La valvula de expansion en un circuito frigorifico

Funcionamiento de la Válvula de Expansión en un Circuito Frigorífico:

La válvula de expansión desempeña un papel crucial en el sistema de refrigeración. Su función principal es regular el caudal de refrigerante líquido que ingresa al evaporador. Aquí hay una explicación paso a paso de su funcionamiento:

• Regulación del Caudal:
  • La válvula de expansión controla la cantidad de refrigerante líquido que entra al evaporador.
  • Este control es esencial para garantizar que la masa de líquido inyectada coincida exactamente con la masa de vapor que sale del evaporador.
• Paso Estrecho:
  • La válvula tiene un paso muy estrecho, a veces inferior a 1 mm de diámetro.
  • Este estrechamiento crea una diferencia de presión que regula el flujo del refrigerante hacia el evaporador.
• Expansión del Refrigerante:
  • El refrigerante líquido pasa a través del estrecho paso de la válvula y entra al evaporador.
  • Al expandirse en el evaporador, el refrigerante absorbe calor del entorno, enfriándolo.
• Proceso de Evaporación:
  • En el evaporador, el refrigerante experimenta un cambio de fase de líquido a vapor mientras absorbe calor del espacio a enfriar.

Problemas Comunes y Ejemplos:

• Sobrealimentación del Evaporador:
  • Problema: Si la válvula deja pasar demasiado líquido, el evaporador puede sobrealimentarse.
  • Consecuencia: El exceso de líquido puede dirigirse al compresor, causando daños por golpe de líquido.
  • Ejemplo: Si la válvula se atasca en una posición abierta, podría resultar en sobrealimentación.
• Subalimentación del Evaporador:
  • Problema: Si la válvula no deja pasar suficiente líquido, el evaporador está subalimentado.
  • Consecuencia: La potencia frigorífica disminuye, y el sistema no enfría eficientemente.
  • Ejemplo: Una válvula obstruida o parcialmente cerrada podría causar subalimentación.

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Alternativas y Mejoras de Seguridad:

• Válvulas de Expansión Termostáticas:
  • Son dispositivos que regulan el flujo de refrigerante en función de la temperatura del evaporador, mejorando la eficiencia.
• Sistemas de Control Electrónico:
  • Utilizar sistemas electrónicos para monitorear y ajustar continuamente el funcionamiento de la válvula.
• Mantenimiento Regular:
  • Realizar inspecciones periódicas y mantenimiento para prevenir obstrucciones y asegurar un funcionamiento adecuado.

Conclusión:

Una válvula de expansión eficiente es esencial para el rendimiento óptimo de un sistema de refrigeración. Su correcto funcionamiento y mantenimiento contribuyen significativamente a la eficiencia y durabilidad del sistema. Si se presentan problemas, es crucial abordarlos rápidamente para evitar daños y pérdida de eficiencia.

Ejemplo pratico

La válvula de expansión ofrece al líquido un paso como se muestra en la figura muy estrecho (a veces inferior a 1 mm de diámetro); desemboca, del lado del evaporador, en una tubería de diámetro más importante, por lo tanto en un volumen más grande que el ocupado por el líquido antes de cruzar por la válvula de expansión.

Esto provoca una fuerte caída de presión. Por ejemplo, pasa de 10 a 2 bares. O sea un "delta P" de: Ap = 15 - 3 = 12 bares.

El fluido se expande en el gran volumen ofrecido por el evaporador y, para ocupar todo el espacio, se evapora parcialmente.

Durante el rápido recorrido por la válvula de expansión, no hay intercambio de calor con el exterior, pues es demasiado rápido y la superficie ofrecida por la válvula de expansión es insignificante; además, no está expuesto a ninguna fuente de calor. Por lo tanto, la entalpía del fluido es la misma a la entrada y a la salida de la válvula de expansión.

Como no hay aportación de calor durante este tiempo tan corto, el líquido, para evaporarse, sólo puede cogerse a sí mismo el calor necesario para su evaporación. Es así como una parte del líquido se evapora para enfriar el conjunto.

El hecho de retirar calor al líquido provoca su enfriamiento, de ahí la bajada de la temperatura del fluido a -10 ºC. Esta temperatura de -10 ºC es llamada "temperatura de evaporación" (Oo).

El trazado en el diagrama, segmento vertical H I, muestra que se trata de una transformación a entalpía constante: 234 kJ/kg (Fig. 4.22).

El punto I nos informa sobre el título de la mezcla (x) que sale de la válvula de expansión. Aquí, el valor de x es 0,23, lo que quiere decir que al paso por la válvula de expansión, el 23 % de la masa del líquido se ha evaporado, o sea 230 gramos/kg.

Esto permite decir que, en nuestro ejemplo, el 23 % de los vapores aspirados por el compresor solo han servido para el enfriamiento del líquido. El calor absorbido por el evaporador producirá el 74 % de vapor restante.

Si ha habido 230 gramos de fluido evaporado, deducimos que quedan 770 gramos en estado líquido; por consiguiente, la producción frigorífica solo podrá hacerse con esos 770 gramos de líquido restante.

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