’ulteriore tubo a cui è collegato la linea di equalizzazione (tubo capillare aggiuntivo). È installata all’uscita dell’evaporatore, proprio accanto all’elemento termostatico. Di conseguenza, il valore di surriscaldamento è influenzato non solo dalla temperatura misurata, ma anche dalla pressione, il che aumenta la precisione del controllo. I componenti di una valvola di laminazione e di un bulbo termico sono illustrati nel disegno. Il bulbo, che trasmette la corrispondente pressione del gas surriscaldato, è costituito da un contenitore metallico cavo riempito con un fluido refrigerante. Un tubo capillare collega il bulbo all’alloggiamento della valvola. Il bulbo è montato a diretto contatto con il tubo di aspirazione, sull’uscita dell’evaporatore.

Se il surriscaldamento aumenta, la pressione all’interno del bulbo aumenta, perché evapora più refrigerante all’interno del bulbo. L’aumento di pressione viene trasmesso attraverso il tubo capillare e deprime la membrana all’interno della testa della valvola di laminazione.

Questo sposta l’ago, aprendo l’orifizio della valvola e aumentando così il flusso di massa del refrigerante. Il bilanciamento della membrana è regolato da una molla che può essere regolata manualmente o impostata in fabbrica. Quanto più rigida è la molla, tanto maggiore è il livello di surriscaldamento necessario per aprire la valvola.

Valvola di laminazione elettronica (EEV)

Le valvole di laminazione – o espansione -elettroniche sono utilizzate soprattutto negli impianti di grandi dimensioni e in quelli che richiedono una regolazione precisa. Si distinguono tra valvole di laminazione elettroniche modulanti (stepper), con un orifizio a regolazione continua, e valvole ON/OFF a controllo elettronico (impulsi), con un’elettrovalvola che viene aperta e chiusa periodicamente.

Valvole di laminazione elettroniche modulanti

Le valvole di laminazione elettroniche modulanti sono controllate da sensori di temperatura o pressione. Le unità di condensazione transcritical iCOOLTM CO2 sono dotate di questo tipo di valvole di espansione. Il controller può essere programmato per correggere le differenze di temperatura e pressione in qualsiasi punto del sistema. Poiché l’attuatore elettrico reagisce solo ai segnali del regolatore, vi sono maggiori possibilità di ottenere un livello di surriscaldamento inferiore rispetto a una valvola di laminazione termica. Vengono inoltre corrette le differenze di pressione tra la valvola e il sensore causate dai sistemi di distribuzione del refrigerante. Inoltre, la stessa valvola può essere utilizzata per refrigeranti diversi dopo la riprogrammazione. L’attuatore elettrico controlla l’otturatore per regolare continuamente l’area dell’orifizio in modo da consentire il passaggio di un flusso massico di refrigerante più o meno elevato, a seconda dei segnali provenienti dal regolatore.

Questo tipo di valvola è in grado di gestire ampie variazioni delle condizioni operative, ad esempio variazioni della differenza di pressione e della capacità di raffreddamento. Il principale svantaggio delle valvole elettroniche è il costo relativamente elevato e la complessità dei componenti. La programmazione della scatola del regolatore non è banale e le prestazioni del sistema con una valvola di laminazione elettronica mal regolata possono essere inferiori a quelle di una valvola di espansione termica.

Valvole di laminazione ON/OFF a controllo elettronico

La valvola elettronica ON/OFF è una valvola solenoide controllata elettronicamente che funziona sia come valvola di laminazione che come valvola solenoide. Quando funziona come valvola di laminazione, viene utilizzato il controllo ON/OFF. Durante un periodo di ciclo, in genere 6 secondi, la valvola viene aperta e chiusa una volta.

La capacità della valvola di laminazione, e quindi la quantità di refrigerante che la attraversa, è determinata dal rapporto tra i tempi di apertura e di chiusura. Un regolatore controlla l’apertura e la chiusura della valvola per raggiungere il livello corretto di surriscaldamento. Gli ingressi al regolatore sono la temperatura e la pressione all’uscita dell’evaporatore. Gli ingressi potrebbero anche essere le temperature dell’evaporatore in ingresso e in uscita, come per una valvola elettronica a controllo continuo.

Quando la richiesta di refrigerante è elevata (alte capacità di raffreddamento), la valvola rimane aperta per quasi tutti i 6 secondi. Quando la richiesta è molto bassa (basse capacità di raffreddamento), la valvola si apre solo per una frazione dei 6 secondi. Quando il compressore viene spento, la valvola si chiude e funziona come un’elettrovalvola.

La valvola elettronica ON/OFF è in grado di funzionare in modo soddisfacente anche in presenza di forti variazioni delle condizioni operative, come ad esempio le variazioni della differenza di pressione o della capacità di raffreddamento. La capacità della valvola viene regolata semplicemente modificando il rapporto tra il tempo di apertura e di chiusura. Ciò consente di trovare il surriscaldamento minimo stabile per un’ampia gamma di condizioni operative.

Tubo capillare

Il tubo capillare è un tubo di rame lungo e arrotolato con una piccola apertura che riceve il refrigerante liquido caldo ad alta pressione dal condensatore.

Questa piccola apertura mantiene l’alta pressione su un lato del tubo e la bassa pressione sul lato opposto. L’attrito delle pareti del tubo riduce significativamente la pressione del refrigerante che lo attraversa.

Trattandosi di un’apertura fissa, è molto importante che il sistema abbia la giusta carica di refrigerante: il dispositivo potrebbe rompersi in caso di pressione eccessiva dovuta a refrigerante aggiuntivo nel sistema.

Vantaggi

  • Basso costo di produzione.
  • Non ha parti mobili.
  • Non richiede manutenzione.
  • Durante il tempo di arresto dell’unità, poiché il tubo è sempre aperto, permette di bilanciare le pressioni tra i lati ad alta e bassa pressione. Ciò riduce la coppia di avviamento necessaria al motore, che deve partire con la stessa pressione sia sul lato di bassa che su quello di alta pressione.
  • È ideale per l’uso con sistemi dotati di compressori ermetici frazionati.

Svantaggi

  • Durante il ciclo di arresto di un’unità di refrigerazione, il refrigerante liquido viene convogliato verso l’evaporatore a causa della differenza di pressione tra l’evaporatore e il condensatore. L’evaporatore potrebbe allagarsi e il refrigerante liquido potrebbe raggiungere il compressore e danneggiarlo quando si avvia. Pertanto, la carica di refrigerante è molto critica nei sistemi a tubo capillare.
  • Questi sistemi non sono in grado di controllare o regolare la quantità di refrigerante che entra nell’evaporatore in caso di variazioni di temperatura durante il giorno o di variazioni stagionali o di carico.
  • Facilmente ostruibile a causa dell’apertura di piccole dimensioni.

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