www.apuntesdeclima.com

La missió dels elements d'expansió és la de controlar el pas de refrigerant i crear bombolles de liquido perquè puguin es posteriorment evaporades, aquesta és la part que separa la zona de pressió d'alta amb la de baixa.

Tubs capil·lars

Els tubs capil·lars s'utilitzen habitualment com elements d'expansió en petites instal·lacions normalment comercials, per la facilitat d'instal·lació, el baix cost i la seva fiabilitat. Permeten la utilització de compressors de baix parell d'arrencada pel bon equilibri de pressions.

Quan el refrigerant líquid entra dintre del tub capil·lar es produeix una estrangulació, (augmenta la velocitat i disminueix la pressió) a causa de això parteix del líquid s'evapora al canviar de pressió, aproximadament un 30%. Quan engeguem el compressor comencem a regar l'evaporador, s'evapora i va avançant cap al compressor, se sol col·locar un termòstat en la línia d'aspiració abans del compressor per a parar-lo quan arribi el refrigerant en estat líquid.
Al parar el compressor tot el refrigerant passa a l'evaporador al no haver res que ho impedeixi i gràcies a la diferència de pressions.
Per aquesta raó no es pot utilitzar recipient en instal·lacions amb tub capil·lar i cal anar amb compte al dimensionar el filtre ja que aquest podria fer de recipient.
A l'estar les pressions igualades el motor arrenca sense molts esforços.

Els equips congeladors solen dur un separador de partícules per a evitar els cops de líquid.
El tub està calibrat, la potència frigorífica està en funció amb el diàmetre i la longitud del tub.
Ajustem les condicions de treball dels equips amb tub capil·lar amb la càrrega de refrigerant. L'excés o l'absència de la càrrega de refrigerant pot ser determinant per al rendiment de l'evaporador ja que la poca càrrega de refrigerant faria que la temperatura d'evaporació sigui massa baixa i això comporta un aprofitament parcial de l'evaporador. En canvi un excés de càrrega és causa d'una pressió massa elevada i conduïx a la sobrecàrrega del compressor podent-li arribar cops de líquid.

Capil·lar muntat al costat d'un evaporador

Vàlvules d'expansió a pressió constant

La vàlvula d'expansió a pressió constant, com el seu nom ho indica, manté una pressió constant a la sortida de la mateixa. Aquesta vàlvula sondeja la pressió de l'evaporador i quan la mateixa cau per sota del punt de control, la vàlvula tendeix a obrir. Per contra quan la pressió puja per sobre d'aquest punt, la vàlvula tanca parcialment.

El funcionament d'una vàlvula d'expansió a pressió constant per a una mateixa pressió de condensació el punt d'equilibri on la vàlvula d'expansió alimenta tant refrigerant a l'evaporador com el compressor pot bombar del mateix. Si la càrrega de refrigeració disminueix, també disminueix la pressió d'evaporació però la vàlvula es resisteix a aquesta caiguda obrint. Sota aquesta nova condició el compressor es manté en la seva posició inicial i la vàlvula també. L'evaporador es sobrealimentarà en aquesta condició de desequilibri.
Per contra si la càrrega de refrigeració augmenta, la pressió d'evaporació també augmenta i la vàlvula reacciona tancant-se, en aquest punt l'evaporador es subalimentades. L'ús d'aquestes vàlvules està limitat a petits equips que tinguin càrregues relativament constants.
Un desavantatge molt gran és que no poden ser usades juntament amb un control (pressòstat de baixa), ja que la condició adequada d'aquest últim depèn en substància del canvi de pressió en l'evaporador durant el cicle; condició que no pot esperar-se de les vàlvules d'expansió a pressió constant. 

Vàlvules d'expansió termostàtiques

El dispositiu d'expansió més àmpliament usat en els sistemes de refrigeració comercials és la vàlvula d'expansió termostàtica, la qual envia el flux refrigerant a l'evaporador en resposta al grau de sobrecalentament del vapor refrigerant que surt del mateix.
La vàlvula d'expansió regula el cabal de líquid refrigerant a alta pressió que ve del condensador i es dirigeix a l'evaporador deixant passar més o menys refrigerant en funció del reescalfament obtingut del bulb sigui major o menor.
En termes generals, la vàlvula d'expansió és un dispositiu que s'usa per a regular l'entrada en l'evaporador de l'agent refrigerant en la seva fase líquida, procedent del condensador a través de la corresponent canonada de líquid.
El refrigerant líquid a alta pressió, que procedeix del condensador passa per la vàlvula d'expansió per a convertir-se en líquid a baixa pressió. Aquesta vàlvula és la divisòria entre les parts d'alta i baixa pressió del sistema.

Així, té dues funcions distintes: Regular la velocitat d'admissió de líquid en l'evaporador i d'altra banda controlar la proporció d'àrea superficial interior que es troba en contacte amb el refrigerant líquid.

La vàlvula termostàtica, posseeix un element tèrmic (bulb) connectat per mitjà d'un petit tub capil·lar segellat.

El principi de funcionament de la vàlvula d'expansió termostàtica radica a mantenir un reescalfament constant en l'evaporador. El bulb està ple parcialment amb refrigerant (serà el mateix que utilitzi el sistema) líquid i manté una mica de líquid en totes les condicions de temperatura i càrrega, a més està adaptat a la línia de succió de manera que qualsevol canvi de temperatura en aquesta línia origini el canvi corresponent en el bulb tèrmic. Sota un augment de càrrega tèrmica, el refrigerant bull amb major rapidesa en l'evaporador, això ocasiona l'augment de la temperatura en el bulb tèrmic a causa del reescalfament. La major temperatura produeix una pressió superior dintre del bulb i el tub capil·lar, el que al seu torn, origina l'expansió de la manxa metàl·lica i una major obertura de la vàlvula. Com resultat s'admet major refrigerant líquid a l'evaporador per a compensar l'augment de càrrega.

El reescalfament és un fenomen físic i juga un paper preponderant en el tema que ens ocupa. D'una banda determina la utilització de la superfície d'intercanvi de calor en l'evaporador i per un altre proveeix el senyal per a l'operació de les vàlvules d'expansió termostàtiques.
El terme “termostàtica” indueix a pensar que la vàlvula manté una temperatura constant en l'evaporador, però en realitat ocorre tot el contrari, al variar la capacitat del sistema amb un compressor de desplaçament constant la pressió de l'evaporador varia a la capacitat màxima, la vàlvula s'obre completament i la pressió pren un cert valor. Al decréixer la capacitat, la vàlvula es tanca i la pressió decreix fins que s'establix un valor corresponent a la combinació del compressor i la vàlvula.

Aspecte de dues vàlvules d'expansió termostàtiques

Vàlvules d'expansió de diferents potències

Orifici de vàlvula d'expansió de gran potència

Bulb

Les vàlvules d'expansió termostàtica incorporen, com ja hem citat, un element termostàtica que consta d'un diafragma, capil·lar i el bulb que per a la seva col·locació, hi ha unes normes importants a seguir, ja que de no ser així pot ocasionar-nos fallades en el seu funcionament.
El element termostàtic ha d'estar bé en contacte amb la canonada d'aspiració, no ha d'anar amb cinta aïllant o tires de plàstic, s'ha de col·locar amb la abraçadora a metàl·lica que sol acompanyar el fabricant quan la subministra.
Col·locar-lo en una superfície neta i llisa, no s'ha de col·locar sobre un colze, corba o soldadura per a assegurar una bona conducció calorífica.
El bulb té una esquerda que és la qual s'allotja sobre el tub.
La col·locació del tub serà sempre a contra corrent de l'adreça del refrigerant . No col·locar el bulb en la part baixa del tub ja que per aquesta part és per on circula l'oli que fa de capa aïllant. S'ha de col·locar entre les 2 i les 4 .

Punts de col·locació correcta del bulb pel que fa al tub d'aspiració

El bulb s'ha de col·locar sempre en trams horitzontals, en els casos que només es pugui col·locar en un tram vertical es col·locarà amb el bulb cap amunt. S'ha d'aïllar sempre perquè no li afecti en el seu funcionament els corrents d'aire o les condicions exteriors, s'ha de col·locar sempre dintre del mitjà a refredar.
El tub de compensació exterior si existeix ha d'estar entre 10 o 15 cm després del bulb.

Vàlvula d'expansió termostàtica amb compensador o igualador de pressió

Aquesta vàlvula posseeix un igualador de pressió, l'existència de la qual es justifica al considerar que en certs evaporadors, particularment en aquells de gran capacitat, existeixen pèrdues de pressió. En general, aquest igualador de pressió pot ser interior (en el mateix cos de la vàlvula) o exterior (amb connexions fora de la mateixa). En el primer cas, dita igualador consisteix en un pas en l'interior de la vàlvula que comunica la pressió d'aspiració a la manxa per sota, balancejant així la pressió de treball de la vàlvula i evitant que les altes pressions que s'originen en l'aspiració per inundació de l'evaporador a l'engegada, afectin la regulació de la vàlvula d'expansió. En les vàlvules amb igualadores de pressió exterior, aquesta comunicació s'aconsegueix per mitjà d'un tub connectat des de la cambra de la molla fins a la línia d'aspiració després del punt on fa contacte el bulb de la vàlvula.

La conclusió és que s'utilitzés el compensador de pressió amb evaporadors que presentin una important perduda de càrrega.

 Vàlvula d'expansió amb distribuïdors

Aquest element assegura una distribució del refrigerant dividit per l'evaporador en diverses seccions on vam aconseguir un major rendiment ja que reduïm les pèrdues de càrrega i es manté una temperatura de sortida de l'evaporador més uniforme.

Per a la utilització d'un distribuïdor amb un bona alimentació de les diferents seccions de l'evaporador s'han de seguir certes normes: Utilitzar vàlvula d'expansió amb igualació de pressió externa. Totes les seccions de l'evaporador han de tenir la mateixa perduda de càrrega. Que la càrrega calorífica de cada secció sigui idèntica per a obtenir una evaporació uniforme en cada secció.

Vàlvules d'expansió amb càrrega MOP

Un desavantatge de les vàlvules d'expansió termostàtica convencionals és la d'obrir-se per complet i sobrealimentar a l'evaporador durant l'arrencada dels cicles del compressor.
Això és motivat perquè la pressió en l'evaporador cau ràpidament quan arrenca el compressor i la pressió en el bulb roman alta, fins que descendeix i arriba a la temperatura d'operació normal.
La potència del compressor augmenta amb la temperatura de l'evaporador o pressió de l'evaporador. En els moments d'arrencada després d'una llarga desocupada o després del desescarche i especialment quan es treballa amb baixes temperatures es fa necessari limitar la pressió d'aspiració o en defecte d'això sobre dimensionar el compressor per a aquests períodes “si bé curts” d'arrencada.
Una de les formes de limitar la pressió d'aspiració per a evitar col·locar un compressor de major potència és col·locar una vàlvula d'expansió termostàtica amb càrrega MOP (Màxima Operació de Pressió).
La vàlvula d'expansió amb càrrega MOP és idèntica a la d'expansió termostàtica comuna i fins i tot té el bulb carregat amb el mateix tipus de fluid, l'única cosa que varia és la quantitat d'aquest. La quantitat de líquid és tal que a una predeterminada temperatura aquest líquid s'ha vaporitzat i per sobre d'aquest punt l'increment de temperatura té molt poca influència sobre l'element termostàtica.

Vàlvula d'expansió electrònica

Les vàlvules d'expansió electròniques, aquestes es poden classificar en diversos tipus d'acord al tipus de construcció i funcionament.
Un d'aquests tipus és la vàlvula d'expansió electrònica que modula sobre la base de polsos d'ample variable que s'aconsegueixen mitjançant el control electrònic. Aquesta vàlvula és del tipus solenoide, és a dir ON-OF. Si bé ella està totalment oberta o totalment tancada, actua com un dispositiu de regulació modulant variant el temps que roman oberta o tancada. Per exemple, si la vàlvula cicle cada 10 segons i és necessari un 40% del fluid la vàlvula estarà oberta 4 segons i tancada 6 segons. Si el fluid necessari fora del 50% la vàlvula estarà oberta 5 segons i tancada altres 5 segons.
Altre tipus de vàlvula d'expansió electrònica és la qual es coneix com "HEAT MOTOR VALVE" o "THERMAL MOTOR VALVE". L'operació d'aquesta vàlvula és controlada per un controlador electrònic el qual en resposta als senyals de 2 sensors S1 i S2 controla la quantitat d'energia subministrada a l'element de calefacció en el actuador de la vàlvula. El valor requerit de reescalfament es pot variar fàcilment per mitjà d'una perilla en un rang que per exemple pot anar des de 2º C fins a 18º C. Si el grau de reescalfament actual no és igual al requerit per la vàlvula, el controlador envia un senyal en forma de polsos elèctrics a l'element calefactor el qual causarà l'obertura o tancament de la vàlvula.

Vàlvules d'expansió electròniques

www.apuntesdeclima.com | contactar