SISTEMA DE EXPANSIÓN

La misión de los elementos de expansión es la de controlar el paso de refrigerante y separar la parte de alta con la de baja. Los diferentes tipos de elementos de expansión son:

• Tubo capilar.
• Válvula de expansión termostática.
• Válvula de expansión automática.
• Válvula manual.
• Válvula de flotador en alta presión.
• Válvula de flotador en baja presión.
• Válvula electrónica.

Tubos capilares.

Los tubos capilares se utilizan habitualmente como elementos de expansión en pequeñas instalaciones por las razones siguientes:

• Facilidad de instalación.
• Bajo coste.
• Fiabilidad. No hay piezas en movimiento.
• Permiten la utilización de compresores de bajo par de arranque por el buen equilibrio de presiones.

Cuando el refrigerante líquido entra dentro del tubo capilar se produce una estrangulación, (aumenta la velocidad y disminuye la presión) debido a esto parte del líquido se evapora al cambiar de presión.
Para evitar que se evapore todo el líquido antes de entrar al evaporador se suele soldar el capilar junto con la línea de aspiración para evitar que robe calor del exterior.

Cuando ponemos en marcha el compresor empezamos a regar el evaporador, se evapora y va avanzando el refrigerante por el interior del evaporador, a medida que se va evaporando.

Al parar el compresor todo el refrigerante pasa al evaporador al no haber nada que lo impida y gracias a la diferencia de presiones.
Por esta razón no se puede utilizar recipiente en instalaciones con tubo capilar y hay que tener cuidado al dimensionar el filtro, ya que este podría hacer de recipiente.

Al estar la presiones igualadas, el compresor arranca sin muchos esfuerzos.

Los equipos congeladores suelen llevar un separador de partículas para evitar los golpes de líquido.

En la placa de características del equipo ha de indicarse el peso del refrigerante que ha de llevar la instalación, ya que la carga es crítica.

El tubo capilar para la expansión está calibrado. La potencia frigorífica está en función con el diámetro y la longitud del tubo.

La carga exacta para estos equipos es cuando todo el refrigerante está evaporado en el evaporador en el momento en que el compresor está parado.

Ajustamos las condiciones de trabajo de los equipos con tubo capilar con la carga de refrigerante.

Una carga escasa es causa de una temperatura de evaporación demasiado baja, lo que tiene como consecuencia la disminución del rendimiento frigorífico y por lo tanto, un aprovechamiento parcial del evaporador.

En cambio, una carga demasiado elevada es causa de una presión demasiado alta y conduce a la sobrecarga del compresor, pudiéndole llegar golpes de líquido.

Válvulas de expansión termostáticas

Las válvulas de expansión termostáticas están formadas por:

• Bulbo: Es un elemento cargado con el mismo refrigerante que hay que controlar. La presión que ejerce este refrigerante depende de la temperatura al final del evaporador y actúa sobre el orificio calibrado de la válvula.
  La presión del bulbo es presión de apertura (a más temperatura, mayor apertura).
• Tornillo de recalentamiento. Normalmente viene ajustado de fábrica con 4ºC (respecto a la presión de baja). la presión que ejercemos con el tornillo contrarresta la presión del bulbo.
• Orificio. El paso de refrigerante está regulado por el orificio de la válvula. Este orificio puede ser fijo o intercambiable.

Válvulas de expansión termostática con compensación interna.

Una vez entra el refrigerante en el evaporador va robando calor del medio a enfriar y se va evaporando. Hasta el momento que no llegue líquido al bulbo de la válvula y lo enfrie, la válvula de expansión no cerrará.

Cuando conseguimos enfriar el bulbo y el recalentamiento es de 4ºC se empieza a cerrar la válvula. Una vez cerrada la válvula, aumenta el recalentamiento y por lo tanto la presión del bulbo vuelve a abrir la válvula.

Este tipo de válvulas no son recomendables en evaporadores con elevadas pérdidas de carga.

Válvulas de expansión termostáticas de compensación externa.

Cuando las pérdidas de carga en el evaporador son considerables, se emplean válvulas de expansión de compensación externa.

Estas, a diferencia de las anteriores, toman la presión de baja al final del evaporador justo detrás del bulbo. De esta manera, aunque existan pérdidas de carga, la presión de baja es más exacta.

Por ejemplo; si tenemos un evaporador con una alta pérdida de carga, podemos tener que a la salida del evaporador tengamos 0,6 bar y en la entrada del evaporador 1,1 bar. La válvula termostática con compensador externo mide la presión en la salida, que es la que interesa para regular el flujo de refrigerante.

La presión de cierre sería 1,1 + 0,5 (tornillo) = 1,6bar, por lo tanto el bulbo debe estar a más de -18ºC para que la válvula empiece a regar.

Entonces necesito 12ºC de recalentamiento (0,6bar = -30ºC) y no regamos todo el evaporador.

Con una válvula de compensación externa la presión que existe después de la válvula ya no es importante al tomar la presión que existe después del bulbo que es la presión de aspiración a la salida del evaporador.

Normas de colocación del bulbo

• Debe estar bien amarrado al tubo. No debe ir con cinta aislante o tiras de plástico. Se debe colocar con la presilla metálica que suele acompañar para que tenga una muy buena superficie de contacto.
• Colocarlo en una superficie limpia y lisa. No se debe colocar sobre un codo, curva o soldadura.
• El bulbo tiene una hendidura que es la que se aloja sobre el tubo.
• No colocar el bulbo en la parte baja del tubo, ya que por esa parte es por donde circula el aceite que hace de capa aislante.
• No colocar el bulbo en la parte superior, puesto que no detectará si en la salida del evaporador hay líquido refrigerante.
• La colocación del bulbo sería, si mirásemos un reloj, entre las 3 y las 5 y dependerá de la sección del tubo. En tubos pequeños, diámetros hasta 5/8, lo pondremos a las 3. En tubos entre 5/8 y 1 3/8 lo pondremos a las 4 y en tubos superiores a las 5.

En esta imagen de ejemplo, la colocación del bulbo a las 3 no detectaría el líquido que nos pasa por la parte inferior del tubo. Lo ideal, para este tubo sería la colocación del bulbo a las 5.

El bulbo se debe colocar siempre en tramos horizontales, en los casos que solo se pueda colocar en un tramo vertical, se colocará con el bulbo hacia arriba.

Se debe aislar siempre el bulbo para que no le afecte en su funcionamiento las corrientes de aire y se debe de colocar siempre dentro del medio a enfriar.

El tubo de compensación exterior debe estar entre 10 o 15 cm después del bulbo.

Distribuidores

Si dividimos un evaporador en varias secciones conseguimos un mayor rendimiento porque reducimos las pérdidas de carga y se mantiene una temperatura de salida del evaporador más uniforme.

Para ello se utilizan distribuidores que pueden ser de caida de presión o de efecto Venturi.

La distancia entre la válvula de expansión y el distribuidor ha de ser mínima, a la salida, la longitud de los tubos que alimentan a cada tramo de evaporador también ha de ser mínimo y además han de tener todos la misma longitud y así evitamos que un tramo esté mejor regado que otro.

El de efecto Venturi reparte la misma proporción de gas y líquido en cada tubo ya que gracias a la reducción que lleva, aumenta la velocidad y mezcla el gas y el líquido.

La pérdida de presión que ejerce este distribuidor es de 1/2 kilo y funciona en cualquier posición.

Válvulas M.O.P.

Si añadimos mucha carga térmica en una cámara (teníamos -20ºC y pasamos a 0ºC), dentro del evaporador se nos evapora más refrigerante, la válvula de expansión abre para controlar el recalentamiento y el compresor trabaja más.

Para evitar que el consumo del compresor sea elevado, se coloca una válvula de expansión MOP o de presión de operación máxima.

Este tipo de válvulas nos limita la presión máxima de trabajo. Por ejemplo una válvula MOP ficada a -20ºC significa que la presión máxima de evaporación que deja pasar es de 1,45bar (con el refrigerante R-449A)

Esto se consigue llenando el bulbo de gas con un poco de líquido que se evapora a -20C o la temperatura de la presión máxima de trabajo que queramos conseguir.

Si la temperatura es inferior a -20ºC podemos controlar el recalentamiento pero si superamos esta temperatura el líquido se evapora y el bulbo no es capaz de dar más presión de apertura y va cerrando la válvula hasta que se consigue la presión adecuada.

Escalas de las válvulas:

TIPO VALVULA	TEMPERATURA MÁXIMA	TEMPERATURA MÍNIMA
N	+10ºC	-40ºC
NM	-5ºC	-40ºC
NS	-15ºC	-40ºC
B	-25ºC	-60ºC

Válvula de expansión automática

Físicamente es parecida a la termostatica pero sin bulbo.

Esta válvula mantiene la presión del evaporador constante

Si ajustamos la válvula a 1bar. Si el evaporador está a menos, vence la fuerza del resorte y abre la válvula.
En el momento en que el evaporador alcance 1,1bar, la válvula cierra.

No se puede utilizar con solenoide. Se usa en instalaciónes que cierran por temperatura. Muy utilizadas en máquinas productoras de hielo o cubitos.

Estas válvulas tienen bastantes inconvenientes:

• Si tenemos la cámara a +20ºC en el evaporador tendremos 8bar y la válvula cerrará.
• Por lo tanto dejará pasar poco refrigerante y tardará horas en conseguir la temperatura deseada.
• Al contrario, si tenemos la cámara muy fria, porque se ha estropeado el termostato, tenemos menos presión en el evaporador y por lo tanto vence la presión del muelle y entra aún más líquido, llegando retorno al compresor.

Válvula de expansión manual

Es parecida a una llave de paso. Se utilizan en grandes instalaciones bajo la supervisión de un mecánico.

Válvulas de flotador

Se usan en evaporadores inundados y mantienen un nivel de líquido en el evaporador. A medida que se evapora el líquido, la boya abre la válvula y entra líquido en el evaporador. El gas evaporador se va al recipiente de baja.

Válvula de expansión electrónica

Está formada por una válvula solenoide conectada a un microprocesador el cual lleva un programa y dos sondas. Una de ellas es una sonda de temperatura, colocada a la salida del evaporador, que nos medirá el recalentamiento y la otra es una sonda de presión, también colocada a la salida del evaporador, para medir la presión de aspiración.

Gracias al software del driver de control de la válvula, existen controladores que pueden trabajar con mucha precisión, hasta con 0ºC de recalentamiento.

La utilización de la válvula de expansión electrónica substituye la vàlvula termostática tradicional y la solenoide. Tambien hay controladores con la función de termostato y que con el mismo driver de la válvula controlaremos la temperatura y el desescarche.

Existen dos tipos principales de válvulas de expansión:

• Válvulas de expansión electrónicas a pulsos.
• Válvulas de expansión electrónicas paso a paso

Válvulas de expansión electrónicas a pulsos

Este tipo de válvulas son como una solenoide en cuyo interior tiene un orificio calibrado para limitar el paso de refrigerante.

La apertura se hace por pulsos al 100% y cerrando totalmente.

Este tipo de válvulas son más económicas y se montan normalmente en equipos de baja potencia.

Válvulas de expansión electrónicas paso a paso

En su cabezal incorporan un motor paso-a-paso que abre y cierra como si de una válvula de bola se tratase.

El driver controla la apertura proporcionalmente y consigue una regulación mucho más exacta y regular que las de pulsos.

El problema de este tipo de válvulas es que si se quedan sin tensión, la válvula se queda en la posición en que está y puede provocar inundación del evaporador en caso de fallo de corriente. Para evitarlo se monta una solenoide antes de la válvula o también se pueden montar unas baterías en el driver que nos cerrarán la válvula en caso de fallo de tensión.