EL DISPOSITIVO DE EXPANSIÓN O CONTROL DE FLUJO DE REFRIGERANTE

El refrigerante ya condensado en estado líquido, lo vamos almacenando en el “RECIPIENTE DE LÍQUIDO”. Los equipos domésticos no lo necesitan habitualmente.

Para alimentar de refrigerante el evaporador, se hace a través de un CONTROL DE FLUJO DE REFRIGERANTE, también llamado DISPOSITIVO DE EXPANSIÓN o ESTRANGULACIÓN.

Este dispositivo tiene como misión:

• Reducir bruscamente la presión de refrigerante para que este se pueda evaporar en el evaporador.
• Suministrar al evaporador toda la cantidad de refrigerante que este sea capaz de evaporar
• Si la válvula de expansión está muy abierta puede suministrar al evaporador tal cantidad de refrigerante, que este no pueda evaporarlo todo.  Entonces dicho vapor saturado muy húmedo (incluso líquido), puede llegar al compresor, originando “golpes de líquido”.

Por el contrario si el control de flujo de refrigerante o válvula de expansión está muy cerrado, el refrigerante saldrá por el evaporador excesivamente recalentado, ocasionando en el evaporador una falta de rendimiento y una utilización parcial del mismo.

Delante del dispositivo de expansión, el refrigerante está a una temperatura por encima del punto de ebullición. Al reducirle rápidamente su presión, se produce el cambio de estado de vaporización, empezando el refrigerante a hervir dentro del evaporador.

TIPOS

Los controles de flujo de refrigerante más utilizados en las instalaciones frigoríficas son:

• Restrictor.
• Tubo capilar.
• Válvula de expansión manual.
• Válvula de expansión presostática.
• Válvula de expansión termostática.
• Válvula de expansión termostática con tubo de equilibrio o compensador exterior de presión.
• Válvula de expansión electrónica (VEE).

De todos estos dispositivos los más empleados son:

• En instalaciones pequeñas: compactos de pequeña potencia, botelleros, etc., el tubo capilar.
• En aparatos de mediana y gran potencia las válvulas de expansión termostática (VET) y las termostática con tubo de equilibrio externo (VETx).

Capilar

El tubo capilar es una tubería de líquido de pequeño diámetro que une el condensador con el evaporador. Una parte de su longitud va soldada a la tubería de aspiración y forman así, con un reducido coste, un intercambiador de calor.

Por su reducido diámetro se produce en la extremidad del tubo capilar una caída de presión, necesaria para la evaporación.

Al circular el fluido por un tubo de tan poca sección, la fricción produce una pérdida de carga y por lo tanto una reducción de presión. A la salida del capilar se produce una expansión (aumento de volumen) brusca y se evapora parte del
líquido absorbiendo calor del propio fluido, con lo cual la temperatura del mismo disminuye enfriándose.

El uso de tubos capilares en las instalaciones tiene las siguientes ventajas:

1. Gran sencillez. Si su aplicación es correcta funcionará indefinidamente, ya que este dispositivo inyector no tiene partes móviles.
2. El tubo capilar es de menor costo que una válvula de expansión.
3. En el grupo no es necesario colocar depósito de líquido por lo cual se abarata.
4. La carga de gas refrigerante es menor.
5. En las paradas se equilibran las presiones, por lo cual al ponerse en marcha el motor no tiene dificultad.

Se utiliza en máquinas de pequeña potencia frigorífica, en donde la utilización de válvula de expansión (que describiremos a continuación) será más difícil de justificar en cuanto al precio se refiere.

Es el dispositivo de expansión más sencillo que existe: se trata de un tubo finísimo de cobre, de diámetro interior variable entre 0,7 y 3 mm. Y de longitud también variable, en función de la relación entre la presión alta y la baja que se desee
obtener en el circuito frigorífico.

El motivo de que con ese tubo tan fino se produzca una expansión (fuerte disminución de presión), es debido a la gran pérdida de carga que produce el  refrigerante al pasar por este gran estrangulamiento (la pérdida de carga es inversamente proporcional a la sección de paso de fluido).

Su longitud puede variar entre 0,6 y 6 m. Al ser muy largo se presenta siempre enrollado en un bucle de 50-200 mm. de diámetro, de manera que si se enrolla con otro diámetro, da origen a una ligera variación en la perdida de carga.

Su principal inconveniente, es que no podemos controlar el recalentamiento del refrigerante, como ya veremos posteriormente.

 

 

Válvula de Expansión Termostática

Una válvula de expansión termostática (a menudo abreviado como VET o válvula TX en inglés) es un dispositivo de expansión el cual es un componente clave en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, que tiene la capacidad de generar la caída de presión necesaria entre el condensador y el evaporador en el sistema. Básicamente su misión, en los equipos de expansión directa (o seca), se restringe a dos funciones: la de controlar el caudal de refrigerante en estado líquido que ingresa al evaporador y la de sostener un sobrecalentamiento constante a la salida de este. Para realizar este cometido dispone de un bulbo sensor de temperatura que se encarga de cerrar o abrir la válvula para así disminuir o aumentar el ingreso de refrigerante y su consecuente evaporación dentro del evaporador, lo que implica una mayor o menor temperatura ambiente, respectivamente.

El funcionamiento de las válvulas de expansión termostáticas depende tanto de la presión del vaporizador (mejor dicho: de la presión que hay en la entrada del vaporizador), como también de la presión de mando en el sensitivo de la válvula.

Este dispositivo permite mejorar la eficiencia de los sistemas de refrigeración, ya que regula el flujo másico del refrigerante en función de la carga térmica. El refrigerante que ingresa al evaporador de expansión directa lo hace en estado de mezcla líquido/vapor, ya que al salir de la válvula se produce una brusca caída de presión producida por la «expansión directa» del líquido refrigerante, lo que provoca un parcial cambio de estado del fluido a la entrada del evaporador. A este fenómeno producido en válvulas se le conoce como flash-gas.

Se puede ampliar información en el siguiente vídeo:

 

Colocación del bulbo de una válvula de expansión termostática y del tubo de equilibrio

La colocación del bulbo de la válvula de expansión, es como puede observarse en la figura, siempre a la salida del evaporador, y en la posición indicad, ya que si lo colocamos en la parte inferior del tubo, detectaría el aceite existente en el
circuito, y arriba, detectaría solo gas.

 

Válvulas de Expansión Termostáticas con igualador de presión (VETX)

Debido a la perdida de carga que sufre el refrigerante debido a la fricción al circular a través de los tubos del evaporador, la temperatura de vaporización (saturación) es siempre inferior a la salida del evaporador.

Cuando la caída de presión que sufre el refrigerante en el evaporador es grande (supere los 0,2 bares), la temperatura de salida del evaporador será bastante inferior respecto a la temperatura de vaporización. Esto hace que la válvula de
expansión trabaje mal, ya que el bulbo no se enfría por un recalentamiento bajo, sino por una caída de temperatura debida a la perdida de carga del refrigerante.

Por ello, en la válvula de expansión con igualador de presión externo, la presión del evaporador que actúa por la parte baja del diafragma, es la de salida del mismo que se lleva a través de un tubo, desde la salida del evaporador hasta la
parte baja de la membrana o diafragma de la válvula. Con ello, el efecto de la caída de presión queda nulo.

La colocación del tubo compensador es siempre a la salida del evaporador.

 

Válvulas de Expansión Electrónicas

 

 

El fabricante Danfoss, entre otros, dispone de aplicaciones para el cálculo, dimensionado y selección tanto de capilares (DANCAP) como de válvulas de expansión, (VET y VETx).