C I C L O D E R E F R I G E R A C I O N

B A S I C O

Proyect: Ing. Orlando Mican Buitrago

DISPOSITIVOS DE CONTROL DE LQUIDO REFRIGERANTE

2

DISPOSITIVOS DE CONTROL DE LQUIDO REFRIGERANTE

Este captulo estudia los diferentes dispositivos de control de lquido refrigerante y

los principios sobre los que cada tipo funciona. Se estudiar adems, la teora de

la refrigeracin aplicada a stos dispositivos de control.

Los principales puntos a ser estudiados son:

DEFINICIN

DIFERENTES CLASES DE DISPOSITIVOS DE CONTROL

TEORA DE LOS DISPOSITIVOS DE CONTROL

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

El primer punto ser la definicin de los dispositivos de control de lquido

refrigerante que ser seguido por una relacin de varios tipos. El captulo

continuar con una discusin de la teora bsica de los dispositivos de control. Se

estudiar por ltimo, cada dispositivo y el principio en que se basa.

Aunque los dispositivos de control son uno de los ms difciles de entender entre

los diferentes componentes de un sistema de refrigeracin, su funcin bsica es

extremadamente sencilla. Es un dispositivo destinado a controlar el caudal de

lquido refrigerante que entra al evaporador. El dispositivo de control puede ser

accionado por diferentes fuerzas, tales como, temperatura o presin, pero su

funcin es siempre la misma: el control del caudal de lquido refrigerante.

He aqu los seis principales dispositivos de control de lquido refrigerante:

- VLVULA DE EXPANSIN MANUAL

- FLOTADOR DE LADO DE BAJA (LSF)

- FLOTADOR DE LADO DE ALTA (HSF)

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parte del mismo lquido. En este caso, 10 libras de lquido entran al dispositivo de

control y aproximadamente salen 8 libras de lquido y 2 libras de vapor.

Por lo tanto se ha evaporado un 21.5% del lquido para enfriar el lquido restante a

la temperatura de evaporacin. Este lquido evaporado se conoce con el nombre

de "flash gas". Esta "evaporacin rpida" tiene lugar en todos los dispositivos de

control, aunque vara grandemente dependiendo de su aplicacin.

El grfico nos muestra qu sucede al refrigerante cuando pasa a travs del

dispositivo de control. Este es el mismo grfico temperatura - Btu o Diagrama de

Mollier.

Toda el rea a la izquierda de la lnea 2, representa el refrigerante en estado

lquido. Toda el rea comprendida entre las lneas 1 y 2, representa una mezcla

de vapor y lquido y por ltimo, toda el rea a la derecha de la lnea 1, representa

al refrigerante en estado gaseoso.

100 F

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PRESION

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17.3 31.1

64.1

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LINEA 2

LINEA 1

6

En sta ilustracin el Refrigerante-12 en estado lquido, entra al dispositivo de

control en el punto A con unas condiciones de 117.1 psig y 100F. Cuando pasa a

travs del dispositivo de control la presin cae a 37 psig y la temperatura

correspondiente a sta presin es 40F. Estas condiciones estn representadas

por B. En B existe una mezcla de vapor y lquido. El vapor se ha formado por la

evaporacin de algo de lquido al ser trasladado el calor sensible del lquido

restante, reducindose de sta manera la temperatura de ste a 40F.

El gas relmpago puede ser causado por muchos factores en un sistema de

refrigeracin, pero uno de los ms importantes es el que se muestra en la

diapositiva. Este grfico es el mismo que el anterior, excepto, que se ha aadido

la lnea A'B'. Esta lnea muestra el efecto o incremento de la razn de compresin

sobre el gas relmpago. Suponiendo que la presin del lado de baja permanezca

constante, la razn de compresin ha sido incrementada al aumentar la presin de

alta.

La lnea CB representa la cantidad de gas relmpago en el grfico anterior; la

lnea CB' representa la nueva cantidad de gas relmpago con una ms alta razn

de compresin.

100 F

40 F

PRESION

BTUS

17.3 31.1

64.1

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117.1 PSIG A

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13.8 64.1 FLASH GAS

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LINEA 1

A

B

7

Este es un motivo muy importante de por qu la razn de compresin deber ser

mantenida tan baja como sea prcticamente posible.

Este grfico muestra tambin por qu la cantidad de un 21.5% de "flash gas" se

usaba en el grfico precedente. Como la lnea 2 es la lnea del lquido saturado,

en C todo el refrigerante est en estado lquido a 40F. En estas condiciones,

cada libra de Refrigerante-12, contendra 17.3 Btu. Como la lnea 1 es la lnea del

vapor saturado, en D, todo el refrigerante est en estado de vapor saturado a

40F. En ste punto el refrigerante contendra 81.4 Btu por libra.

En la prctica puede considerarse que no se produce prdida ni ganancia en el

calor total del refrigerante cuando pasa a travs del dispositivo de control. Por lo

tanto, como una libra de lquido refrigerante contiene 31.1 Btu cuando entra al

dispositivo de control en A, tambin contendr 31.1 Btu cuando salga del mismo.

El calor total que una libra de refrigerante, podra absorber entre C y D es 64.1

Btu. En la ilustracin se muestra que se han usado 13.8 Btu (representados por la

lnea CB) para enfriar el lquido restante desde 100F a 40F. Si dividimos 13.8

entre 64.1 se obtiene 21.5%; por lo tanto un 21.5% de lquido se ha evaporado o

"Flashed".

Realmente existe una pequea prdida en el calor del refrigerante a causa del

calor absorbido por la vlvula, tuberas el evaporador, distribuidor, etc., pero en la

prctica la cantidad es demasiado insignificante para ser considerada.

8

Con el estudio de la teora de los dispositivos de control, la teora del cielo de

refrigeracin est ahora completa. El ciclo total de compresin, condensacin,

expansin y evaporacin ha sido ya explicado.

Este grfico nos muestra el ciclo completo realizado sobre un diagrama

temperatura - Btu. Al igual que en el grfico anterior toda el rea situada a la

izquierda de la lnea 2, represente al refrigerante en estado lquido; toda el rea

comprendida entre las lneas 2 y 1 representa una mezcla de vapor y lquido y

toda el rea situado a la derecha de la lnea 1 representa el refrigerante en estado

gaseoso.

Para revisar brevemente el ciclo, supongamos que A sea la entrada del vapor de

succin al compresor. De A a B el gas es comprimido. Ntese que no solamente

aumenta la temperatura, sino que tambin hay un incremento en el contenido de

calor del vapor. Esto sucede por el trabajo realizado al comprimir el vapor y se

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B

CICLO DE REFRIGERACION

B

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RECHAZO DE CALOR

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CALOR DE COMPRESION

9

llama "calor de compresin". De B a B1 el sobrecalentamiento del vapor es

trasferido y se enfra hasta la lnea de vapor saturado o temperatura de

condensacin. De B1 a B2 el vapor es condensado. Desde B2 hasta C el lquido

condensado es subenfriado en el condensador o con intercambio de calor. Este

calor trasladado del sistema se conoce con el nombre de "Heat of Rejection"

(rechazo de Calor).

De C a D el lquido pasa a travs del dispositivo de control. En ste paso tiene

lugar un cambio en la temperatura correspondiente a la presin, y adems un

cambio de estado parcial, permaneciendo constante la cantidad de calor contenido

en el refrigerante.

El balance del ciclo es absorcin de calor. Desde D a D1 la absorcin se consigue

enteramente por evaporacin del refrigerante. Este calor absorbido es latente

como resultado de un cambio de estado del refrigerante. Desde D1 a E, la

absorcin da como resultado un sobrecalentamiento del vapor refrigerante antes

de que abandone el evaporador en E. Esta cantidad de calor absorbido de D a E,

se conoce como "efecto neto de refrigeracin " y es realmente el trabajo til que el

sistema de refrigeracin realiza.

Desde E a A, una pequea cantidad de calor es absorbido por el sistema a travs

de la lnea de succin dando como resultado un sobrecalentamiento adicional.

Este ciclo es el bsico para todos los sistemas de refrigeracin por compresin. Si

ha sido comprendido, puede hacerse un anlisis exacto de cualquier sistema de

refrigeracin por compresin.

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13

Esta ilustracin corresponde a un flotador de lado de alta. Este flotador est

localizado sobre el lado de alta del sistema, y est sumergido en lquido de alta

presin, que es el control primario.

Este tipo de dispositivo de control puede usarse solamente en un sistema que

tenga una carga de refrigerante "crtica". Tan pronto como el gas caliente se

condensa, llega al dispositivo de control. Como el nivel de lquido sube en la

cmara del flotador, ste abre y permite al refrigerante pasar al evaporador. Este

control permite al lquido llegar al evaporador en la misma cantidad que es

condensado, por lo tanto no es necesario prever en el sistema otro

almacenamiento automtico de lquido refrigerante, que el evaporador.

De esta manera, una sobrecarga de refrigerante podra dar como resultado una

inundacin de lquido en el compresor y una carga escasa de refrigerante podra

ocasionar un evaporador poco eficiente. Frecuentemente se utilizan acumuladores

de succin para hacer la carga de refrigerante menos crtica, particularmente en

sistemas de amoniaco.

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La

Un

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15

presin del evaporador disminuye, la presin del muelle sobrepasa la presin del

evaporador y empuja el diafragma hacia abajo, abriendo la vlvula.

Cuando esta vlvula mantiene una presin en el evaporador constante, tambin

tiende a mantener constante la temperatura del evaporador. Una importante

consideracin a ser tomada en cuenta en relacin con el funcionamiento de sta

vlvula, es que tiene una accin inversa en cuanto a condiciones de carga

variables. Cuando la carga en un evaporador aumenta, la presin de succin

normalmente aumenta, debido al aumento de evaporacin. Para absorber ese

aumento de carga, ste debe ser acompaado de un aumento en la cantidad de

lquido refrigerante que pasa al evaporador. En este caso, el aumento de presin

en la vlvula de expansin automtica cierra la vlvula. En este caso, el aumento

de presin en la vlvula de expansin automtica cierra la vlvula. Al cerrarse la

vlvula cuando tiene lugar un incremento en la carga, el suministro de refrigerante

es abierto, tanto ms cuando mayor es el incremento.

Esto quiere decir que sta vlvula solamente debe usarse en sistemas donde la

carga es relativamente constante. Se utilizan principalmente en sistemas tales

como refrigeradores domsticos y pequeos enfriadores de agua, etc.

16

SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT

Antes de estudiar la vlvula de expansin termosttica, debe hacerse un breve

repaso del concepto de "sobrecalentamiento".

Esta diapositiva nos muestra un evaporador de tubo desnudo que utiliza una

vlvula de expansin manual. En ste evaporador no se ha tenido en cuenta

ninguna cada de presin, en otras palabras, la presin es la misma a lo largo de

todo el evaporador. Cuando la vlvula est ligeramente abierta, una pequea

cantidad de refrigerante entra en el evaporador. El calor pasa al refrigerante a

travs del tubo produciendo la ebullicin del refrigerante. Si nicamente circula

una pequea cantidad de refrigerante sta se habr completamente evaporador

en un punto tal, como A. A lo largo de todo ste ejemplo supondremos que la

20F 0F S.H.

30F

40 F

50F

10F S.H.

20F S.H. 30F S.H.

A

B

C

21 PSIG

21 PSIG 30F DE SOBRECALENTAMIENTO

PC No 3

PC No 2

17

presin del evaporador es de 21 psig. La temperatura de saturacin a 21 psig es

de 20F.

Desde el punto A, todo el refrigerante es vapor y cualquier calor adicional

absorbido da como resultado un sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento es la

diferencia entre la temperatura real del vapor y la temperatura de saturacin o

temperatura de ebullicin correspondiente a la presin del vapor. En B, la

temperatura del vapor es 30F y nosotros tenemos 10F de sobrecalentamiento.

En la ltima curva del serpentn, la temperatura del vapor es de 40F, ste tiene

por tanto 20F de sobrecalentamiento. En C, la diferencia entre la temperatura

real del vapor (50F) y la temperatura de saturacin (20F) es 30F de

sobrecalentamiento.

20F 0F S.H.

20F

30 F

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10F S.H. 20F S.H.

A

B

C

21 PSIG

21 PSIG

20F DE SOBRECALENTAMIENTO

PC No 3 PC No 2

18

Cuando la vlvula se abre ms, el caudal de refrigerante aumenta y el punto en

que la ltima gota de lquido hierve, se traslada desde A a B. La menor superficie

disponible de evaporador para sobrecalentar el refrigerante, da como resultado, un

menor sobrecalentamiento del gas. El gas representado en la diapositiva sale del

evaporador a 40F que representa un sobrecalentamiento de 20F.

Las condiciones ideales seran las indicadas en la grfica, con la vlvula ajustada

adecuadamente para conseguir un sobrecalentamiento de 0F, es decir, en el

refrigerante que sale del serpentn. Este grfico nos muestra que la ltima gota de

lquido hierve en el punto C.

20F 0F S.H.

20F

20 F

20F

0F S.H.

0F S.H. 0F S.H.

A

B

C

21 PSIG

21 PSIG

0F DE SOBRECALENTAMIENTO

PC No 3 PC No 2

19

Si abrimos la vlvula manual, demasiado, podra ocurrir que el caudal de

refrigerante fuera tan grande que el lquido inundara el compresor. Esto es

peligros ya que el compresor puede averiarse.

La aplicacin prctica de la vlvula de expansin termosttica se aproxima a las

condiciones que vemos en sta grfica. En ste ejemplo, el punto de completa

evaporacin est situado en la ltima curva del evaporador, lo cual permite al

vapor absorber 10F de sobrecalentamiento antes de abandonar el serpentn.

Teniendo en cuenta las variaciones, en las cargas y retardo en la respuesta de los

dispositivos de control, 10F es el mnimo sobrecalentamiento prctico para aire

acondicionado. En refrigeracin y aplicaciones especiales se usan a menudo

ajustes de sobrecalentamiento ms bajos.

20F 0F S.H.

20F

20 F

30F

0F S.H.

0F S.H. 10F S.H.

A

B

C

21 PSIG

21 PSIG

10F DE SOBRECALENTAMIENTO

PC No 3 PC No 2

VLVU

ULA DE EXPPANSIN TTERMOSTAT

PC No 2

TICA

PC No 3

20

21

Con mucho, el ms ampliamente usado de todos los dispositivos de control es la

vlvula de expansin termosttica que muestra la grfica. Esta vlvula mide

controla el flujo de refrigerante que va al evaporador de manera exacta y en la

proporcin que requiere la velocidad de evaporacin, para mantener un

sobrecalentamiento relativamente constante al final del serpentn evaporador.

Aunque es extensamente usada, esta vlvula es la ms difcil de comprender de

todos los dispositivos de control. Este dispositivo de expansin es controlado por

medio de temperatura.

Esta ilustracin muestra una seccin de una vlvula de expansin termosttica

con los principales componentes sealados por sus nombres.

Esta ilustracin es una representacin esquemtica de una vlvula de expansin

termosttica. Hemos resaltado aqu las tres presiones actuantes. La presin del

bulbo acta sobre la parte superior del diafragma y la presin del evaporador

acta sobre la parte inferior del diafragma. Cuando la presin del bulbo es mayor

que la suma de la presin del muelle y la presin del evaporador, las varillas de

PC No 2

PC No 3

PRESION DEL EVAPORADOR PRESION DEL RESORTE

PRESION DEL BULBO

VSTAGO OBTURADOR

ORIFICIO

22

empuje y el pin obturador sern empujados hacia abajo, abriendo el orificio.

Cuando la presin del bulbo es menor que la suma de la presin del muelle, y la

presin del evaporador, el vstago obturador ser tirado hacia arriba, cerrando el

orificio.

La presin del evaporador llega a la parte inferior del diafragma a travs de un

orificio interno que existe en la vlvula. Esto sucede en una "vlvula de igualacin

interna".

VLVULA EN EQUILIBRIO

Esta ilustracin muestra una representacin esquemtica de una vlvula de

expansin termosttica de una vlvula de expansin termosttica a la que se han

aadido datos de presin y temperatura. Es una vlvula de expansin termosttica

ajustada para un sobrecalentamiento de 10F con una presin encima del

diafragma igual a la suma de las dos presiones que actan por debajo del

diafragma. Es decir, la presin del muelle ms la presin del bulbo. En ste

37 PSIG 40F

40F 37 PSIG 50F

PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG

PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG

46.7

9.7 37

PC No 2

PC No 3

PC No 4

23

ejemplo se ha usado Refrigerante-12. La presin del evaporador es de 37 psig

como se ve en el manmetro. Suponiendo que no exista cada de presin, sta

presin es la que acta sobre la parte inferior del diafragma. La presin del muelle

con regulacin manual se ejerce tambin sobre la parte inferior del diafragma y es

igual a 9.7 libras como se ve en la figura. La presin total sobre la parte inferior

del diafragma es 9.7 + 37 o sea 46.7 libras.

El vapor de refrigeracin que sale del evaporador tiene un sobrecalentamiento de

10F. Esto indica que la temperatura del gas al final del evaporador ser 10F

ms alta que la temperatura correspondiente a la presin del evaporador. La

presin del evaporador es 37 psig que corresponde a 40F. Como el vapor que

sale del evaporador tiene un sobrecalentamiento de 10F, la temperatura al final

del evaporador ser de 40F ms 10F es decir 50F como se ve en el

termmetro. La temperatura del bulbo de la vlvula de expansin termosttica,

ser, por lo tanto de 50F. Si hay lquido Refrigerante-12 en el bulbo a 50F su

presin ser de 46.7 psig. Esta presin ser transmitida a la parte superior del

diafragma a travs del tubo capilar.

La presin sobre las partes superior e inferior del diafragma son iguales y la

vlvula est en equilibrio, y como resultado una cantidad fija y continua de caudal

refrigerante penetra al evaporador. La vlvula permanecer en esta posicin

mientras no haya ningn cambio en el calor transferido al evaporador.

24

VLVULA ABRIENDO

Este esquema muestra el efecto de un aumento en la carga, o sea la cantidad de

calor transferido, en el evaporador que vemos en la anterior grafica. Como la

carga ha aumentado, la cantidad de evaporacin tambin ha aumentado, y todo el

lquido refrigerante a baja presin se ha evaporador mucho ms rpidamente.

Esto trae consigo un aumento del sobrecalentamiento al quedar ms cantidad de

serpentn disponible para sobrecalentar el gas. La temperatura del vapor de

refrigerante que sale del evaporador ha aumentado a 55F como se ve en el

termmetro. Como la presin en el evaporador se ha mantenido a 37 psig, la

correspondiente temperatura de evaporacin es an de 40F.

El sobrecalentamiento en ste caso sera de 55F menos 40F sea 15F. El

lquido del bulbo estar ahora a una presin de 52.0 psig, presin correspondiente

a 55F. Esta presin ejercida sobre la parte superior del diafragma es mayor que

la presin total de 46.7 psig (37 + 9.7) ejercida en la parte inferior del diafragma.

37 PSIG 40F

40F 37 PSIG 55F

PRESION DEL BULBO 52 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG

PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 52 PSIG

52

9.7 37

PC No 2

PC No 3

PC No 4

25

Por lo tanto, como se ve en el detalle, el diafragma ser empujado hacia abajo y

se abre ms refrigerante al evaporador y compensar el incremento de carga.

VLVULA CERRANDO

Esta ilustracin nos muestra el efecto de una disminucin de carga en el

evaporador. Cuando la carga disminuye el refrigerante no se evapora tan

rpidamente y el punto en donde todo el lquido se habr evaporado se mueve

hacia delante en direccin al final del serpentn. Esto significa que menos

cantidad de serpentn est disponible para sobrecalentar el vapor de refrigeracin.

La temperatura del vapor de refrigeracin que sale del evaporador ha disminuido a

45F como se ve en el termmetro. Como la presin del evaporador se ha

mantenido a 37 psig la correspondiente temperatura de evaporacin es an de

40F. El sobrecalentamiento sera en ste caso, de 45F menos 40F sea 50F.

El lquido del bulbo estar a una presin de 41.6 psig, que es la presin que

corresponde a 45F. Esta presin transmitida a la parte superior del diafragma es

37 PSIG 40F

40F 37 PSIG 45F

PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG

PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG

41.6

9.7 37

PC No 2

PC No 3

PC No 4

26

menor que la presin total 46.7 psig (37 + 9.7) ejercida sobre la parte superior del

diafragma. Por lo tanto, como vemos en el detalle, el diafragma ser atrado hacia

arriba y cerrar la vlvula reduciendo de sta manera el caudal de refrigerante que

entra en el evaporador.

VLVULA CON CAIDA DE PRESION EN EL EVAPORADOR

Otro factor en el estudio de la vlvula de expansin termosttica, es la "cada de

presin en el serpentn". En el esquema en que vimos las condiciones de

equilibrio, con 10F de sobrecalentamiento, la presin al final del serpentn era 37

psig y la presin en el bulbo era de 46.7 psig. Para mantener sta condicin de

equilibrio se necesitaba un muelle ajustado a 9.7 psig.

En el grfico que ahora vemos se supone que existe una cada de presin en el

serpentn de 10 psig. Suponiendo que la capacidad del compresor mantenga an

una presin de 37 psig a la salida del serpentn, la presin a la entrada del mismo

47 PSIG 40F

40F 37 PSIG 50F

PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 47 PSIG

PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG

46.7

9.7 47

PC No 2

PC No 3

PC No 4

27

ser de 47 psig. Esto da lugar a una presin total sobre la parte inferior del

diafragma de 47 ms 9.7 sea 56.7 psig. Como se muestra en el detalle, en ste

caso la vlvula se cerrar y se aumentar el sobrecalentamiento.

VLVULA EN EQUILIBRIO CON CAIDA DE PRESION EN EL EVAPORADOR

Este grfico muestra las mismas condiciones que el anterior, excepto que la

vlvula de expansin termosttica ha alcanzado unas condiciones de equilibrio.

Como se mostr previamente la presin bajo la parte inferior del diafragma es de

56.7 psig (9.7 + 47). Esto requiere una presin de 56.7 psig para que la vlvula

est en equilibrio. Para crear sta presin se requiere una temperatura en el

bulbo de 59F y la temperatura a la salida del serpentn es de 40F (que

corresponde a 37 psig) el sobrecalentamiento es de 19F. Este

sobrecalentamiento es demasiado alto ya que da como resultado un evaporador

de pobre rendimiento, en el cual demasiada cantidad de serpentn est siendo

desaprovechada en sobrecalentar el vapor de refrigeracin.

47 PSIG 40F

40F 37 PSIG 59F

PRESION DEL BULBO 56.7 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 47 PSIG

PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 56.7 PSIG

56.7

9.7 47

PC No 2

PC No 3

PC No 4

28

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA EN EQUILIBRIO

Para compensar la cada de presin en el evaporador se usa una vlvula de

igualacin externa. En sta vlvula, el orificio de igualacin interna se ha

eliminado y la presin ejercida en la parte inferior del diafragma se toma del final

del serpentn, cerca del bulbo trmico, como se ve en la ilustracin.

Todas las dems condiciones permanecen igual, pero la presin del evaporador

ejercida en la parte inferior del diafragma ha descendido a 37 psig, dando una

presin total en la parte inferior del diafragma de 37 ms 9.7 sea 46.7 psig.

Con 46.7 psig en la parte superior del diafragma la vlvula estar en equilibrio,

como vemos en el detalle, para un sobrecalentamiento de 10F.

47 PSIG 40F

40F 37 PSIG 50F

PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG

46.7

9.7 37

PC No 2

PC No 3

PC No 4

29

Para todo lo que concierne al funcionamiento de la vlvula, se ha despreciado la

cada de presin en el serpentn. La vlvula de igualacin externa obtiene la

presin que acta sobre ella de un punto en el serpentn, en el que el

sobrecalentamiento es medido y no afectado en absoluto por la presin en el

principio del serpentn. Siempre que exista una cada de presin de varias libras,

deber usarse una vlvula de expansin termosttica de igualacin externa.

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA CERRADA

Cuando un compresor para en un ciclo durante un perodo de tiempo largo

("Shut-Down), la presin en el evaporador normalmente aumentar. Esta presin,

normalmente alcanzar la presin de saturacin correspondiente a la temperatura

del aire que rodea el serpentn. En ste caso, representado en la figura, se supone

que el serpentn y la temperatura del bulbo est a 80F. Si el bulbo y el evaporador

84.1 PSIG 40F

80F 84.1 80F

PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 84.1 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG

84.1

9.7 84.1

PC No 2

PC No 3

PC No 4

30

est a la misma temperatura, la presin del muelle mantendr la vlvula en

posicin cerrada como se muestra en el detalle.

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA CERRADA

Suponiendo que las condiciones del ambiente son las mismas que en la ilustracin

anterior, cuando el compresor se ponga en marcha, la presin en la parte inferior

del diafragma se reduce y la vlvula abre. Esta ilustracin muestra la vlvula

igualada externamente con muelle ajustado a 9.7 psig. Cuando la presin en la

parte superior del diafragma sea de 84.1 psig, presin correspondiente a 80F, la

vlvula comenzar a abrir cuando la presin del evaporador se reduzca a 74.3

psig. Con una presin en el evaporador de 74.3 psig, la presin en la parte inferior

del diafragma (9.7 + 74.3 sea 84.0 psig), es menor que la presin del bulbo que

74.3 PSIG

74.3 PSIG 80F

PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 74.3 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG

84.1

9.7 74.3

PC No 2

PC No 3

PC No 4

31

es 84.1 psig. De esto se deduce que la presin del evaporador necesita

solamente ser reducida ligeramente ms que la presin del muelle para que la

vlvula abra.

Esta alta presin de succin puede causar una sobrecarga en el motor del

compresor, dependiendo esto del equipo seleccionado, diseo del mismo y

condiciones de carga. Esto es caracterstico de la vlvula de expansin

termosttica cargada con lquido.

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA ABIERTA

Otra cosa que puede ocurrir durante los perodos prolongados de parada ("Shut -

Down") en los correspondientes a un ciclo ("off cycle") se muestra en sta

84.1 PSIG

84.1 PSIG 100F

PRESION DEL BULBO 116.9 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 84.1 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 116.9 PSIG

116.9

9.7 84.1

PC No 2

PC No 3

PC No 4

T AMBIENTE 80F T AMBIENTE 100F

32

ilustracin. En ste grfico la vlvula de expansin termosttica est situada al

exterior de la corriente de aire que atraviesa el serpentn. Durante los perodos de

parada prolongados ("Shut - Down") el bulbo est expuesto a ms altas

temperaturas que el serpentn. En ste caso la presin del muelle y la presin del

serpentn permanecen iguales pero la temperatura del bulbo es de 100F. Esto

supone una presin de 116.9 psig sobre la parte superior del diafragma, que

mantendr la vlvula abierta como se ve en el detalle.

Esto ocasionar que el serpentn se llene de lquido con la posibilidad de que

inunde el compresor al arrancar. Esta es tambin otra caracterstica de la vlvula

de expansin termosttica cargada con lquido.

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA CERRADA

84.1 PSIG

84.1 PSIG 100F

PRESION DEL BULBO 50 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 84.1 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 50 PSIG

50

9.7 84.1

PC No 2

PC No 3

PC No 4

T AMBIENTE 80F T AMBIENTE 100F

33

Esta ilustracin muestra un mtodo mediante el cual la sobrecarga y las

inundaciones de lquido pueden ser evitadas. El bulbo de la vlvula de expansin

termosttica se carga con muy poca cantidad de lquido. Esto se llama un bulbo

de "carga lmite" "cargado con vapor". Cuando el bulbo alcanza una cierta

temperatura, todo el lquido se evapora y cualquier aumento en la temperatura

solamente sobrecalentar el vapor en el bulbo y no dar como resultado ningn

aumento apreciable en la presin.

Si por ejemplo, como vemos en la diapositiva se desea en el bulbo una presin no

mayor de 50 psig se colocar en l una carga de lquido que estar enteramente

evaporada a 50 psig 53F. No importa a que alta temperatura llegue el bulbo en

condiciones normales por encima de 53F, ya que la presin en el mismo

permanecer siempre a 50 psig.

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA ABRIENDO

40 PSIG

40 PSIG

PRESION DEL BULBO 50 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 40 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 50 PSIG

50

9.7 40

PC No 2

PC No 3

PC No 4

34

He aqu el mismo bulbo "cargado con vapor de refrigeracin" cuando est

abriendo. La presin del vapor que sale del serpentn ha bajado ahora a 40 psig y

la presin del bulbo de 50 psig es suficientemente alta para vencer las presiones

combinadas de succin y del muelle (40 + 9.7 sea 49.7 psig).

VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA OPERANDO

En ste esquema, la temperatura del bulbo trmico "cargado con vapor de

refrigeracin" ha descendido por debajo de los 53F de temperatura y el

refrigerante del bulbo trmico y tubo capilar ha empezado a condensarse. Un

examen de ste esquema nos mostrar que sta vlvula est ahora funcionando

exactamente como si tuviera un bulbo cargado con lquido tal como se ha

estudiado anteriormente. Esta vlvula "cargada con vapor de refrigeracin",

protege contra inundaciones de lquido en el evaporador durante los perodos de

parada prolongados ("Shut Down").

31.9 PSIG

31.9 PSIG

PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG

PRESION DEL EVAPORADOR 31.9 PSIG PRESION DEL RESORTE

9.7 PSIG

PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG

41.6

9.7 31.9

PC No 2

PC No 3

PC No 4

45F 34F

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36

La vlvula de expansin termosttica es el ms variable de todos los dispositivos

de control. Puede ser usado, bien como dispositivo de control propiamente dicho,

como dispositivo piloto para control del evaporador en casi cualquier aplicacin.

A causa de su complejidad, sin embargo, su funcionamiento en ambas

aplicaciones debe ser completamente comprendido por los montadores, con el

objeto de obtener resultados satisfactorios.

Tres puntos muy importantes recordar, se muestran en sta grfica. El primero es

que la superficie de contacto entre el bulbo de la vlvula de expansin

termosttica y la lnea de succin, debe ser tan ntima como sea posible para que

asegure una buena transferencia de calor. La temperatura del bulbo trmico debe

ser tan aproximadamente como sea posible a la temperatura del vapor que sale

del evaporador.

La ilustracin B muestra la importancia de la posicin del bulbo sobre la lnea de

succin. El aceite lquido refrigerante pueden circular por la parte baja de la

lnea de succin, dando una falsa "lectura" de la temperatura. El bulbo debe ser

colocado de tal manera que obtenga una "lectura" de la temperatura del aceite

lquido refrigerante. La aplicacin dimensin de la lnea de succin determina la

posicin que debe tener el bulbo sobre la lnea, pero definitivamente nunca debe

ser colocado sobre la parte inferior de la lnea de succin.

La posicin de la lnea de igualacin. Debe ser injertada a la lnea de succin en

un punto ms adelante (en el sentido de circulacin de refrigerante) que el bulbo,

de tal manera que una pequea fuga a travs del prensaestopas, de la vlvula no

afectar la temperatura del bulbo. Si no se instalase el bulbo de sta manera,

debido a eventuales fugas en el prensaestopas del interior de la vlvula, podra

llegar a la tubera de aspiracin una pequea cantidad de refrigerante no

evaporado, el cual producira un enfriamiento del bulbo, con lo que ste podra

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40

1. Un dispositivo de control, controla el caudal de refrigerante que llega el

evaporador. Hay siete principales dispositivos de control:

a. VLVULA DE EXPANSIN MANUAL

b. FLOTADOR DE LADO DE BAJA

c. FLOTADOR DE LADO DE ALTA

d. VLVULA DE EXPANSIN AUTOMTICA

e. VLVULA DE EXPANSIN TERMOSTTICA

f. VLVULA DE EXPANSIN TERMO-ELCTRICA

g. TUBO CAPILAR

2. La vlvula de expansin manual crea un orificio en la lnea de succin. Debe

ser ajustada manualmente para cada variacin de carga.

3. El nivel de lquido en la cmara del flotador evaporador, controla el flotador

de lado de baja.

4. La cantidad de lquido condensado que pasa desde el condensador a la

cmara del flotador, controla el caudal de refrigerante a travs del flotador del

lado de alta.

5. La presin del serpentn evaporador controla la corriente de refrigerante

cuando se usa una A.X.V.

6. El S.H. a la salida del serpentn controla la corriente de lquido cuando se usa

una T.X.V.

La diferencia de presin controla el caudal del refrigerante cuando se usa un tubo

capilar.