VÁLVULAS DE EXPANSIÓN

Las válvulas de expansión termostáticas son desarrolladas para regular la

inyección de refrigerante líquido a los evaporadores. Esta inyección de refrigerante

estará siempre regulada por un elemento termostático que está situado en la parte

superior de la válvula de expansión la cual es controlada en función del

recalentamiento del refrigerante.

Existe una gran variedad de válvulas de expansión termostáticas, ej: R-22, R 404-

A, R-717 (amoniaco). Con puerto balanceado, con carga MOP. En todas ellas el

objetivo es entregar la máxima eficiencia del evaporador con un

sobrecalentamiento adecuado.

Lo primero es analizar y conocer el funcionamiento de la válvula de expansión:

consta de un elemento termostático (1) separado del cuerpo por medio de una

membrana, el elemento termostático está en contacto con el bulbo (2) a través de

un tubo capilar, un cuerpo con un asiento y orificio (3) y un muelle o resorte.

Funcionamiento

P1:     la presión del bulbo que actúa en la parte superior de la

membrana y en dirección de apertura de la válvula.

P2:     la presión del evaporador, que influye en la parte inferior

de la membrana y en la dirección de cierre de la válvula.

P3:     la fuerza del resorte, que influye en la parte inferior de la

membrana y la única variable que es controlable por parte del

técnico.

Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del

bulbo por la parte superior de la membrana y en contra se

tendrá la presión del evaporador y la del resorte, esto con el fin de encontrar el

sobrecalentamiento más adecuado de operación.

Sobrecalentamiento

El concepto de sobrecalentamiento es el calor agregado al vapor después de la

vaporización en la válvula de expansión. Esto se puede medir en el lugar donde

está el bulbo que es la tubería de succión. La diferencia que existe entre la

temperatura del termómetro y la presión de evaporación, traducida a temperatura

que le corresponde, el resultado será el recalentamiento en el evaporador, el cual

está diseñado para operar con un rango de recalentamiento de 5° C. Para obtener

el sobrecalentamiento total basta con cambiar el termómetro hasta el final de la

tubería de succión, 30 centímetros antes del compresor, y tomar la presión de

succión a la entrada del compresor. La diferencia en temperatura será el

sobrecalentamiento total  el cual no deberá ser mayor a 15° C. Es muy importante

aclarar que estas mediciones se deberán hacer cuando ya se haya obtenido la

temperatura de cámara, si por algún motivo no se llega a la temperatura deseada

se debe revisar bien el balance térmico o probables taponamientos por suciedad

y/o humedad en el sistema de refrigeración.

El sobrecalentamiento sirve para asegurar que el refrigerante líquido será

evaporado en su totalidad en el evaporador. Pero existen situaciones donde

deberá de modificar el ajuste de sobrecalentamiento, el cual se puede hacer

cuando se tienen distancias mayores a 15mts, en esta condición se podrá

disminuir el sobrecalentamiento al girar el tornillo en contra de las manecillas del

reloj. Se recomienda no más de un giro de 360° con el fin de cuidar el compresor,

recordando que el 90% del enfriamiento de los compresores herméticos está dado

por el gas de succión. Por otro lado, si el sobrecalentamiento total es muy

reducido se tendrá que aumentar el mismo y esto se logra girando el tornillo a

favor de las manecillas del reloj. Cabe aclarar que la presencia o ausencia de

escarcha de hielo en una tubería de succión no indica o garantiza el estado físico

del refrigerante.

Válvulas con igualación de presión externa

Si se usan distribuidores de líquido, siempre deberán

emplearse válvulas de expansión con igualación de

presión externa.

El uso de distribuidores de líquido causa

generalmente una caída de presión de 14.7 psig en

el distribuidor y en los tubos de distribución.

Siempre deberán utilizarse válvulas de este tipo en instalaciones de refrigeración

con evaporadores o intercambiadores de calor de placas grandes, donde la caída

de presión será más elevada que la presión correspondiente a 2°C.

Válvulas con carga MOP

Las válvulas con Carga MOP se usan normalmente en equipos fabricados, donde

se desea una limitación de la presión de aspiración en el momento de puesta en

marcha, como por ejemplo en el sector de transporte y en instalaciones de aire

acondicionado.

Las válvulas de expansión con MOP tienen una cantidad muy reducida de carga

en el bulbo.

Esto significa que la válvula o el elemento tienen que poseer una temperatura

mayor que el bulbo. En caso contrario, la carga puede emigrar del bulbo hacia el

elemento e impedir el funcionamiento de la válvula de expansión.

Carga MOP significa una cantidad limitada de carga líquida en el bulbo. Las siglas

“MOP” significan Presión de Operación Máxima (Maximum Operation Pressure) y

es la presión de succión/evaporación más alta permitida en las tuberías de

succión/evaporación.

La carga se habrá evaporado cuando se llegue al punto MOP. Gradualmente, a

medida que la presión de aspiración aumenta, la válvula de expansión comienza a

cerrarse a aproximadamente 4/5 psig por debajo del punto MOP. Se cierra

completamente cuando la presión de aspiración es igual al punto MOP.

MOP también se llama a veces “Protección de Sobrecarga del Motor” (Motor

Overload Protection).

Cómo seleccionar la válvula de expansión

Los siguientes datos son importantes para la selección de la válvula de expansión:

•  Caída de presión a través de la válvula

•  Igualación de presión interna o externa

•  Refrigerante

•  Capacidad del evaporador

•  Presión de evaporación

•  Presión de condensación

El elemento termostático está equipado con una marca realizada a láser en la

parte superior de la membrana. El código indica el refrigerante para el que está

diseñada la válvula:

L = R410A

N = R134a

S = R404A/ R507

X = R22

Z = R407C

Esta marca indica el tipo de válvula (con número de código), rango de temperatura

de evaporación, punto MOP, refrigerante y máxima presión de funcionamiento,

PS/MWP.

Identificación

El conjunto de orificio para T2 y TE2 está marcado con el tamaño del orificio (p.ej.

06).

El número del conjunto de orificio también está indicado en la tapa del embalaje.

La válvula de expansión debe instalarse en la tubería de líquido, delante del

evaporador, y su bulbo sujeto a la tubería de aspiración lo más cerca posible del

evaporador.

En caso de que haya compensación de presión

externa, la tubería de compensación deberá

conectarse a la tubería de aspiración

inmediatamente después del bulbo.

Instalación

La mejor posición de montaje del bulbo es en una

tubería de aspiración horizontal, en una posición

entre la una y las cuatro de las agujas del reloj.

La ubicación depende del diámetro exterior de la tubería.

Nota:

El bulbo no deberá montarse nunca en la parte baja de una tubería de succión,

debido a la posibilidad de que la existencia de aceite en el fondo de la tubería

produzca señales falsas.

El bulbo debe poder medir la temperatura del vapor de succión recalentado y, por

lo tanto, no debe situarse de manera que esté sometido a fuentes extrañas de

calor/frío.

Si el bulbo está sometido a corrientes de aire caliente, se recomienda su

aislamiento.

El bulbo no debe montarse detrás de un intercambiador de calor, ya que en esta

posición dará señales falsas a la válvula de expansión.

TUBOS CAPILARES

El tubo capilar es el más simple de los controles de flujo de refrigerante, consiste

de una tubería de longitud fija, de diámetro pequeño, instalada entre el

condensador y el evaporador de un circuito frigorífico.

Debido a la gran resistencia por fricción que resulta de su longitud y diámetro y por

el efecto del estrangulamiento resultante de la formación gradual de gas en el

tubo, a medida que la presión del líquido se reduce hasta un valor menor a la

presión de saturación, el tubo capilar actúa para restringir o medir el flujo del

líquido del condensador hacia el evaporador y también para mantener la

diferencia de presión de operación.

 Para cualquier longitud y diámetro especificados la resistencia del tubo es fija

constante, de modo que la razón de flujo líquido a través del tubo en cualquier

instante de tiempo es proporcional al diferencial de presión entre el lado de baja y

el de alta.

El tubo capilar difiere de los otros tipos de control de flujo de refrigerante, en que

no cierra ni detiene el flujo del líquido hacia el evaporador durante la detención del

sistema. Cuando el compresor se detiene, se igualan las presiones en los lados de

alta y baja a través del tubo capilar abierto y el residuo líquido que se tiene en el

condensador pasa hacia el evaporador, de presión menor, donde sigue

evaporándose, en forma más lenta hasta que nuevamente se inicia el ciclo del

compresor. Por esta razón, es crítica la carga de refrigerante de sistemas que

utilicen con tubo capilar. Para todos los casos la carga de refrigerante deberá ser

la mínima necesaria para satisfacer las necesidades del evaporador y al mismo

tiempo mantener la última porción del condensador con líquido. Cualquier exceso

de carga resultará en un aumento de la presión de condensación. Sin embargo, es

más importante el hecho de que todo el exceso de líquido pase al evaporador

durante la detención del sistema, ya que al iniciarse un nuevo ciclo puede retornar

líquido hacia el compresor con la posibilidad de dañar a este importante

componente.

Además de su construcción sencilla y bajo costo, el tubo capilar tiene la ventaje

adicional de permitir ciertas simplificaciones en el sistema refrigerante, con lo cual

se puede reducir los costos de fabricación. Debido al equilibrio de presiones a

través del tubo capilar, en los lados de alta y baja presión durante el ciclo de

parada, el compresor arranca en condición de "œdescarga". Esto permite utilizar

para el compresor un motor de bajo par de arranque, el cual es de bajo costo.

Los tubos capilares deberán emplearse sólo en aquellos sistemas especialmente

diseñados para su uso. Su mejor empleo es para sistemas que tengan carga

relativamente constante como los refrigeradores domésticos y sistemas de aire

acondicionado.

En los evaporadores que usan tubos capilares deberán proporcionárseles un

depósito para la acumulación del líquido a la salida del evaporador a fin de evitar

que el líquido regrese al compresor cuando este arranque. La función del

acumulador es de retener las oleadas iniciales de líquido proveniente del

evaporador cuando arranca el compresor. El líquido se vaporiza en el acumulador

y regresa como vapor al compresor. Para facilitar el retorno de aceite al

compresor, usualmente el líquido del evaporador entra por el fondo al acumulador,

mientras que la succión al compresor se efectúa por la parte superior del mismo.

Es deseable que el tubo capilar quede adherido a la tubería de succión, en

algunos tramos, a fin de proporcionar una relación adecuada de transferencia de

calor entre ellos para tender a minimizar la formación de gas instantáneo en el

tubo capilar. Cuando esto no es posible, el tubo capilar deberá ser suficientemente

reducido para compensar la acción estranguladora del vapor en el tubo.