Válvula de Expansión Termostática

El fluido refrigerante en estado líquido procedente del condensador se introduce en el evaporador a través de la válvula de expansión. Esta última inyecta de forma continua refrigerante en condiciones adecuadas para que éste se mantenga permanentemente a la presión de evaporación que corresponda a la temperatura que se desee alcanzar en el interior del habitáculo que se quiere refrigerar.

Una válvula de expansión consta de un elemento termostático (1), separado del cuerpo de válvula por una membrana. El elemento termostático está en contacto con el bulbo (2) a través de un tubo capilar, un cuerpo de válvula con asiento de válvula (3) y un muelle (4)

valvula de expansionFuncionamiento de un válvula de expansión termostática

El funcionamiento está determinado por 3 presiones fundamentales:

Pl: La presión del bulbo que actúa en la parte superior de la mem¬brana y en la dirección de la apertura de la válvula.
P2: La presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la dirección del cierre de la válvula.
P3: La presión del muelle, que igualmente actúa en la parte inferior de la membrana y en la dirección del cierre de la válvula.

Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por un lado de la membrana y la presión de evaporación y del muelle por el lado opuesto de la membrana.

Se podría resumir de la siguiente manera:
Pb Ps P0

Siendo:

Pb = Presión del bulbo = P1
Ps = Presión del muelle = P3
P0 = Presión de evaporación =P2

Recalentamiento

El recalentamiento se mide en el lugar donde está situado el bulbo en la tubería de aspiración, el resultado es la diferencia entre la temperatura existente en el bulbo y la temperatura correspondiente a la presión de evaporación en el mismo lugar.

El recalentamiento se mide en °C y se emplea como señal reguladora de inyección de líquido a través de la válvula de expansión, también asegura que el compresor no le entre líquido.

valvula de expansion

Subenfriamiento

El subenfriamiento se define como la diferencia entre la temperatura del líquido y la presión del condensador/ temperatura a la entrada de la válvula de expansión, se mide en °C.

El subenfriamiento del refrigerante es necesario para evitar burbujas de vapor que merman la capacidad de la válvula y por consiguiente reducen el suministro de líquido al evaporador. Un subenfriamiento de un valor de 4- 5 grados es normalmente suficiente.

Igualación de Presión Exterior

Las válvulas de expansión con igualación de presión exterior deben emplearse siempre, si se usa distribuidor de líquido. El uso de distribuidores causa generalmente una caída de presión de 1 bar en el distribuidor y el tubo del distribuidor.

Estas válvulas deben usarse siempre en instalaciones de refrigeración con evaporadores compactos de pequeño tamaño, como por ejemplo intercambiadores térmicos de placa, en los que la caída de presión normalmente será más grande que la presión correspondiente a 2°C

Válvulas de expansión con igualación interna o externa – Funcionamiento

valvula de expansion Figura Superior

Este diagrama representa un evaporador alimentado por una válvula de expansión termostática con igualación de presión interna.

El grado de abertura de la válvula se regula por:

• La presión pb en el bulbo y en el tubo capilar que actúa sobre el lado superior del diafragma y que está determinada por la temperatura del bulbo.
• La presión p0 en la conexión de descarga de la válvula que actúa bajo el diafragma está determinada por la temperatura de evaporación.
• La presión del muelle (ps) que actúa bajo el diafragma y que es ajustable manualmente.

En el ejemplo ilustrado, la pérdida de carga Ap en el evaporador, se mide bajo la forma de la presión de refrigerante expresada en °C: -15 – (-20) = 5 °C. Cuando el muelle de la válvula ha sido ajustado manualmente a una presión ps que corresponde a 4 °C, para conseguir el equilibrio entre las fuerzas que actúan encima y bajo el diafragma, es preciso que pb =p0 + ps (+o -) -15 + 4 = -11 °C.

Esto quiere decir, que el refrigerante ha de ser recalentado en -11 – (-20) = 9 °C antes de que la válvula pueda empezar a abrirse.

Figura Inferior

Se utiliza el mismo serpentín de evaporador alimentado ahora por una válvula de expansión termostática con igualación de presión externa conectada con la tubería de aspiración después del bulbo.

El grado de abertura de la válvula se regula ahora por medio de:

• La presión pb en el bulbo y en el tubo capilar que actúa sobre el lado superior del diafragma y que está determinada por la temperatura del bulbo.
• La presión p0 – Ap a la salida del evaporador que actúa bajo el diafragma y que está determinada por la temperatura de evaporación y la pérdida de carga en el evaporador.

La presión ps del muelle que actúa bajo el diafragma y que es ajustable manualmente.

A condición de que, como se ha indicado más arriba, la pérdida de car¬ga Ap en el evaporador corresponda a 5 °C y la presión ps del muelle en la válvula a 4 °C de presión de refrigeración, resulta que pb = po – Ap + ps ~-15-5+4 = -16°C.

Esto quiere decir que el refrigerante ha de ser ahora recalentado en -16 – (-20) = 4 °C antes de que la válvula pueda empezar a abrirse.

La magnitud de la carga contenida en el evaporador, y por tanto su capacidad, aumenta, puesto que se utiliza una parte más pequeña de la superficie del evaporador para el recalentamiento.

Conclusión

Se utilizarán siempre válvulas de expansión termostática con igualación de presión externa con evaporadores que presentan una importante pérdida de carga. Los evaporadores con distribuidor de líquido presentarán siempre una importante pérdida de carga y, por tanto se utilizará siempre en ellos, una igualación de presión externa.

Tipos de carga del bulbo

Las válvulas de expansión pueden disponer de 3 tipos de carga.

• Carga universal
• Carga MOP
• Carga MOP con lastre

Las válvulas con carga universal se usan en la mayoría de instalaciones de refrigeración, en las que no se exige una limitación de presión y en las que el bulbo puede llegar a tener una mayor temperatura que el elemento, o en altas temperaturas de evaporación/alta presión de evaporación.

La cantidad de carga es tan grande, que siempre quedara carga en el bulbo a pesar de que el elemento se encuentre mas frió o mas caliente que el bulbo.

Las válvulas con carga MOP se usan normalmente en unidades de fábrica, 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 tener una temperatura mayor que el bulbo. En caso contrario, la carga puede emigrar del bulbo hacia el elemento, con el consiguiente cese de funcionamiento de la válvula de expansión.

Tienen una cantidad limitada de carga líquida en el bulbo y está en concordancia con la Presión Operativa Máxima y es la más alta presión de aspiración/evaporación, que se puede permitir en tuberías de aspiración/evaporación. La carga se habrá evaporado cuando se llegue al punto MOP. Cuando la presión de aspiración vaya aumentando la válvula de expansión empezará a cerrarse, unos 0,3/0,4 bar por debajo del punto MOP, y se cerrará completamente, cuando la presión de aspiración sea igual al punto MOP.

Las válvulas de expansión con carga MOP con lastre se usan preferentemente en instalaciones de refrigeración con evaporadores “dinámicos en alto grado”, como por ejemplo en instalaciones de aire acondicionado, e intercambiadores térmicos de placa que tienen una alta transmisión de calor.

Con carga MOP con lastre se puede conseguir un menor recalentamiento, equivalente a 2-4 K (°C), que con otros tipos de carga.

El bulbo de la válvula de expansión termostática contiene un material de gran porosidad y superficie en relaciones a su peso. La carga MOP con lastre tiene un efecto amortiguante sobre la regulación de la válvula de expansión. La válvula se abre despacio cuando la temperatura del bulbo aumenta, y cierra rápido cuando la temperatura del bulbo disminuye.

valvula de expansion con bulbo

Montaje de la válvula de expansión

La válvula de expansión se monta en la tubería de líquido delante del evaporador, y su bulbo se sujeta a la tubería de aspiración lo más cerca posible al evaporador.

En caso de que haya igualación de presión externa, deberá conectarse la tubería de igualación a la tubería de aspiración inmediatamente después del bulbo.

La mejor posición de montaje del bulbo es en una tubería horizontal en una posición que corresponde a la de las agujas del reloj marcando entre la una y las cuatro. La ubicación depende del diámetro exterior de la tubería.

Advertencia: El bulbo no debe montarse nunca en la parte baja de una tubería de aspiración, ya que éste detectará señales falsas a causa de la existencia de aceite en el fondo de la tubería.

Si el bulbo está sometido a comentes de aire caliente, se recomienda su aislamiento.

El bulbo no debe montarse después de un intercambiador térmico, ya que en esta posición dará señales falsas a la válvula de expansión.

El bulbo no debe montarse cerca de componentes con grandes masas ya que esto producirá emisión de señales falsas a la válvula de expansión.

Tal como se indica anteriormente, el bulbo debe instalarse en la parte horizontal de la tubería de aspiración inmediatamente después del evaporador y no debe instalarse en un colector de aspiración o en una tubería vertical después de una trampa de aceite.

El montaje del bulbo de la válvula de expansión tiene efectuarse delante de posibles bolsas de líquido.

Elección de la válvula de expansión

La elección de la válvula de expansión termostática se realiza conociendo los datos siguientes:

• Líquido refrigerante
• Capacidad del evaporador
• Presión de evaporación
• Presión de condensación
• Subenfriamiento
• Caída de presión a través de la válvula
• Igualación de presión interna o externa.

Identificaión

El elemento termostàtico está equipado con una placa de color. El color indica el tipo de líquido refrigerante adecuado para la válvula:

Amarillo =R12 = F
Verde =R22 = X
Amarillo con rayas azules = R134a = N
Morado = R502 = Y
Blanco =R717(NH3) = A

Las letras forman parte de la descripción de tipo Danfoss. En la placa se detalla así mismo tipo de válvula, gama de temperatura de evaporación, punto MOP dado el caso, líquido refrigerante y presión de trabajo máxima PB/MWP.

El conjunto de orificio para T2 y TE2 está marcado con por ejemplo 02, lo cual indica orificio 02.

El conjunto de orificio para TE 5, TE 12, TE 20 está marcado en la parte superior de la tapa del muelle.

El sello superior, TE 12 indica el tipo de válvula, para la cual hay que usar el conjunto de orificio.

El sello inferior, 03, indica orificio número 03.

Comentarios

  1. Juan Fana Septiembre 20, 2015 Reply
  2. diego Noviembre 12, 2015 Reply
  3. janeiro manzueta moreno Agosto 12, 2016 Reply
    • Gerfri Agosto 12, 2016
  4. william Enero 6, 2017 Reply
    • Gerfri Enero 8, 2017

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