¿Qué es una válvula de expansión térmica? Cómo controla una TXV el flujo de refrigerante

Al entrar en una cámara fría que se niega a bajar, el compresor suele ser el primer sospechoso. Sin embargo, en muchos casos de servicio reales, el culpable es un componente mucho más pequeño que se encuentra en la entrada del evaporador: la válvula de expansión térmica. Este dispositivo dosificador controla la cantidad exacta de refrigerante líquido que ingresa al evaporador. Cuando funciona mal, todo el sistema muestra síntomas confusos, desde un enfriamiento deficiente hasta ciclos cortos y rápidos.

¿Qué es una válvula de expansión térmica?

Una válvula de expansión térmica (TXV o TEV) es un dispositivo de estrangulación utilizado en sistemas de refrigeración y aire acondicionado. Se encuentra entre el condensador y el evaporador. La válvula reduce el refrigerante líquido a alta presión del condensador a la presión más baja necesaria en el evaporador. Al mismo tiempo, mide el flujo de refrigerante para que el evaporador reciba la cantidad adecuada de líquido para la carga de calor existente.

El nombre termostático proviene de la capacidad de la válvula para detectar la temperatura a la salida del evaporador y ajustar su apertura. Si se alimenta demasiado refrigerante, el líquido puede regresar al compresor. Si se alimenta muy poco, el evaporador se agota y el sistema pierde capacidad. Es por eso que el TXV se describe como el cerebro del lado bajo del ciclo de refrigeración.

¿Cómo funciona una válvula de expansión térmica?

El principio de funcionamiento de una TXV mecánica es un equilibrio de tres fuerzas. Un bulbo sensor está fijado a la línea de succión en la salida del evaporador. El bulbo contiene una carga de refrigerante cuya presión cambia con la temperatura del gas de succión. Esta presión se transmite a través de un tubo capilar a la parte superior de un diafragma dentro del cuerpo de la válvula. La parte inferior del diafragma siente la presión del evaporador y un resorte empuja la aguja de la válvula en la dirección de cierre. La válvula se asienta en la abertura donde se equilibran estas tres fuerzas.

El objetivo de la válvula es mantener un sobrecalentamiento constante en la salida del evaporador. El sobrecalentamiento es la diferencia entre la temperatura real de la línea de succión y la temperatura saturada para la presión de succión. Un ajuste típico es de 5 a 8 kelvin (9 a 14 grados Fahrenheit). Si el gas de salida se calienta, la presión del bulbo aumenta, el diafragma se mueve hacia abajo y la válvula se abre más para enviar más refrigerante al serpentín. Si el gas de salida se enfría, ocurre lo contrario y la válvula se cierra un poco. Este simple circuito de retroalimentación mantiene activo el evaporador sin enviar líquido al compresor.

En sistemas que utilizan un distribuidor de refrigerante o tienen una gran caída de presión a través del evaporador, se utiliza una TXV ecualizada externamente. Esta versión detecta la presión del evaporador en la salida en lugar de en la entrada de la válvula, por lo que el ajuste de sobrecalentamiento sigue siendo preciso incluso con la caída de presión.

¿Qué sale mal cuando una TXV no funciona correctamente?

Los problemas de la válvula de expansión rara vez detienen el sistema por completo. Por lo general, se manifiestan como un rendimiento deficiente, patrones de escarcha extraños o dispositivos de protección que se activan. Un técnico de servicio a menudo necesita medir presiones y temperaturas para separar una falla de TXV de una falla de compresor o condensador.

Los síntomas comunes incluyen:

• Presión de succión demasiado baja con un evaporador insuficiente y un recalentamiento alto
• Presión de succión demasiado alta con retorno de líquido y sobrecalentamiento bajo
• Escarcha desigual en la superficie del evaporador
• El compresor funciona continuamente pero la temperatura ambiente desciende muy lentamente
• Ruidos de golpe de líquido del compresor.

Las causas fundamentales típicas son una pérdida de carga del bulbo sensor, un orificio bloqueado, una pantalla de filtro obstruida, un capilar roto, un resorte fatigado o un recalentamiento ajustado incorrectamente. El mantenimiento regular debe incluir verificar el contacto y el aislamiento del bulbo sensor, limpiar el filtro y verificar que la válvula funcione con el sobrecalentamiento correcto.

Válvula de expansión termostática versus válvula de expansión electrónica

Una válvula de expansión electrónica (EEV) reemplaza el bulbo sensor mecánico y el resorte con un motor paso a paso y un controlador. El controlador monitorea los sensores de temperatura y presión, luego posiciona la válvula para mantener un sobrecalentamiento objetivo o un nivel de líquido objetivo. Una EEV responde más rápido que una TXV mecánica, mantiene un control más estricto y puede adaptarse a condiciones cambiantes, como una gran variación en la carga de calor.

Los fabricantes ahora combinan el control electrónico con compresores de capacidad variable para reducir el consumo de energía. AUSSN Unidad de flúor caliente con control de temperatura de frecuencia variable AI es un ejemplo de esta dirección. Ajusta la velocidad del compresor y el flujo de refrigerante juntos para que coincidan con la carga de la cámara fría. Para aplicaciones simples y de carga constante, una TXV convencional sigue siendo una opción confiable y económica.

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Dimensionamiento y selección de una válvula de expansión para su sistema

Elegir la TXV correcta no es una cuestión de hacer coincidir los diámetros de las tuberías. La válvula debe seleccionarse según el tipo de refrigerante, el rango de temperatura de evaporación, la capacidad de enfriamiento requerida, la caída de presión a través de la línea de líquido y el estilo de ecualización necesario. Aquí están los principales factores:

1. Tipo de refrigerante, porque cada refrigerante tiene una relación presión-temperatura diferente
2. Temperatura de evaporación, normalmente la temperatura saturada a la salida del evaporador.
3. Capacidad de enfriamiento del evaporador en condiciones de funcionamiento, no la potencia nominal del compresor
4. Caída de presión en la línea de líquido, lo que puede causar gas instantáneo y falta de válvula.
5. Ecualizador interno o externo, dependiendo de la caída de presión del distribuidor.

Para obtener una imagen más clara del componente que alimenta la válvula, consulte cómo funcionan los evaporadores de cuarto frío . Una válvula de gran tamaño oscilará, se abrirá y cerrará rápidamente y provocará un sobrecalentamiento inestable. Una válvula de tamaño insuficiente obstruirá el evaporador y reducirá la velocidad de descenso.

Para aplicaciones desplegables rápidas, un Evaporador de descenso rápido de temperatura media A menudo se combina con una TXV de tamaño adecuado para una carga transitoria amplia. La válvula debe mantener la bobina activa durante el descenso inicial y luego estabilizarse a medida que la habitación se acerca al punto de ajuste.

La unidad de condensación aguas arriba también afecta el rendimiento de la válvula. Un deber igualado unidad condensadora de refrigeración por aire de temperatura media a baja mantiene una presión de líquido estable en la entrada de la válvula. Si la unidad de condensación es demasiado grande o demasiado pequeña, la válvula detecta presiones fluctuantes y nunca puede mantener el sobrecalentamiento correcto.

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Conclusión

La válvula de expansión térmica es un componente pequeño con una influencia enorme en un sistema de refrigeración. Protege al compresor contra inundaciones y al evaporador contra la inanición. El tamaño correcto, el ajuste de sobrecalentamiento adecuado y un circuito de refrigerante limpio mantienen una TXV funcionando durante años. Ya sea que elija una válvula mecánica convencional o una alternativa electrónica, la recompensa es una temperatura ambiente estable, un menor consumo de energía y menos averías.

Al planificar un proyecto de cámara frigorífica o refrigeración comercial, evalúe la válvula, el evaporador y la unidad de condensación como un solo sistema compatible. Consultar a un fabricante que diseña y fabrica los tres componentes le ayuda a evitar los problemas de compatibilidad que provocan costosas llamadas de servicio.