Controles de flujo de refrigerante en un sistema de refrigeración

Un control de flujo de refrigerante es un dispositivo clave en un ciclo de refrigeración o aire acondicionado, su fin es el de controlar el flujo de refrigerante líquido que fluye hacia el evaporador y, además, dividen el lado de alta presión del lado de baja presión del sistema provocando un cambio en la presión del refrigerante al entrar al evaporador, ya que el refrigerante en el evaporador debe estar a baja presión para que pueda evaporarse a temperaturas muy bajas. 

Existen diferentes formas de controlar el flujo de refrigerante, cada una se ajusta a las necesidades y eficiencia del sistema.

• Tubo capilar
• Válvula de expansión termostática
• Válvula de expansión automática
• Válvula de expansión termoeléctrica
• Flotador en el lado de baja presión
• Flotador en el lado de alta presión

Tubo capilar

Este es el dispositivo más sencillo de control de flujo que existe. Consiste en un arrollamiento de tubo con un preciso y pequeño diámetro interior el cual funciona como elemento restrictor constante de flujo.

La cantidad de refrigerante en el sistema  debe ser cuidadosamente calibrado de tal forma que el refrigerante pueda fluir hacia el lado de baja durante el periodo de paro para balancear las presiones.

Válvulas de Expansión Termostática (VET)

La válvula de expansión termostática tiene la función de controlar el flujo de refrigerante para que abastezca al evaporador con la cantidad de refrigerante líquido que llega al dispositivo a alta presión para que fluya a través de él y se transforme en una mezcla líquido – vapor a baja presión, garantizando que la mezcla pase a fase gaseosa dentro del evaporador, absorbiendo el calor del medio que se está enfriando y a la salida de éste sólo exista vapor.

La válvula de expansión termostática es un dispositivo que solo reacciona ante la presión y la temperatura y su función se basa en el correcto ajuste de flujo de líquido que ingresa al evaporador para poder garantizar un sobrecalentamiento adecuado a la salida del evaporador.

• ¿Cómo funcionan?

Estas válvulas tienen una pequeña abertura que permite el paso del refrigerante. Esta abertura es controlada por una aguja que tiene un bulbo sensor de temperatura, la cual permite que cierre o abra la aguja para que permita o impida el flujo de refrigerante según sea necesario, el bulbo sensor contiene un líquido que detecta la temperatura del refrigerante. Cuando esta es mayor que la temperatura del refrigerante en el evaporador, la aguja abrirá la válvula y permitirá un mayor flujo de refrigerante.

Tener en cuenta que la aguja se abrirá tanto como la temperatura que se detecte por el bulbo sensor de la válvula. Mientras más caliente, mayor será la abertura y por lo tanto, mayor el flujo de refrigerante hacia el evaporador. En cambio, cuando la temperatura del evaporador es menor, es decir, está frío, el bulbo sensor detectará esta temperatura y accionará la aguja para que cierre la abertura de la válvula. Esto significaría menor cantidad de flujo al refrigerante, cuando dentro del evaporador hay una mayor temperatura, significa que todo el refrigerante se ha evaporado por completo o en otras palabras, que el evaporador ha cumplido con el trabajo.

A la salida del evaporador se tendrá el refrigerante totalmente evaporado y con todo el calor añadido posible. Por tanto, en ese caso el evaporador está a la espera de más refrigerante, por lo que el bulbo sensor permite que se abra la válvula dejando pasar más refrigerante.

Normalmente las válvulas de expansión termostática se ajustan por el fabricante para un sobrecalentamiento del orden de 7 - 10°C. Este sobrecalentamiento se mantendrá constante, independientemente de las condiciones de carga del evaporador pero esta válvula termostática no puede mantener una cierta temperatura y presión en el evaporador, únicamente un sobrecalentamiento constante.

Las válvulas termostáticas con bulbo más comúnmente usadas en la actualidad son:

• Válvulas termostáticas con igualador interno
• Válvulas termostáticas con igualador externo.

En conjunto con el resorte, la igualación también ejerce una fuerza contraria a la del bulbo sensor. La fuerza del igualador es correspondiente a la propia presión de succión y el igualador puede ser interno y externo.

Cuando se habla de una igualación interna, se cuenta con una cavidad que toma presión de la salida de la válvula de expansión; esto se aplica en sistemas de bajo tonelaje sin distribuidor, en donde la presión de la salida de la válvula se puede considerar igual a la presión de succión.

Para evaporadores de mayor capacidad, en donde el sistema cuenta con un distribuidor (múltiples circuitos) es necesario utilizar una válvula con igualador externo, lo que se logra por medio de una conexión (generalmente de ¼”) que se lleva al cabezal de succión del evaporador; con ello, se mide la presión real después de todas las pérdidas de carga inherentes al distribuidor, esprea y serpentín del evaporador.

Válvula de expansión automática (VAT)

La válvula automática de expansión trabaja de forma similar a la válvula de expansión termostática pero a diferencia de esta última que trabaja con la temperatura, la válvula automática de expansión trabaja con  la presión.

Al igual que todos los dispositivos de control de flujo, esta también permite o impide, según sea el caso, el paso de refrigerante hacia el evaporador. Esto lo hace manteniendo una presión constante dentro de este, para lograr lo anterior, el resorte interno tiende abrir la válvula y la presión del evaporador tiende a cerrarla, una vez ajustada la presión del resorte para que tenga un equilibro con la presión del evaporador, la válvula se vuelve automática.

Estas válvulas son ajustables para permitir la apertura de la válvula dentro de un amplio rango de presiones. Estas válvulas deben ser ajustadas para presiones atmosféricas específicas, ya que esta afecta su operación.

Válvula termoeléctrica de expansión (VTEE)

La válvula expansión controlada termoeléctricamente depende de un sensor eléctrico que detecta el calor por medio de termistores los cuales son expuestos directamente al refrigerante en la línea de succión, así que cuando el refrigerante está caliente, los termistores conducirán mas voltaje, caso contrario cuando el refrigerante esta mas frio.

Cuando aumenta el voltaje, la abertura de la válvula será mayor, dejando pasar mayor volumen de refrigerante al evaporador. Al enfriarse el refrigerante, el voltaje será menor y la válvula cierra.

Flotador en el lado de baja presión

El flotador en el lado de baja presión es un eficiente, aunque simple, control de refrigerante. Se utiliza para mantener un nivel constante de liquido refrigerante en el evaporador.

Si se disminuye la presión, la válvula se cierra, ya que el flotador se desplaza accionando la válvula. Al bajar el nivel de líquido, hasta cierto nivel, dentro del evaporador el refrigerante liquido se evapora; al succionarlo el compresor, se abre la válvula manteniéndose constante el nivel de líquido.

Flotador en el lado de alta presión

El flotador en el lado de alta presión se utiliza como válvula de regulación del volumen de refrigerante; el refrigerante liquido que sale del condensador entra en la cámara abriendo la válvula, se expande y entra en el evaporador.

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