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¾ El paso de fluido refrigerante desde la alta presión reinante en condensador, a la baja de evaporador se consigue mediante su laminación a través de un orificio de sección variable o constante denominado "expansor", esta circulación va a producir la pérdida de carga necesaria para reducir el nivel de presiones desde la alta a la baja presión.
LOS EXPANSORES
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EXPANSORES Funciones
CAUDAL EN UN EXPANSOR GENÉRICO
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¾ El papel que juega el expansor o válvula de laminación principal es doble: – Por un lado, asegura el flujo de frigorígeno necesario hacia el equipo de evaporación con el fin de contrarrestar las cargas. – Por otro permite la existencia de la baja presión de vaporización. ¾ Además de controlar la alimentación del dispositivo evaporador, los expansores pueden tener otras aplicaciones en las plantas frigoríficas tales como; mantenimiento de nivel de liquido en recipientes, inyección en tuberías de aspiración ...
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EXPANSORES
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Expansor
Evaporador
mv = K A d [ρ ( pK − p0 )]
1/ 2
Compresor
U S (T − T0 ) m0 = q0
mc =
Vg Rv ve
¾K = constante que depende básicamente del frigorígeno. ¾A = sección de paso de la válvula. ¾d = grado de apertura de la válvula: – d = 0 (totalmente cerrada). – d = 1 (totalmente abierta). ¾ ρ = densidad del frigorígeno. E. TORRELLA
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FUNCIONAMIENTO DE UN EXPANSOR ¾ Dado que los caudales, en régimen permanente, deben ser iguales, vemos que un descenso en la temperatura de evaporación provoca un aumento de los caudales másicos “mv” y “mo", este descenso tiene por consecuencias: – Un aumento de la relación de compresión, y por tanto una disminución del rendimiento volumétrico. – Un aumento del volumen especifico a la entrada del compresor. – Debido a estas dos influencias, el caudal másico trasegado por el compresor se verá reducido, y al ser este el dispositivo "motor" de la instalación, esta actuará sobre el grado de apertura de la válvula "d" con vistas a disminuir el paso de refrigerante. ¾ Por el contrario, un aumento de la temperatura de evaporación, producirá una disminución del caudal "mv", por lo que será necesario aumentar el grado de apertura de la válvula expansora.
¾ Manuales ¾ Control Interno – Automáticos – Termostáticos • Acción mecánica – – – –
Compensación interna Compensación externa Autocontenedores MOP
• Acción electrónica – De Flotador • De alta presión • De baja presión ¾ De sección constante – Capilares – Orificios calibrados
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EXPANSORES MANUALES ¾ Estos dispositivos de expansión están constituidos en esencia por un orificio en el que encaja un vástago que se regula manualmente, abriendo o cerrando la sección de paso, según las necesidades de la instalación. ¾ El vástago suele ser del tipo de aguja, por lo que no se trata de un sistema todo - nada, sino que en cierto modo posee características de tipo proporcional, siendo el caudal másico circulante función del grado de apertura y de la diferencia de presiones entre salida y entrada al elemento. elemento ¾ Este tipo de válvulas no siguen las variaciones de carga que se producen en la instalación, debiéndose regular manualmente si se desea obtener un equilibrio entre la alimentación de frigorígeno y las necesidades de frío.
EXPANSORES MANUALES
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CLASIFICACION DE EXPANSORES
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EXPANSORES MANUALES
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EXPANSORES MANUALES Vista
¾Actualmente su uso, como expansor principal, es muy limitado, ya que requiere que la carga sea constante o necesita un personal dedicado a su regulación. Su utilización mas frecuente se encuentra en sistemas de control de nivel,, en líneas de sangría de aceite y sobre todo como sistema redundante en paralelo con el expansor principal de la instalación. En suma, su uso queda restringido a aquellos sistemas que poseen control de nivel o son de tipo inundado.
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¾ Este tipo de válvulas de expansión mantienen constante la presión reinante en el evaporador, sea cual sea la carga a disipar. Dos fuerzas actúan sobre el expansor, estas son: – Una fuerza F1 debida a la presión de evaporación (con acción de cierre). – Una segunda fuerza F2, resultante de la acción de un resorte, ajustable mediante tornillo de regulación (con acción de apertura). ¾ La acción de la presión atmosférica y del fluido de entrada es despreciable frente a las anteriores.
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN AUTOMÁTICAS
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VÁLVULAS AUTOMÁTICAS
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VÁLVULAS AUTOMÁTICAS
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VÁLVULAS AUTOMÁTICAS ¾ Si la válvula ha sido tarada con un fuerza F2 , y la presión en evaporador baja (descenso en la carga térmica), de tal manera que F1 < F2 , la válvula abrirá dando entrada a una mayor cantidad de frigorígeno, esto provocara un aumento de presión de baja hasta que F2 > F1 con lo que se producirá el cierre de la válvula. ¾ Si la p presión en evaporador p tiende a aumentar, la válvula cerrará hasta que el compresor aspire suficiente cantidad de vapor como para que esa presión disminuya. Por último, cuando el compresor se detiene, al no aspirar vapores del evaporador, la presión en este aumentara provocando el cierre de la válvula, con lo que se tiene una seguridad adicional.
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VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. Ventajas
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¾ El principal inconveniente de este dispositivo es el de no regular el llenado real de evaporador, en función de las necesidades de servicio, llevando a unas malas condiciones de trabajo al evaporadores ya que: – A un aumento de la carga térmica corresponde un aumento de la cantidad de vapor, y por tanto de la presión de evaporación, lo que ocasiona el cierre de la válvula y un bajo aprovechamiento de la superficie del intercambiador. – Por el contrario, un descenso de la carga térmica, tendrá como consecuencia una disminución en la formación de vapor y en la presión, lo que produce la apertura de la válvula y el llenado consiguiente de liquido, liquido la válvula no cerrará hasta que no se produzca una vaporización que aumente la presión en el intercambiador. Por lo que presenta riesgo de golpes de liquido en el compresor, ante una baja carga térmica y un excesivo llenado de liquido. Esto podría soslayarse situando el termostato sobre evaporador, y no controlando la temperatura en el aire ambiente de la cámara, este dispositivo detendría la marcha del compresor, con lo que la presión de evaporación aumentará y se producirá el cierre de la válvula.
¾ La ventaja principal de estas válvulas radica en el mantenimiento de la presión de evaporación y por tanto de la temperatura dentro de unos limites muy estrechos, lo que puede ser muy beneficioso en almacenamiento de productos que requieran una humedad relativa sensiblemente constante. ¾ Otra O ventaja j adicional di i l de d estos dispositivos di ii es que hacen inútil la presencia de elementos que actúen por baja presión, ya que mantienen la presión de evaporación prácticamente a un nivel constante.
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VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. Inconvenientes
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Modelos antiguos
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LOS EXPANSORES TERMOSTÁTICOS 1936
1946
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Situación
¾ Se trata de los expansores de mayor utilización en instalaciones industriales de hasta mediana potencia, especialmente en los evaporadores "secos". ¾ El apelativo "termostática" no indica una regulación sobre la temperatura de evaporación, sino que implica un control del grado de recalentamiento del vapor a la l salida lid del d l evaporador. d ¾ Este grado de recalentamiento es la diferencia de temperaturas existente entre la temperatura de los vapores a la salida del evaporador y la temperatura de ebullición del frigorígeno a la presión de baja.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Elementos principales
¾ La válvula está constituida principalmente por: – Un cuerpo de válvula con entrada de liquido procedente del condensador y salida hacia el evaporador. – Un sensor de temperaturas o "bulbo", en el que se encuentra el fluido motor, unido a la válvula por un tren termostático, el cual es en esencia un conducto de pequeño diámetro. – Un fuelle deformable y otro de estanqueidad. – Un conjunto de resortes. – Un obturador y su asiento.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS
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¾ Las acciones que actúan sobre la válvula en funcionamiento son: – La presión del evaporador (tendencia al cierre). – La acción resultante de resortes (tendencia al cierre). – La presión del bulbo (tendencia a la apertura).
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Tren termostático y colocación del bulbo ¾La ubicación del bulbo, adosado directamente al evaporador en su salida, permite considerar que la temperatura alcanzada por el fluido motor (interior al bulbo) es aproximadamente igual a la del frigorígeno a la salida del evaporador.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Acción sobre evaporador
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Acción sobre evaporador
¾ Ante un aumento de la carga térmica, se producirá una rápida evaporación y un alto recalentamiento a la salida de evaporador, y como consecuencia la válvula abrirá. ¾ Frente a un descenso de la carga, el liquido, al evaporarse con mayor lentitud, alcanzará zonas del evaporador mas próximas a la salida, el recalentamiento será bajo, con lo que la presión de bulbo bajará y la válvula cerrará. ¾ Al tener lugar la parada de la instalación, se produce una tendencia d i rápida á id all equilibrio ilib i térmico, é i por tanto no existirá i i á recalentamiento y la válvula tiende a cerrar. ¾ Cuando el compresor se detiene, después de un cierto periodo de funcionamiento, el recalentamiento disminuye, pero lo hace de forma lenta, por lo que la válvula permanece abierta un cierto intervalo de tiempo, alimentando con ello al evaporador. En el arranque siguiente, el liquido presente puede ser arrastrado hacia el compresor (golpe de líquido), este problema suele evitarse por medio de la disposición de una válvula todo nada (solenoide). E. TORRELLA
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Recalentamiento
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Variación de la presión del resorte que determina el recalentamiento
¾ Todo cambio en el valor del recalentamiento tiene por consecuencia una acción de la válvula tendente a su compensación, es decir una reacción cuya finalidad es la recuperación del equilibrio de fuerzas. Supuesta una válvula tarada con un cierto recalentamiento, si este desciende la presión de bulbo también lo hará y será vencida por la combinación de las de resorte y de evaporación, causando un cierre en la válvula hasta que se consiga de nuevo el valor de recalentamiento. Caso de aumento el proceso será inverso. ¾ La variación del valor de recalentamiento se efectúa modificando la tensión en el muelle de regulación. Se debe remarcar que, si bien valores altos producen menores superficies útiles de evaporador, valores bajos condicionan la estabilidad de la válvula, ya que su funcionamiento producirá “vacios” o sobrealimentaciones, con grandes fluctuaciones de trabajo.
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AJUSTE DEL RECALENTAMIENTO
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Relación capacidad/recalentamiento
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Capacidad válvula Capacidad máxima Totalmente abierta
Reserva
Capacidad nominal
Recalentamiento
Resorte Bulbo Total
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EXPANSOR TERMOSTATICO Límites de funcionamiento
Carga térmica
¾ Δtms = mínimo rec. para régimen estable, función de la potencia en evaporador. ¾ Δtss = rec. debido al resorte. ¾ Δtss = rec. ajustable. ¾Para el modelo TE’, se cosigue una potencia Q0 con un Δ dado Δtss d d y un Δtss, Δ l que dan lo d un total de Δtops mayor que el Δtmss. ¾Para el modelo mayor TE”, con el mismo Δtss, el rec. total es menor al mínimo estable, es preciso aumentar el Dtss.
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EXPANSOR TERMOSTATICO Cambio del recalentamiento
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Disminución del recalentamiento estático
Aumento del recalentamiento estático
Recalentamiento
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Presión de evaporación
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¾ Una consideración importante sobre la modalidad de trabajo la constituye el hecho de no mantener la presión o temperatura de evaporación, sino únicamente el grado de recalentamiento, es decir si suponemos existe un aumento de la carga, la presión de b j baja aumenta, haciendolo h i d l asimismo i i ell recalentamiento, la válvula reacciona abriendo para restaurar el equilibrio, pero cuando esto se consigue la presión de evaporación es superior, mientras que el valor de calentamiento ha pasado al valor inicial. E. TORRELLA
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Otros tipos
¾ Válvulas con equilibrado externo de presión. ¾ Válvulas con limitador de presión. ¾ Válvulas electrónicas. ¾ Válvulas autocontenedoras.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Con igualador externo
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¾ En las válvulas normales, vistas hasta ahora, la acción del fluido frigorígeno se manifiesta por medio de la presión a la entrada al evaporador, ahora bien, en caso de evaporadores de gran superficie, se producirá una fuerte pérdida de carga, carga con lo que la presión no será constante en todo el evaporador. ¾ La presión a la salida será:
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T T0
Recalentamiento
T’0
“E”
“B”
“S”
psalida = p0 (entrada) − Δp0 (perdida) E. TORRELLA
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Con igualador externo ¾ Tendremos dos tipos de recalentamientos, que medidos en presión serán: – Recalentamiento aparente; Δpa = Pb - P0 ; es deicr diferencia entre presiones de bulbo y del fluido . a la entrada de evaporador – Recalentamiento real Δpr = Pb - P’0 (teniendo en cuenta la p pérdida de carga. g ¾ cumpliéndose que Δpa < Δpr ¾ Por tanto, si las pérdidas de carga son importantes, aumentará el recalentamiento, disminuyendo la superficie útil. Para evitar este inconveniente, y conservar el grado de recalentamiento, se utiliza una válvula termostática con igualación externa, en la que la acción del frigorígeno se efectúa por medio de la presión de salida del evaporador.
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RELACION P-T PARA UN FLUIDO
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p [bar] ΔT1 = ΔT2 = ΔT3 Δp1 > Δp2 > Δp3
8 Δp1
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Δ 2 Δp
4
Δp3 2 0 -40
-30
-20 ΔT3
-10
0 ΔT2
10
20
ΔT1
T [ºC]
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Con igualador externo
VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Pérdidas de carga máxima para I.E. R-22
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0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
kg/cm2
-60
-40
-20
0
20
ºC
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Montaje con igualador externo
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Tipos de igualadores de presión
Igualador externo
Igualador interno
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Distribuidor
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Distribuidor
¾ Una posibilidad de reducir los efectos de la pérdida de carga en evaporadores, es la disposición de distribuidores en serir con la válvula, estos elementos tiene por fin la subdivisión de los evaporadores en poeciones en paraelo, y su alimentación independiente a través de los canales del distribuidor. ¾ Debe tenerse un especial cuidado en que los tramos de tubos de conexión al distribuidor sean exactamenete iguales, para que la pérdida en estos sea igual, y la distribución de fluido la misma para cada sección del evaporador.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Distribuidor
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¾ Cargas. Las válvulas de expansión pueden disponer de 3 tipos de carga: ¾ 1. Carga universal ¾ 2. Carga MOP ¾ 3. Carga MOP con lastre
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CARGA UNIVERSAL
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¾Las válvulas con carga MOP se usan normalmente en unidades de fábrica, donde se desea una limitación de la presión de aspiración en el momento de puesta en marcha, como por ejemplo en el sector de transporte y en nstalaciones de aire acondicionado. Las válvulas de expansión con MOP tienen una cantidad muy reducida de carga en el bulbo. Esto significam que la válvula o el elemento tienen que tener una temperatura mayor que el bulbo. En caso contrario, la carga puede emigrar del bulbo hacia el elemento, con el consiguiente cese de funcionamiento de la válvula de expansión. ¾La carga MOP tiene una cantidad limitada de carga líquida en el bulbo. Las siglas “MOP” significan Presión de Operación Máxima (Maximum Operation Pressure) y es la presión de aspiración/ evaporación á alta, l permitida i id en las l tuberías b í d de más aspiración/evaporación. La carga se habrá evaporado cuando se llegue al punto MOP. Cuando la presión de aspiración vaya aumentando, la válvula de expansión empezará a cerrarse a unos 0.3/0.4 bar por debajo del punto MOP y se cerrará completamente cuando la presión de aspiración sea igual al punto MOP. MOP también se llama a veces Protección de sobrecarga de motor- “Motor Overload Protection”.
¾Las válvulas de expansión con Carga Universal se emplean en la mayoría de las instalaciones de refrigeración, en las que no se exige una limitación de presión y en las que el bulbo puede llegar a tener una mayor temperatura que el elemento, o en altas temperaturas de evaporación/ alta presión de evaporación. ¾La carga universal tiene una carga líquida en el bulbo. La cantidad de carga es tan grande, que siempre quedará carga en el bulbo a pesar de que el elemento se encuentre más frío o más caliente que el bulbo. E. TORRELLA
CON CARGA MOP
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CARGA MOP CON LASTRE
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¾ La estructura de variación de la potencia requerida por un compresor presenta un máximo en la zona intermedia entre las presiones de evaporación y condensación, por lo que después de una parada prolongada, en la que la presión del evaporador aumenta, el motor del compresor se sobrecarga por pasar, en el arranque, por el máximo. Por tanto, en aquellas instalaciones en las que el aumento en la presión ió de d baja b j sólo ól se produce d en raras ocasiones i (desescarche, parada técnica...), es posible suministrar un motor eléctrico de menor potencia, si se dispone de una válvula con limitación de presión. ¾ El limitador de presión tiene como objetivo impedir la apertura de la válvula de laminación hasta que se haya alcanzado un valor pequeño de presión de evaporación.
¾Las válvulas con carga MOP con lastre se usan preferentemente en instalaciones de refrigeración con evaporadores “altamente dinámicos” , como p.ej. en instalaciones de aire acondicionado e intercambiadores de calor de placa con una alta transmisión de calor. Con carga MOP con lastre, se puede conseguir un recalentamiento de hasta 2 - 4K (°C) menor, que con otros tipos de carga. ¾Carga MOP con lastre El bulbo de una válvula de expansión termostática contiene un material de gran porosidad y superficie en relación a su peso. La carga MOP con lastre tiene un efecto amortiguante sobre la regulación de la válvula de expansión. La válvula se abre despacio cuando la temperatura del bulbo aumenta y cierra rápido cuando la temperatura del bulbo disminuye.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Con limitador de presión MOP
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¾ Si bien existen limitadores de presión de tipo mecánico (resorte o cartucho de gas), vamos a centrar la descripción del funcionamiento de estas válvulas en aquellas en que el bulbo se encuentra cargado de gas. ¾ Si se dispone un fluido en el interior de la válvula, de tal manera que a una cierta temperatura todo se encuentra en fase vapor, la variación que seguirá, con el calentamiento, no será la correspondiente a saturación sino a uno vapor recalentado, es decir presentará una menor pendiente (diagrama p-T), p T) esto implicará que para temperaturas superiores a la de comienzo de vapor recalentado, el grado de recalentamiento será muy grande, lo que impedirá la apertura de la válvula hasta que la aspiración de vapores, por parte del compresor, haga bajar convenientemente la presión en el evaporador, de tal manera que el motor eléctrico de accionamiento no se sobrecargue.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Con limitador de presión
VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS SIN TREN TERMOSTÁTICO
¾Los vapores de salida pasan por la válvula, lo que se usa como señal de bulbo.
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Regulación de un nivel Termostática con calentamiento
VÁLVULAS TERM. ELECTRÓNICAS Principio de funcionamiento
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Similares a las de tipo mecánico, pero ajustando los recalentamientos a valores inferiores a un grado centígrado.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Ventajas
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¾ En el capítulo de inconvenientes hay que señalar que no mantienen a un nivel constante la temperatura de ebullición, ya que al aumentar la carga, y mantener un recalentamiento fijo, entrará un mayor caudal, lo que dará lugar a una mayor presión y temperatura. En caso de descenso de la carga térmica en 1a instalación el proceso es de bajada de presión y temperatura. Esta variación produce sobre el local a enfriar un descenso de la humedad relativa, y los problemas que esto conlleva. ¾ Por último, como ya se vio, durante el funcionamiento de este tipo de dispositivos puede darse golpes de liquido, liquido sin embargo este problema puede soslayarse fácilmente (solenoides, intercambiador intermedio...). ¾ El grado de recalentamiento normalmente escogido es de 5 a 7 ºC, si bien en acondicionamiento de aire puede ser un poco mayor, y en instalaciones a baja temperatura un poco menor a ese valor.
¾ La principal ventaja de este tipo de expansores radica en el alto rendimiento conseguido de la superficie de evaporador, ya que una buena regulación del recalentamiento permite el aprovechamiento de la mayor parte de su superficie, restando sólo ól una pequeña ñ porción ió del d l intercambiador i bi d ocupada por el vapor en fase de recalentamiento. ¾ Desde un punto de vista de mantenimiento hay que señalar su fiabilidad y larga duración, así como su posible utilización a todos los frigorígenos. E. TORRELLA
VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS Inconvenientes
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¾ Un dispositivo de expansión de flotador tiene por objetivo mantener constante el nivel de fluido presente en un recipiente, las variaciones de nivel son detectadas por una boya cuyo movimiento servirá para restaurar el equilibrio. ¾ Este tipo de válvulas se reserva para las instalaciones provistas i d evaporadores de d i inundados, d d en generall de d gran potencia, manteniendo en ellos un nivel constante de liquido sea cual sea la carga térmica requerida. Desde el punto de vista de termotransferencia, estos sistemas presentan ventajas frente a los evaporadores secos, dada la eficiente utilización de la superficie total del evaporador.
VÁLVULAS DE FLOTADOR
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Tipos
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Alta presión
¾ La función de esta válvula es mantener un nivel constante en el recipiente acumulador situado a la salida del condensador, con lo que este presenta una capacidad baja. Esta disposición no controla directamente la alimentación del evaporador, ya que, sea cual sea la l carga de d la l instalación, i l ió se suministra i i hacia evaporador una cantidad constante de fluido refrigerante, por tanto, para asegurar un buen funcionamiento, es preciso disponer en el circuito de baja un recipiente separador capaz de albergar el frigorígeno sin arrastre de liquido hacia el compresor.
¾ Según la situación de la válvula pueden distinguirse dos clases de dispositivos: – Expansores de flotador de alta presión; se produce la apertura ante una elevación de nivel en un depósito, en el que reina la presión ió de d condensación. d ió – Expansores de flotador de baja presión; la apertura ahora tiene lugar al disminuir el nivel de un depósito, siendo la presión de este último la de evaporación.
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VÁLVULAS DE FLOTADOR
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Alta presión ¾ Al no disponer de una acumulación importante en el lado de alta presión, un aumento de la carga térmica a disipar conducirá a una sobrealimentación de liquido al evaporador, existiendo un riesgo de entrada de liquido al compresor. ¾ Por el contrario ante una pequeña carga térmica en la instalación, puede producirse una baja alimentación del evaporador. ¾ Dadas las características señaladas para estos dispositivos, se concluye que sólo deben ser utilizados en aquellas instalaciones que presenten una necesidades frigoríficas muy constantes, o que de no serlo su variación se produzca de un modo lento, tal como suele ser el caso de enfriamiento de frigoríferos.
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VALVULA FLOTADOR A.P.
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¾Pilota el suministro de fluido al recipiente de baja presión. – 9.- Obturador – 5.- Conexión a recipiente B.P. – 3, 4. Conexiones superior e inferior a depósito A.P.
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Alta presión
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Baja presión
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Baja presión
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¾ Una particularidad importante ha de tener en cuenta, cuando se trabaja con este tipo de válvulas de flotador, es el respetar las especificaciones de fabricante en lo tocante a los limites de utilización, ya que fuera del rango de trabajo puede variar la flotación de la boya dando lugar a señales erróneas de nivel. ¾ El mayor inconveniente de las válvulas de flotador de baja presión radica en la recuperación del lubricante, caso de alta miscibilidad frigorígeno - lubricante (algunos derivados halogenados) ya que esto dificulta el retorno de aceite a cárter. halogenados), cárter ¾ En resumen, estos expansores alimentan de manera continua al sistema de evaporación, por lo que tanto el compresor como la válvula tienden a equilibrarse con todo tipo de cargas, es decir, caso de aumentar las necesidades frigoríficas, la presión de evaporador tiende a incrementarse, con lo que el volumen específico desciende y el caudal másico aspirado por compresor aumenta, la válvula reaccionar; abriendo. En caso de descenso de la carga térmica, el caudal aspirado seria menor y la válvula cerraría.
¾ Este tipo de expansores regulan el paso de liquido frigorígeno a baja presión hacia el evaporador, realizándolo en función de la carga térmica a contrarrestar, es decir renuevan la cantidad de liquido evaporado en evaporador. ¾ La acción de estas válvulas puede ser de dos tipos: – Acción continua; respuesta inmediata a cualquier cambio de nivel. – Acción intermitente; respuesta discreta frente a unos valores limites (máximo o mínimo).
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VÁLVULAS DE FLOTADOR Baja presión
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TUBOS CAPILARES
EXPANSORES DE SECCION CONSTANTE ¾El término "capilar" esta mal escogido, ya que no es el fenómeno de capilaridad el que los rige, sino que se trata de tubos de pequeño diámetro (0,6 a 2,3 mm.) y relativamente larga longitud (relación L/D del orden de 1000 a 5000), en el que se produce, por fricción, la pérdida de carga necesaria para provocar el descenso de la alta presión reinante en condensador a la baja de evaporador.
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TUBOS CAPILARES Vista
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TUBOS CAPILARES Utilización ¾ La gran utilización de este dispositivo en las pequeñas máquinas se relaciona con los siguientes aspectos: – Su bajo coste. – La no existencia de partes móviles, lo que asegura una mayor fiabilidad de funcionamiento. – La carencia de separación entre zonas de alta y baja presión, por lo que al parar el compresor se produce la igualación de presiones, de tala manera que el siguiente arranque del compresor se produce en “vacio”, es decir con un par de arranque bajo, lo que permite evitar el sobredimensionamiento del motor eléctrico. En contrapartida, la nueva puesta en régimen requier un tiempo hasta el restablecimiento de dichas presiones. – La limitación del caudal másico de refrigerante puesto en circulación.
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TUBOS CAPILARES Utilización
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¾ En las instalaciones dotadas con tubo capilar, este suele montarse solidariamente a la tubería de aspiración, consiguiéndose de este modo un rudimentario intercambiador de recalentamiento - subenfriamiento de efectos benéficos sobre la instalación, ya que una vaporización parcial del fluido provoca un fuerte descenso de la masa que entra en evaporador. Además se producen los siguientes efectos benéficos: – Aumento del caudal másico, tanto mayor cuanto superior sea el área de contacto, contacto ya que se incrementa la longitud en la que tiene lugar el flujo monofásico (todo liquido), disminuyendo la del flujo bifásico en la que tiene lugar la mayor pérdida de carga. – La producción frigorífica específica aumenta considerablemente (hasta un 25% de incremento). ¾ En caso de no existir contacto entre capilar y tubería de aspiración, se puede considerar que el calor intercambiado con el entorno es despreciable, y por tanto su comportamiento a efectos prácticos adiabático.
¾ En el capítulo de inconvenientes debe mencionarse: – Peor adapatación a variaciones de carga, frente a otros dispositivos de expansión. La razón se encuentra en que a baja carga (potencia frigorífica reducida), van a producirse un elevado número de operaciones de arranque-parada, acompañados con igualación de presiones y tiempos de restablecimiento de presiones, dando como resultado consumos de potencia superiores a los necesarios con otros dispositivos. dispositivos – En caso de un mal dimensionamiento del capilar pueden producirse los siguientes efectos: • Caso de un defecto de alimentación, menor flujo de frigorígeno del necesario, se producirá un descenso de la presión de evaporador y una merma de la capacidad del compresor y por tanto de la instalación. • Caso de una sobrealimentación de liquido al evaporador se corre el riesgo de golpe de liquido en compresor, al no poder evaporarse la totalidad de liquido. E. TORRELLA
TUBOS CAPILARES Subenfriamiento Recalentamiento
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TUBOS CAPILARES Comportamiento del fluido
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ORIFICIOS DE SECCION CONSTANTE Restrictores
¾ Supuesto estado de liquido subenfriado y alta presión en la entrada del capilar, el proceso de expansión que conduce a una salida del fluido en estado de vapor húmedo a baja presión, conlleva las siguientes etapas: – Pimera fase; inicialmente se produce una caída de presión originada por el cambio brusco de sección, desde la tubería de liquido a la entrada al capilar, la temperatura en esta fase es prácticamente constante. – Seguna fase; en esta zona, en la que el refrigerante todavia permanece en fase liquida, liquida la presión continúa su descenso debido a la pérdida de carga que se origina en el recorrido por el tubo capilar. – Tercera fase; cuando la presión alcanza el valor de saturación se forma la primera burbuja de vapor. A medida que prosigue la expansión, la presión sigue bajando, y dada la coexistencia de fases, la temperatura se va a corresponder con la de saturación a cada presión del recorrido.
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Compresor parado Válvula cerrada
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Válvula trabajando normalmente Recalentamiento constante
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Válvula trabajando Reducción de carga
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Válvula trabajando Aumento de carga
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Paro del compresor Cierre de válvula
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