REGULADORES DE FLUJO REFRIGERANTE

S2°(McMq)L.LESCANI.ACATEDRA DE REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

Tubo Capilar (Expansión)

El tubo capilar es una tubería de líquido de pequeño diámetro que une el condensador en un extremo con el filtro deshidratador y el otro extremo con el evaporador. Una parte de su longitud va soldada a la tubería de aspiración y forman así, con su 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) brusco 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 costo.

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.

En instalaciones con fluctuación de carga interna del evaporador y evaporadores con distribuidores de líquido, se instalaran válvulas de expansión con el objeto de regular la carga de gas en el evaporador (ver válvulas de expansión).

Consideración sobre los tubos capilares Todos los sistemas de enfriamiento por compresión (aire acondicionado o refrigeración requieren un reductor de presión o de control de flujo o dosificación de la sustancia de trabajo (o refrigerante) del lado de alta al lado de baja presión. El Tubo Capilar como elemento dosificador del flujo de refrigerante es muy popular, para los equipos compactos de aire acondicionado y refrigeración especialmente en equipos pequeños, por encima de 5 caballos de potencia, se aumenta la carga de refrigerante y la capacidad del compresor, haciendo mas difícil las aplicaciones con tubos capilares, y por lo tanto se recomienda que las aplicaciones sean menores de 5 CV, en refrigeración doméstica, aire acondicionado, congeladores, deshumidificadores, etc. tipo compacto o partido. En evaporadores de tiro forzado o con distribuidor de líquido con carga variante de refrigerante, se instalaran válvulas de Expansión.

Ajuste de la carga en sistemas con capilar

Su operación se basa en la cantidad de flujo de refrigerante (masa) en estado líquido que pasa con facilidad a través de un tubo de diámetro pequeño, en cambio cuando está en estado de vapor su restricción al pasar por el tubo es mayor, Conecta la salida del refrigerante del condensador a la entrada del evaporador. En algunos casos se suelda en forma paralela a la tubería de succión del compresor el tubo capilar, formando un intercambiador de calor, con el objeto de mejorar el funcionamiento y eficiencia del ciclo, aumentando el Subenfriamiento del líquido.

Como las presiones de descarga y de succión del compresor ( presión de condensación y presión de evaporación, dependen de la temperatura ambiente y de la carga térmica del refrigerador (o enfriador) respectivamente), en las aplicaciones con tubo capilar, estas variaciones de presiones no son muy grandes, ya que estos equipos relativamente pequeños se encuentran ubicados en lugares de temperatura controlada, con variaciones de temperatura no muy grandes, por lo que las aplicaciones con tubo capilar son ideales.

Las variaciones de carga no son grandes, por lo que en estos sistemas no se requieren recipientes de líquido (calderin), y consecuentemente la carga de refrigerante es mucho menor, casi todos los sistemas de aire acondicionado, refrigeración domestica, etc., son con tubo capilar, y se producen millones cada año (mas otros millones de años anteriores), el ahorro de refrigerante por este concepto es monumental. Un gran porcentaje de estos sistemas no se carga con la cantidad correcta de refrigerante, esto conduce a una ineficiencia de operación de los sistemas, y a daños a los compresores. Por ejemplo, un sistema que tiene una deficiencia de refrigerante de un 10 %, resulta en un 20 % de disminución de eficiencia. Un equipo de 36000.0 Btu/h, requiere aproximadamente 2.7 Kg. de refrigerante R-22

En sistemas con tubo capilar la carga de refrigerante es crítica, ya que si la carga es baja, el evaporador no se llena y como ya se indicó, no entregará su capacidad especificada, menor confort, y trabajará ineficientemente, el retorno escaso de refrigerante al compresor, a mayor temperatura, causará un enfriamiento del motor inadecuado, deteriorándolo y finalmente su quemadura, también ocasionando altas temperaturas de descarga dañando el plato de válvulas.

Una deficiencia pequeña de carga de refrigerante, causará una gran pérdida de capacidad y eficiencia en el sistema, y daños al compresor.

Por otro lado la sobrecarga de refrigerante ocasiona altas presiones de descarga, y por lo tanto alto consumo eléctrico, también causará retorno de refrigerante líquido al compresor, con la consecuente dilución de aceite y por lo tanto la falla de lubricación y rotura mecánica.

Por lo anterior se concluye la importancia de la carga precisa de refrigerante en los sistemas con tubo capilar.

Una ventaja de los sistemas de tubo capilar es que cuando el compresor para, el refrigerante,

Una ventaja de los sistemas de tubo capilar es que cuando el compresor para, el refrigerante, continua su flujo al evaporador, por lo que las presiones del lado de alta y de baja se igualan en corto tiempo, permitiendo el uso de motores y sus componentes de bajo par de arranque

El tubo capilar es de un diámetro pequeño, y por lo tanto susceptible a taparse con cualquier material extraño, y es por lo tanto necesario la utilización de un filtro secador en su entrada. El requerimiento rígido de la cantidad de carga de refrigerante, así como su limpieza, hacen de estos sistemas el fabricarlos en forma compacta, y que salgan de fábrica sellados.

Las principales variables que afectan el funcionamiento del tubo capilar son: Sus Dimensiones largo, y su diámetro. Sus Presiones, de entrada o de condensación, y de salida o de evaporación, y el Subenfriamiento del Líquido a su entrada del tubo.

Como ya se mencionó el control del flujo de refrigerante en el tubo capilar viene del principio físico de que el líquido y el vapor tienen diferencia a fluir. El líquido tiene menos resistencia que el vapor. A medida que el refrigerante entra al tubo capilar a una presión de condensado Pc, esta presión se va reduciendo a temperatura constante Tc, hasta que llega a la presión de saturación Ps a esta temperatura, en ese lugar el refrigerante se evapora y continua por el resto de la longitud del tubo, bajando aún más su presión, en la condición de dos fases Líquida-Vapor. El punto donde se inicia la evaporación se denomina punto de ebullición o de burbujeo.

Cuando la temperatura ambiente aumenta, entonces aumenta la presión de descarga, el Subenfriamiento decrece, por lo tanto la restricción del tubo se aumenta, contrarrestando el efecto del aumento de presión, o sea el tubo capilar se ajusta asimismo.

Para seleccionar un tubo capilar, existen tablas de selección que nos proporciona el diámetro y longitud de un tubo capilar, basándose en la capacidad requerida, tipo de refrigerante, aplicación (temperaturas). Después, de todas maneras es necesario hacer las pruebas (prueba y error), al tubo seleccionado hasta ajustarlo a las condiciones deseadas.

VALVULAS DE TERMO EXPANSIONLa válvula de expansión termostática o válvula de termo expansión, es un dispositivo de medición diseñado para regular el flujo de refrigerante líquido hacia el evaporador, en la misma proporción en que el refrigerante líquido dentro del evaporador se va evaporando. Esto lo logra manteniendo un sobrecalentamiento predeterminado a la salida del evaporador (línea de succión), lo que asegura que todo el refrigerante líquido se evapore dentro del evaporador, y que solamente regrese al compresor refrigerante en estado gaseoso. La cantidad de gas refrigerante que sale del evaporador puede regularse, puesto que la termo válvula responde a:

1. La temperatura del gas que sale del evaporador y,

2. La presión del evaporador.

En conclusión, las principales funciones de una válvula de

termo expansión son: reducir la presión y la temperatura

del líquido refrigerante, alimentar líquido a baja presión

hacia el evaporador, según la demanda de la carga, y

mantener un sobrecalentamiento constante a la salida del

evaporador. Debido a que en el nombre dado a este dispositivo se incluye la palabra «termo», se tiene la falsa idea de que se utiliza para controlar directamente la temperatura, y muchos técnicos intentan erróneamente controlar la temperatura del refrigerador, moviendo el ajuste de la válvula.

Principios del Sobrecalentamiento El sobrecalentamiento se mide en el lugar donde está situado el bulbo en la tubería de aspiración, el resultado es la diferencia entre la temperatura existente en el bulbo y la presión de evaporación / temperatura de evaporación en el mismo lugar. El recalentamiento se mide en Kelvin (K) ó en ºC y se emplea como señal reguladora de inyección de líquido a través de la válvula de expansión.

SubenfriamientoEl Subenfriamiento se define como la diferencia entre la temperatura del líquido y la presión/temperatura de condensación a la entrada de la válvula de expansión. El Subenfriamiento se mide en Kelvin (K) ó en ºC.

El Subenfriamiento del refrigerante es necesario para evitar burbujas de vapor en el líquido delante de la válvula. Las burbujas de vapor merman la capacidad de la válvula y por consiguiente reducen el suministro de líquido al evaporador.

Un Subenfriamiento de un valor de 4-5K es suficiente en la mayoría de los casos.

Subenfriamiento

Válvulas de expansión termostáticas

Una válvula de expansión consta de un elemento termostático separado del cuerpo de válvula por una membrana. El elemento termostático está en contacto con un bulbo a través de un tubo capilar, un cuerpo de válvula y un muelle

Funcionamiento de una válvula de expansión termostática El funcionamiento está determinado por 3

presiones fundamentales: P1: La presión del bulbo que actúa en la

parte superior de la membrana y en la dirección de la apertura de la válvula.

P2: La presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la dirección del cierre de la válvula.

P3: La presión del muelle, que igualmente actúa en la parte inferior de la membrana y en la dirección del cierre de la válvula.

Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por un lado de la membrana y la presión de evaporación y del muelle por el lado opuesto de la membrana.

Por medio del muelle se ajusta el recalentamiento.

Tipos de válvulas Igualador Interno

Como ya se mencionó, en sistemas pequeños donde no se considera caída de presión a través del evaporador, la presión del evaporador que se usa para que actúe debajo del diafragma es la de la entrada. Para esto, las válvulas empleadas, tienen maquinado un conducto interno que comunica el lado de baja presión de la válvula con la parte inferior del diafragma. A este conducto se le conoce como «igualador interno». En la figura 6.14 se muestra un dibujo de una válvula con igualador interno. En algunos tipos de válvulas, la presión del evaporador también se aplica bajo el diafragma, a través de los conductos de las varillas de empuje, además del igualador interno.

Figura 6.14 - Válvula con igualador interno.

Igualado Externo Tal como se mencionó antes, cuando existe caída de

presión a través del evaporador, la presión que debe actuar bajo el diafragma es la de la salida del evaporador; por lo que una válvula con igualador interno no operaría satisfactoriamente, como se explicará más adelante. Las válvulas que se utilizan en estos casos, son válvulas con «igualador externo». Como se puede apreciar en la figura 6.15, en este tipo de válvulas el igualador no comunica al diafragma con la entrada del evaporador, sino que este conducto se saca del cuerpo de la válvula mediante una conexión, la cual generalmente es de ¼" flare. Además, es necesario colocar empaques alrededor de las varillas de empuje, para aislar completamente la parte inferior del

diafragma de la presión a la entrada del evaporador. Una vez instalada la válvula,

Esta conexión se comunica a la línea de succión mediante un tubo capilar, para que la presión que actúe debajo del diafragma, sea la de la salida del evaporador.

Figura 6.15 - Válvula de termo expansión con igualador externo

Ubicación del Bulbo RemotoPuesto que el funcionamiento del evaporador depende

grandemente del buen control de la válvula de termo

E expansión, y este buen control de la válvula depende de la

respuesta a los cambios de temperatura del gas que sale

del evaporador, se debe tener mucho cuidado con los

tipos de bulbos remotos y su colocación. La buena retroalimentación de la temperatura del gas de succión es vital, para que la válvula de termo expansión mantenga ese

control. La ubicación del bulbo remoto es tan importante

como la selección de la válvula adecuada; de otra forma,

afectará de manera adversa la operación de la válvula.

Existen dos formas de instalar los bulbos remotos: mediante

abrazaderas o en termopozos, siendo más común

la primera.

A continuación se dan algunas recomendaciones de instalación del bulbo remoto mediante abrazaderas. El bulbo debe sujetarse firmemente a la línea de succión, lo más cerca posible de la salida del evaporador, en un tramo horizontal. Si se usa más de una termo válvula en evaporadores adyacentes o secciones de evaporadores, asegúrese que el bulbo remoto de cada válvula esté aplicado a la línea de succión del evaporador alimentado por esa válvula. (Ver figura 6.20).

La línea de succión debe limpiarse completamente, antes de sujetar el bulbo en su lugar. Cuando la línea de succión es de fierro, es aconsejable pintarla con pintura de aluminio, para reducir cualquier corrosión futura o contacto deficiente con la línea. En tuberías de succión menores de 7/8" de diámetro, hay relativamente poca diferencia en donde se monte el bulbo alrededor de la circunferencia, puesto que la temperatura en cualquier posición es casi la misma. Generalmente, la posición preferida en líneas pequeñas, es la parte superior como se muestra en la figura 6.23; o sea, en el 12 del reloj. En líneas de succión de 7/8" a 1-5/8" de diámetro, puede haber ocasionalmente alguna variación en la temperatura alrededor de la circunferencia, por lo que por resultados experimentales, el bulbo deberá instalarse en la posición cercana al 10 o al 2 del reloj, tal como se ilustra en la figura 6.24. En líneas de succión mayores de 2" de diámetro, se recomienda instalar el bulbo en una posición aproximada al 4 ó al 8 del reloj, tal como se muestra en la figura 6.25.

En realidad, más importante que la ubicación física del

bulbo alrededor de la tubería es el contacto térmico entre

el bulbo y la línea de succión; así como el diseño de la

Figura 6.24 - Ubicación del bulbo remoto en líneas de succión de7/8" a 1-5/8" de diâmetro

conclusión El bulbo no deberá montarse nunca en la parte baja de

una tubería de aspiración, ya que éste detectará señales falsas a causa de la existencia de aceite en el fondo de la tubería.

El bulbo debe medir la temperatura del vapor de aspiración y, por lo tanto, no debe situarse de manera que esté sometido a fuentes extrañas de calor/frío.

Si el bulbo está sometido a corrientes de aire caliente, se recomienda su aislamiento.

El bulbo no debe montarse después de un intercambiador de calor, ya que en esta posición dará señales falsas a la válvula de expansión

El bulbo no debe montarse cerca de componentes con grandes masas, ya que esto también producirá emisión de señales falsas a la válvula de expansión.

Tal como se ha indicado anteriormente, el bulbo debe instalarse en la parte horizontal de la tubería de aspiración inmediatamente después del evaporador.

No deberá instalarse en un colector de aspiración o en una tubería vertical después de una trampa de aceite.

El montaje del bulbo de la válvula de expansión siempre tiene que efectuarse delante de posibles bolsas de líquido.

Elección de válvula de expansión termostática

La elección de la válvula de expansión termostática se realiza conociendo los siguientes datos:

· Refrigerante · Capacidad del evaporador · Presión de evaporación · Presión de condensación.

Subenfriamiento · Caída de presión a través de la válvula · Igualación de presión interna o externa

NOMENCLATURA DE LA VALVULA DE EXPANSION

ELEMENTOINTERNO DE VALVULA YFILTRO

CARATULA DE LA VALVULACON SUS DATOS RESPECTIVOSGAS,TIPO DE IGUALACION,RANGO DETEMPERATURA

Identificación

El elemento termostático está equipado con una etiqueta (parte superior del diafragma). El código indica el refrigerante para el que está diseñada la válvula:

X = R 22 Z = R 407C N = R 134a L = R 410A S = R 404A/ R507 La etiqueta indica así mismo, el tipo de válvula, rango de

temperatura de evaporación, punto MOP, refrigerante, y presión máx. de prueba PS/MWP.

En las válvulas TE 20 y TE 55 la capacidad nominal está sellada en una etiqueta adherida a la válvula.

El conjunto de orificio para T/TE 2 está marcado con el tamaño del orificio (p.ej. 06) y la grabación de la semana + el último número del año de fabricación (p.ej. 279

El número del conjunto de orificio también está indicado en el embalaje.

La inscripción superior en los conjuntos de orificio para TE 5 y TE 12, (TE 12) indica el tipo de válvula para el que se puede utilizar el orificio. La inscripción inferior (01) indica el tamaño del orificio.

La inscripción inferior en los conjuntos para TE 20 y TE 55 (50/35 TR N/B) indican la capacidad nominal de los dos rangos de temperatura de evaporación N y B, y el refrigerante. (50/35 TR = 175 Kw en el rango N y 123 Kw en el rango B). La inscripción superior (TEX 55) indica el tipo de válvula para el que se puede utilizar el conjunto de orificio

Ajuste La válvula de expansión se suministra con un ajuste de fábrica

idóneo para la mayoría de los casos. En caso de que fuera necesario un ajuste adicional, utilícese el vástago de regulación de la válvula de expansión. Girando el vástago en el sentido de las agujas del reloj se aumenta el recalentamiento y girando en el sentido contrario de las agujas del reloj se disminuye el recalentamiento. En los tipos T /TE 2, una vuelta del vástago resulta en un cambio en el recalentamiento de aproximado 4K (ºC) a una temperatura de evaporación de 0°C.

Para el tipo TE 5 y tamaños superiores una vuelta del vástago a 0°C de temperatura de evaporación, supone un cambio de unos 0.5K.

En las TUA y TUB, una vuelta del vástago a 0°C de temperatura de evaporación, supone un cambio de aproximado 3 K

Un funcionamiento inestable del evaporador puede eliminarse de la siguiente manera: Aumentar el recalentamiento haciendo girar suficientemente el vástago de regulación de la válvula hacia la derecha hasta que desaparezca el funcionamiento inestable. Seguidamente hacer girar el vástago gradualmente hacia la izquierda. Desde esta posición se da una vuelta entera al vástago hacia la derecha, (para los tipos T/TE 2, sólo es necesario 1/4 de vuelta)

En esta posición el sistema de refrigeración tendrá un funcionamiento estable y el evaporador es utilizado a su pleno rendimiento. Una oscilación de ±0.5ºC en el recalentamiento no se considera como un funcionamiento inestable.

Un recalentamiento excesivo en el evaporador puede ser debido por falta de refrigerante.

Se puede reducir el recalentamiento, haciendo girar gradualmente el vástago de regulación hacia la izquierda (en sentido contrario a las agujas del reloj), hasta que el funcionamiento inestable aparezca.

Desde esta posición se da una vuelta entera al vástago hacia la derecha, (para las T/TE 2 sólo un 1/4 de vuelta). En esta posición el evaporador es utilizado a su pleno rendimiento. Una oscilación de ±0.5ºC en el recalentamiento no se considera como un funcionamiento inestable.

TIPS IMPORTANTES PARA LA REGULACION EN CASO DE SER NECESARIA

Sustitución del conjunto de orificio

Si no se puede encontrar un punto de reglaje en el cual el evaporador no presente inestabilidad, puede ser debido a que la capacidad de la válvula sea demasiado grande, siendo necesaria la sustitución del conjunto de orificio o de la válvula por un tamaño menor