Introducción
Debido a su capacidad para controlar el refrigerante y a su adaptabilidad a las muchas y variadas aplicaciones del ciclo de refrigeración, la válvula de expansión termostática ha jugado un papel importante en el continuo progreso de la industria de refrigeración y aire acondicionado y su tecnología.
Como muchos otros componentes del sistema, el desarrollo de la válvula de expansión termostática, ha sido un resultado de la evolución técnica. en los primeros días de la refrigeración mecánica, el control del refrigerante se hacía con una válvula de aguja operada manualmente, la cual se sigue utilizando en la actualidad, sobre todo en sistemas de refrigeración con amoníaco. mientras que este dispositivo proporcionaba alguna medida de control en aplicaciones donde la carga era constante, no respondía a otras condiciones que afectaban la cantidad de refrigerante que pasa a través de ella, tales como cambios de presión en el líquido causados por variaciones en la presión de descarga del compresor. De conformidad con esto, el uso de la válvula de expansión manual, figura 6.1, requiere supervisión constante donde una carga variable podría producir condiciones de falta de refrigerante en el evaporador, o una excesiva alimentación de líquido.
El subsecuente desarrollo de un medio para superar esta dificultad, produjo lo que se conoció como la válvula de expansión automática. La descripción más precisa de este dispositivo sería: una válvula de control de la presión constante del evaporador, ya que mantenía una presión constante en la salida, a pesar de los cambios en la presión del líquido a la entrada, la carga u otras condiciones, según se muestra en la figura 6.2.
La válvula de expansión automática fue un decidido progreso sobre la válvula de expansión manual. Mantenía la temperatura más constante y controlaba mejor la escarcha en la línea del evaporador. También, cerraba la línea de líquido cuando paraba el compresor, y evitaba el flujo excesivo al arrancar el mismo. Sin embargo, este disposi-tivo también tenía sus desventajas y limitaciones. Tendía a sobrealimentar refrigerante al evaporador cuando la carga térmica era baja, o a no alimentar suficiente cuando la carga térmica era alta. Por lo tanto, la disminución de la temperatura era lenta; ya que no se aprovechaba el área completa del evaporador ni su capacidad, al arrancar el ciclo de refrigeración.
A fines de la década de los 20’s, se desarrolló un dispositivo que superaba las limitaciones que tenían los otros dos tipos de válvulas de expansión, la manual y la automática. A este dispositivo se le llamó válvula de expansión termostática. Originalmente, el propósito era que controlara el flujo de refrigerante líquido hacia el evaporador, de tal manera que lo mantuviera todo el tiempo activo; es decir, que el evaporador estuviera todo el tiempo lleno de refrigerante líquido para aprovechar al máximo la extracción de calor latente, aún con las variaciones de la carga térmica, y también, que cuando el compresor parara, se cerrara la válvula.
Obviamente, si el evaporador está todo el tiempo lleno de líquido, no se tendría vapor sobrecalentado y ese líquido estaría regresando al compresor. En la actualidad sabemos que esto no es conveniente, y que a la salida del evaporador, el refrigerante debe de estar en forma de vapor y a una temperatura mayor que la de saturación. Esta es una de las funciones de la válvula de expansión termostática, mantener un sobrecalentamiento constante a la salida del evaporador.
Definición
La 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.
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.
El propósito de este capítulo es informar al lector sobre lo más importante relacionado con estos dispositivos: el principio del sobrecalentamiento que es una de las funciones de la válvula de termo expansión, así como la teoría de operación, selección y aplicación adecuadas de estos dispositivos. Antes de estudiar en detalle las válvulas de termo expansión, es conveniente recordar algunos conceptos de refrigeración que están asociados con su funcionamiento:
Línea de Succión. Es el tramo de tubería que une al evaporador con el compresor y por donde circula el vapor sobrecalentado o «Gas de Succión».
Línea de Liquido. Es el tramo de tubería que une al Condensador con la VTE, y en el cual circula refrigerante líquido a alta presión.
Temperatura de Saturación. Es la temperatura a la que se evapora el refrigerante dentro del evaporador. También se le conoce como temperatura de evaporación; en ese punto, el vapor y el líquido tienen la misma temperatura.
Calor Latente de Evaporación. Es el calor recogido por el refrigerante al pasar de líquido a vapor. No hay aumento en la temperatura.
Calor Sensible. Es el calor utilizado por el refrigerante para aumentar su temperatura, ya sea que esté en fase líquida o de vapor; es decir, por abajo o arriba de su temperatura de saturación. Cuando está en forma de vapor, este calor le ocasiona el sobrecalentamiento al refrigerante.
Evaporación Completa. Es el punto dentro del evaporador en el que el refrigerante líquido se convierte a vapor. Este punto lo determina la cantidad de líquido que entra al evaporador. Después de este punto, el calor que recoge el vapor es calor sensible y es sobrecalentado.