1. REGULADORES DE FLUJO REFRIGERANTE S2(McMq)L.LESCANI.A CATEDRA DE REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

2. Tubo Capilar (Expansin)

3. El tubo capilar es una tubera de lquido de pequeo dimetro 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 tubera de aspiracin y forman as, con su reducido coste, un intercambiador de calor. Por su reducido dimetro se produce en la extremidad del tubo capilar una cada de presin, necesaria para la evaporacin. Al circular el fluido por un tubo de tan poca seccin, la friccin produce una prdida de carga y por lo tanto una reduccin de presin. A la salida del capilar se produce una expansin (aumento de volumen) brusco y se evapora parte del lquido absorbiendo calor del propio fluido, con lo cual la temperatura del mismo disminuye enfrindose.

4. El uso de tubos capilares en las instalaciones tiene las siguientes ventajas 1. Gran sencillez. Si su aplicacin es correcta funcionar indefinidamente, ya que este dispositivo inyector no tiene partes mviles. 2. El tubo capilar es de menor costo que una vlvula de expansin. 3. En el grupo no es necesario colocar depsito de lquido 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 fluctuacin de carga interna del evaporador y evaporadores con distribuidores de lquido, se instalaran vlvulas de expansin con el objeto de regular la carga de gas en el evaporador (ver vlvulas de expansin).

5. Consideracin sobre los tubos capilares Todos los sistemas de enfriamiento por compresin (aire acondicionado o refrigeracin requieren un reductor de presin o de control de flujo o dosificacin de la sustancia de trabajo (o refrigerante) del lado de alta al lado de baja presin. El Tubo Capilar como elemento dosificador del flujo de refrigerante es muy popular, para los equipos compactos de aire acondicionado y refrigeracin especialmente en equipos pequeos, por encima de 5 caballos de potencia, se aumenta la carga de refrigerante y la capacidad del compresor, haciendo mas difcil las aplicaciones con tubos capilares, y por lo tanto se recomienda que las aplicaciones sean menores de 5 CV, en refrigeracin domstica, aire acondicionado, congeladores, deshumidificadores, etc. tipo compacto o partido. En evaporadores de tiro forzado o con distribuidor de lquido con carga variante de refrigerante, se instalaran vlvulas de Expansin.

6. Ajuste de la carga en sistemas con capilar Su operacin se basa en la cantidad de flujo de refrigerante (masa) en estado lquido que pasa con facilidad a travs de un tubo de dimetro pequeo, en cambio cuando est en estado de vapor su restriccin 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 tubera de succin 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 lquido. Como las presiones de descarga y de succin del compresor ( presin de condensacin y presin de evaporacin, dependen de la temperatura ambiente y de la carga trmica del refrigerador (o enfriador) respectivamente), en las aplicaciones con tubo capilar, estas variaciones de presiones no son muy grandes, ya que estos equipos relativamente pequeos 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.

7. Las variaciones de carga no son grandes, por lo que en estos sistemas no se requieren recipientes de lquido (calderin), y consecuentemente la carga de refrigerante es mucho menor, casi todos los sistemas de aire acondicionado, refrigeracin domestica, etc., son con tubo capilar, y se producen millones cada ao (mas otros millones de aos 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 operacin de los sistemas, y a daos a los compresores. Por ejemplo, un sistema que tiene una deficiencia de refrigerante de un 10 %, resulta en un 20 % de disminucin de eficiencia. Un equipo de 36000.0 Btu/h, requiere aproximadamente 2.7 Kg. de refrigerante R-22

8. En sistemas con tubo capilar la carga de refrigerante es crtica, ya que si la carga es baja, el evaporador no se llena y como ya se indic, no entregar su capacidad especificada, menor confort, y trabajar ineficientemente, el retorno escaso de refrigerante al compresor, a mayor temperatura, causar un enfriamiento del motor inadecuado, deteriorndolo y finalmente su quemadura, tambin ocasionando altas temperaturas de descarga daando el plato de vlvulas. Una deficiencia pequea de carga de refrigerante, causar una gran prdida de capacidad y eficiencia en el sistema, y daos al compresor. Por otro lado la sobrecarga de refrigerante ocasiona altas presiones de descarga, y por lo tanto alto consumo elctrico, tambin causar retorno de refrigerante lquido al compresor, con la consecuente dilucin de aceite y por lo tanto la falla de lubricacin y rotura mecnica. 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,

9. 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 dimetro pequeo, y por lo tanto susceptible a taparse con cualquier material extrao, y es por lo tanto necesario la utilizacin de un filtro secador en su entrada. El requerimiento rgido de la cantidad de carga de refrigerante, as como su limpieza, hacen de estos sistemas el fabricarlos en forma compacta, y que salgan de fbrica sellados. Las principales variables que afectan el funcionamiento del tubo capilar son: Sus Dimensiones largo, y su dimetro. Sus Presiones, de entrada o de condensacin, y de salida o de evaporacin, y el Subenfriamiento del Lquido a su entrada del tubo.

10. Como ya se mencion el control del flujo de refrigerante en el tubo capilar viene del principio fsico de que el lquido y el vapor tienen diferencia a fluir. El lquido tiene menos resistencia que el vapor. A medida que el refrigerante entra al tubo capilar a una presin de condensado Pc, esta presin se va reduciendo a temperatura constante Tc, hasta que llega a la presin de saturacin Ps a esta temperatura, en ese lugar el refrigerante se evapora y continua por el resto de la longitud del tubo, bajando an ms su presin, en la condicin de dos fases Lquida-Vapor. El punto donde se inicia la evaporacin se denomina punto de ebullicin o de burbujeo. Cuando la temperatura ambiente aumenta, entonces aumenta la presin de descarga, el Subenfriamiento decrece, por lo tanto la restriccin del tubo se aumenta, contrarrestando el efecto del aumento de presin, o sea el tubo capilar se ajusta asimismo. Para seleccionar un tubo capilar, existen tablas de seleccin que nos proporciona el dimetro y longitud de un tubo capilar, basndose en la capacidad requerida, tipo de refrigerante, aplicacin (temperaturas). Despus, de todas maneras es necesario hacer las pruebas (prueba y error), al tubo seleccionado hasta ajustarlo a las condiciones deseadas.

11. VALVULAS DE TERMO EXPANSION La vlvula de expansin termosttica o vlvula de termo expansin, es un dispositivo de medicin diseado para regular el flujo de refrigerante lquido hacia el evaporador, en la misma proporcin en que el refrigerante lquido dentro del evaporador se va evaporando. Esto lo logra manteniendo un sobrecalentamiento predeterminado a la salida del evaporador (lnea de succin), lo que asegura que todo el refrigerante lquido 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 vlvula responde a:

12. 1. La temperatura del gas que sale del evaporador y, 2. La presin del evaporador. En conclusin, las principales funciones de una vlvula de termo expansin son: reducir la presin y la temperatura del lquido refrigerante, alimentar lquido a baja presin hacia el evaporador, segn 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 tcnicos intentan errneamente controlar la temperatura del refrigerador, moviendo el ajuste de la vlvula.

13. Principios del Sobrecalentamiento El sobrecalentamiento se mide en el lugar donde est situado el bulbo en la tubera de aspiracin, el resultado es la diferencia entre la temperatura existente en el bulbo y la presin de evaporacin / temperatura de evaporacin en el mismo lugar. El recalentamiento se mide en Kelvin (K) en C y se emplea como seal reguladora de inyeccin de lquido a travs de la vlvula de expansin.

14. Subenfriamiento El Subenfriamiento se define como la diferencia entre la temperatura del lquido y la presin/temperatura de condensacin a la entrada de la vlvula de expansin. El Subenfriamiento se mide en Kelvin (K) en C. El Subenfriamiento del refrigerante es necesario para evitar burbujas de vapor en el lquido delante de la vlvula. Las burbujas de vapor merman la capacidad de la vlvula y por consiguiente reducen el suministro de lquido al evaporador. Un Subenfriamiento de un valor de 4-5K es suficiente en la mayora de los casos.

15. Subenfriamiento

16. Vlvulas de expansin termostticas Una vlvula de expansin consta de un elemento termosttico separado del cuerpo de vlvula por una membrana. El elemento termosttico est en contacto con un bulbo a travs de un tubo capilar, un cuerpo de vlvula y un muelle

17. Funcionamiento de una vlvula de expansin termosttica El funcionamiento est determinado por 3 presiones fundamentales: P1: La presin del bulbo que acta en la parte superior de la membrana y en la direccin de la apertura de la vlvula. P2: La presin del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la direccin del cierre de la vlvula.

18. P3: La presin del muelle, que igualmente acta en la parte inferior de la membrana y en la direccin del cierre de la vlvula. Cuando la vlvula regula, hay un balance entre la presin del bulbo por un lado de la membrana y la presin de evaporacin y del muelle por el lado opuesto de la membrana. Por medio del muelle se ajusta el recalentamiento.

19. Tipos de vlvulas Igualador Interno Como ya se mencion, en sistemas pequeos donde no se considera cada de presin a travs del evaporador, la presin del evaporador que se usa para que acte debajo del diafragma es la de la entrada. Para esto, las vlvulas empleadas, tienen maquinado un conducto interno que comunica el lado de baja presin de la vlvula 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 vlvula con igualador interno. En algunos tipos de vlvulas, la presin del evaporador tambin se aplica bajo el diafragma, a travs de los conductos de las varillas de empuje, adems del igualador interno.

20. Figura 6.14 - Vlvula con igualador interno.

21. Igualado Externo Tal como se mencion antes, cuando existe cada de presin a travs del evaporador, la presin que debe actuar bajo el diafragma es la de la salida del evaporador; por lo que una vlvula con igualador interno no operara satisfactoriamente, como se explicar ms adelante. Las vlvulas que se utilizan en estos casos, son vlvulas con igualador externo. Como se puede apreciar en la figura 6.15, en este tipo de vlvulas el igualador no comunica al diafragma con la entrada del evaporador, sino que este conducto se saca del cuerpo de la vlvula mediante una conexin, la cual generalmente es de " flare. Adems, es necesario colocar empaques alrededor de las varillas de empuje, para aislar completamente la parte inferior del diafragma de la presin a la entrada del evaporador. Una vez instalada la vlvula,

22. Esta conexin se comunica a la lnea de succin mediante un tubo capilar, para que la presin que acte debajo del diafragma, sea la de la salida del evaporador. Figura 6.15 -Vlvula de termo expansin con igualador externo

23. Ubicacin del Bulbo Remoto Puesto que el funcionamiento del evaporador depende grandemente del buen control de la vlvula de termo E expansin, y este buen control de la vlvula 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 colocacin. La buena retroalimentacin de la temperatura del gas de succin es vital, para que la vlvula de termo expansin mantenga ese control. La ubicacin del bulbo remoto es tan importante como la seleccin de la vlvula adecuada; de otra forma, afectar de manera adversa la operacin de la vlvula. Existen dos formas de instalar los bulbos remotos: mediante abrazaderas o en termopozos, siendo ms comn la primera.

24. A continuacin se dan algunas recomendaciones de instalacin del bulbo remoto mediante abrazaderas. El bulbo debe sujetarse firmemente a la lnea de succin, lo ms cerca posible de la salida del evaporador, en un tramo horizontal. Si se usa ms de una termo vlvula en evaporadores adyacentes o secciones de evaporadores, asegrese que el bulbo remoto de cada vlvula est aplicado a la lnea de succin del evaporador alimentado por esa vlvula. (Ver figura 6.20).

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

26. En realidad, ms importante que la ubicacin fsica del bulbo alrededor de la tubera es el contacto trmico entre el bulbo y la lnea de succin; as como el diseo de la Figura 6.24 - Ubicacin del bulbo remoto en lneas de succin de 7/8" a 1-5/8" de dimetro

27. conclusin El bulbo no deber montarse nunca en la parte baja de una tubera de aspiracin, ya que ste detectar seales falsas a causa de la existencia de aceite en el fondo de la tubera. El bulbo debe medir la temperatura del vapor de aspiracin y, por lo tanto, no debe situarse de manera que est sometido a fuentes extraas de calor/fro. Si el bulbo est sometido a corrientes de aire caliente, se recomienda su aislamiento. El bulbo no debe montarse despus de un intercambiador de calor, ya que en esta posicin dar seales falsas a la vlvula de expansin

28. El bulbo no debe montarse cerca de componentes con grandes masas, ya que esto tambin producir emisin de seales falsas a la vlvula de expansin. Tal como se ha indicado anteriormente, el bulbo debe instalarse en la parte horizontal de la tubera de aspiracin inmediatamente despus del evaporador. No deber instalarse en un colector de aspiracin o en una tubera vertical despus de una trampa de aceite. El montaje del bulbo de la vlvula de expansin siempre tiene que efectuarse delante de posibles bolsas de lquido.

29. Eleccin de vlvula de expansin termosttica La eleccin de la vlvula de expansin termosttica se realiza conociendo los siguientes datos: Refrigerante Capacidad del evaporador Presin de evaporacin Presin de condensacin. Subenfriamiento Cada de presin a travs de la vlvula Igualacin de presin interna o externa

30. NOMENCLATURA DE LA VALVULA DE EXPANSION CARATULA DE LA VALVULA CON SUS DATOS RESPECTIVOS GAS,TIPO DE IGUALACION,RANGO DE TEMPERATURA ELEMENTO INTERNO DE VALVULA Y FILTRO

31. Identificacin El elemento termosttico est equipado con una etiqueta (parte superior del diafragma). El cdigo indica el refrigerante para el que est diseada la vlvula: X = R 22 Z = R 407C N = R 134a L = R 410A S = R 404A/ R507 La etiqueta indica as mismo, el tipo de vlvula, rango de temperatura de evaporacin, punto MOP, refrigerante, y presin mx. de prueba PS/MWP. En las vlvulas TE 20 y TE 55 la capacidad nominal est sellada en una etiqueta adherida a la vlvula. El conjunto de orificio para T/TE 2 est marcado con el tamao del orificio (p.ej. 06) y la grabacin de la semana + el ltimo nmero del ao de fabricacin (p.ej. 279

32. El nmero del conjunto de orificio tambin est indicado en el embalaje. La inscripcin superior en los conjuntos de orificio para TE 5 y TE 12, (TE 12) indica el tipo de vlvula para el que se puede utilizar el orificio. La inscripcin inferior (01) indica el tamao del orificio. La inscripcin 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 evaporacin N y B, y el refrigerante. (50/35 TR = 175 Kw en el rango N y 123 Kw en el rango B). La inscripcin superior (TEX 55) indica el tipo de vlvula para el que se puede utilizar el conjunto de orificio

33. Ajuste La vlvula de expansin se suministra con un ajuste de fbrica idneo para la mayora de los casos. En caso de que fuera necesario un ajuste adicional, utilcese el vstago de regulacin de la vlvula de expansin. Girando el vstago 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 vstago resulta en un cambio en el recalentamiento de aproximado 4K (C) a una temperatura de evaporacin de 0C. Para el tipo TE 5 y tamaos superiores una vuelta del vstago a 0C de temperatura de evaporacin, supone un cambio de unos 0.5K. En las TUA y TUB, una vuelta del vstago a 0C de temperatura de evaporacin, supone un cambio de aproximado 3 K

34. Un funcionamiento inestable del evaporador puede eliminarse de la siguiente manera: Aumentar el recalentamiento haciendo girar suficientemente el vstago de regulacin de la vlvula hacia la derecha hasta que desaparezca el funcionamiento inestable. Seguidamente hacer girar el vstago gradualmente hacia la izquierda. Desde esta posicin se da una vuelta entera al vstago hacia la derecha, (para los tipos T/TE 2, slo es necesario 1/4 de vuelta) En esta posicin el sistema de refrigeracin tendr un funcionamiento estable y el evaporador es utilizado a su pleno rendimiento. Una oscilacin de 0.5C 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 vstago de regulacin hacia la izquierda (en sentido contrario a las agujas del reloj), hasta que el funcionamiento inestable aparezca. Desde esta posicin se da una vuelta entera al vstago hacia la derecha, (para las T/TE 2 slo un 1/4 de vuelta). En esta posicin el evaporador es utilizado a su pleno rendimiento. Una oscilacin de 0.5C en el recalentamiento no se considera como un funcionamiento inestable. TIPS IMPORTANTES PARA LA REGULACION EN CASO DE SER NECESARIA

35. Sustitucin 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 vlvula sea demasiado grande, siendo necesaria la sustitucin del conjunto de orificio o de la vlvula por un tamao menor