C I C L O D E R E F R I G E R A C I O N
B A S I C O
Proyect: Ing. Orlando Mican Buitrago
DISPOSITIVOS DE CONTROL DE LQUIDO REFRIGERANTE
2
DISPOSITIVOS DE CONTROL DE LQUIDO REFRIGERANTE
Este captulo estudia los diferentes dispositivos de control de lquido refrigerante y
los principios sobre los que cada tipo funciona. Se estudiar adems, la teora de
la refrigeracin aplicada a stos dispositivos de control.
Los principales puntos a ser estudiados son:
DEFINICIN
DIFERENTES CLASES DE DISPOSITIVOS DE CONTROL
TEORA DE LOS DISPOSITIVOS DE CONTROL
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
El primer punto ser la definicin de los dispositivos de control de lquido
refrigerante que ser seguido por una relacin de varios tipos. El captulo
continuar con una discusin de la teora bsica de los dispositivos de control. Se
estudiar por ltimo, cada dispositivo y el principio en que se basa.
Aunque los dispositivos de control son uno de los ms difciles de entender entre
los diferentes componentes de un sistema de refrigeracin, su funcin bsica es
extremadamente sencilla. Es un dispositivo destinado a controlar el caudal de
lquido refrigerante que entra al evaporador. El dispositivo de control puede ser
accionado por diferentes fuerzas, tales como, temperatura o presin, pero su
funcin es siempre la misma: el control del caudal de lquido refrigerante.
He aqu los seis principales dispositivos de control de lquido refrigerante:
- VLVULA DE EXPANSIN MANUAL
- FLOTADOR DE LADO DE BAJA (LSF)
- FLOTADOR DE LADO DE ALTA (HSF)
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parte del mismo lquido. En este caso, 10 libras de lquido entran al dispositivo de
control y aproximadamente salen 8 libras de lquido y 2 libras de vapor.
Por lo tanto se ha evaporado un 21.5% del lquido para enfriar el lquido restante a
la temperatura de evaporacin. Este lquido evaporado se conoce con el nombre
de "flash gas". Esta "evaporacin rpida" tiene lugar en todos los dispositivos de
control, aunque vara grandemente dependiendo de su aplicacin.
El grfico nos muestra qu sucede al refrigerante cuando pasa a travs del
dispositivo de control. Este es el mismo grfico temperatura - Btu o Diagrama de
Mollier.
Toda el rea a la izquierda de la lnea 2, representa el refrigerante en estado
lquido. Toda el rea comprendida entre las lneas 1 y 2, representa una mezcla
de vapor y lquido y por ltimo, toda el rea a la derecha de la lnea 1, representa
al refrigerante en estado gaseoso.
100 F
40 F
PRESION
BTUS
17.3 31.1
64.1
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LINEA 2
LINEA 1
6
En sta ilustracin el Refrigerante-12 en estado lquido, entra al dispositivo de
control en el punto A con unas condiciones de 117.1 psig y 100F. Cuando pasa a
travs del dispositivo de control la presin cae a 37 psig y la temperatura
correspondiente a sta presin es 40F. Estas condiciones estn representadas
por B. En B existe una mezcla de vapor y lquido. El vapor se ha formado por la
evaporacin de algo de lquido al ser trasladado el calor sensible del lquido
restante, reducindose de sta manera la temperatura de ste a 40F.
El gas relmpago puede ser causado por muchos factores en un sistema de
refrigeracin, pero uno de los ms importantes es el que se muestra en la
diapositiva. Este grfico es el mismo que el anterior, excepto, que se ha aadido
la lnea A'B'. Esta lnea muestra el efecto o incremento de la razn de compresin
sobre el gas relmpago. Suponiendo que la presin del lado de baja permanezca
constante, la razn de compresin ha sido incrementada al aumentar la presin de
alta.
La lnea CB representa la cantidad de gas relmpago en el grfico anterior; la
lnea CB' representa la nueva cantidad de gas relmpago con una ms alta razn
de compresin.
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40 F
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17.3 31.1
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B
7
Este es un motivo muy importante de por qu la razn de compresin deber ser
mantenida tan baja como sea prcticamente posible.
Este grfico muestra tambin por qu la cantidad de un 21.5% de "flash gas" se
usaba en el grfico precedente. Como la lnea 2 es la lnea del lquido saturado,
en C todo el refrigerante est en estado lquido a 40F. En estas condiciones,
cada libra de Refrigerante-12, contendra 17.3 Btu. Como la lnea 1 es la lnea del
vapor saturado, en D, todo el refrigerante est en estado de vapor saturado a
40F. En ste punto el refrigerante contendra 81.4 Btu por libra.
En la prctica puede considerarse que no se produce prdida ni ganancia en el
calor total del refrigerante cuando pasa a travs del dispositivo de control. Por lo
tanto, como una libra de lquido refrigerante contiene 31.1 Btu cuando entra al
dispositivo de control en A, tambin contendr 31.1 Btu cuando salga del mismo.
El calor total que una libra de refrigerante, podra absorber entre C y D es 64.1
Btu. En la ilustracin se muestra que se han usado 13.8 Btu (representados por la
lnea CB) para enfriar el lquido restante desde 100F a 40F. Si dividimos 13.8
entre 64.1 se obtiene 21.5%; por lo tanto un 21.5% de lquido se ha evaporado o
"Flashed".
Realmente existe una pequea prdida en el calor del refrigerante a causa del
calor absorbido por la vlvula, tuberas el evaporador, distribuidor, etc., pero en la
prctica la cantidad es demasiado insignificante para ser considerada.
8
Con el estudio de la teora de los dispositivos de control, la teora del cielo de
refrigeracin est ahora completa. El ciclo total de compresin, condensacin,
expansin y evaporacin ha sido ya explicado.
Este grfico nos muestra el ciclo completo realizado sobre un diagrama
temperatura - Btu. Al igual que en el grfico anterior toda el rea situada a la
izquierda de la lnea 2, represente al refrigerante en estado lquido; toda el rea
comprendida entre las lneas 2 y 1 representa una mezcla de vapor y lquido y
toda el rea situado a la derecha de la lnea 1 representa el refrigerante en estado
gaseoso.
Para revisar brevemente el ciclo, supongamos que A sea la entrada del vapor de
succin al compresor. De A a B el gas es comprimido. Ntese que no solamente
aumenta la temperatura, sino que tambin hay un incremento en el contenido de
calor del vapor. Esto sucede por el trabajo realizado al comprimir el vapor y se
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A
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C
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LINEA 2 LINEA 1
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B
CICLO DE REFRIGERACION
B
D
RECHAZO DE CALOR
E.N.R.
E.N.R. = Efecto Neto de Refrigeracin
CALOR DE COMPRESION
9
llama "calor de compresin". De B a B1 el sobrecalentamiento del vapor es
trasferido y se enfra hasta la lnea de vapor saturado o temperatura de
condensacin. De B1 a B2 el vapor es condensado. Desde B2 hasta C el lquido
condensado es subenfriado en el condensador o con intercambio de calor. Este
calor trasladado del sistema se conoce con el nombre de "Heat of Rejection"
(rechazo de Calor).
De C a D el lquido pasa a travs del dispositivo de control. En ste paso tiene
lugar un cambio en la temperatura correspondiente a la presin, y adems un
cambio de estado parcial, permaneciendo constante la cantidad de calor contenido
en el refrigerante.
El balance del ciclo es absorcin de calor. Desde D a D1 la absorcin se consigue
enteramente por evaporacin del refrigerante. Este calor absorbido es latente
como resultado de un cambio de estado del refrigerante. Desde D1 a E, la
absorcin da como resultado un sobrecalentamiento del vapor refrigerante antes
de que abandone el evaporador en E. Esta cantidad de calor absorbido de D a E,
se conoce como "efecto neto de refrigeracin " y es realmente el trabajo til que el
sistema de refrigeracin realiza.
Desde E a A, una pequea cantidad de calor es absorbido por el sistema a travs
de la lnea de succin dando como resultado un sobrecalentamiento adicional.
Este ciclo es el bsico para todos los sistemas de refrigeracin por compresin. Si
ha sido comprendido, puede hacerse un anlisis exacto de cualquier sistema de
refrigeracin por compresin.
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Esta ilustracin corresponde a un flotador de lado de alta. Este flotador est
localizado sobre el lado de alta del sistema, y est sumergido en lquido de alta
presin, que es el control primario.
Este tipo de dispositivo de control puede usarse solamente en un sistema que
tenga una carga de refrigerante "crtica". Tan pronto como el gas caliente se
condensa, llega al dispositivo de control. Como el nivel de lquido sube en la
cmara del flotador, ste abre y permite al refrigerante pasar al evaporador. Este
control permite al lquido llegar al evaporador en la misma cantidad que es
condensado, por lo tanto no es necesario prever en el sistema otro
almacenamiento automtico de lquido refrigerante, que el evaporador.
De esta manera, una sobrecarga de refrigerante podra dar como resultado una
inundacin de lquido en el compresor y una carga escasa de refrigerante podra
ocasionar un evaporador poco eficiente. Frecuentemente se utilizan acumuladores
de succin para hacer la carga de refrigerante menos crtica, particularmente en
sistemas de amoniaco.
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presin del evaporador disminuye, la presin del muelle sobrepasa la presin del
evaporador y empuja el diafragma hacia abajo, abriendo la vlvula.
Cuando esta vlvula mantiene una presin en el evaporador constante, tambin
tiende a mantener constante la temperatura del evaporador. Una importante
consideracin a ser tomada en cuenta en relacin con el funcionamiento de sta
vlvula, es que tiene una accin inversa en cuanto a condiciones de carga
variables. Cuando la carga en un evaporador aumenta, la presin de succin
normalmente aumenta, debido al aumento de evaporacin. Para absorber ese
aumento de carga, ste debe ser acompaado de un aumento en la cantidad de
lquido refrigerante que pasa al evaporador. En este caso, el aumento de presin
en la vlvula de expansin automtica cierra la vlvula. En este caso, el aumento
de presin en la vlvula de expansin automtica cierra la vlvula. Al cerrarse la
vlvula cuando tiene lugar un incremento en la carga, el suministro de refrigerante
es abierto, tanto ms cuando mayor es el incremento.
Esto quiere decir que sta vlvula solamente debe usarse en sistemas donde la
carga es relativamente constante. Se utilizan principalmente en sistemas tales
como refrigeradores domsticos y pequeos enfriadores de agua, etc.
16
SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT
Antes de estudiar la vlvula de expansin termosttica, debe hacerse un breve
repaso del concepto de "sobrecalentamiento".
Esta diapositiva nos muestra un evaporador de tubo desnudo que utiliza una
vlvula de expansin manual. En ste evaporador no se ha tenido en cuenta
ninguna cada de presin, en otras palabras, la presin es la misma a lo largo de
todo el evaporador. Cuando la vlvula est ligeramente abierta, una pequea
cantidad de refrigerante entra en el evaporador. El calor pasa al refrigerante a
travs del tubo produciendo la ebullicin del refrigerante. Si nicamente circula
una pequea cantidad de refrigerante sta se habr completamente evaporador
en un punto tal, como A. A lo largo de todo ste ejemplo supondremos que la
20F 0F S.H.
30F
40 F
50F
10F S.H.
20F S.H. 30F S.H.
A
B
C
21 PSIG
21 PSIG 30F DE SOBRECALENTAMIENTO
PC No 3
PC No 2
17
presin del evaporador es de 21 psig. La temperatura de saturacin a 21 psig es
de 20F.
Desde el punto A, todo el refrigerante es vapor y cualquier calor adicional
absorbido da como resultado un sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento es la
diferencia entre la temperatura real del vapor y la temperatura de saturacin o
temperatura de ebullicin correspondiente a la presin del vapor. En B, la
temperatura del vapor es 30F y nosotros tenemos 10F de sobrecalentamiento.
En la ltima curva del serpentn, la temperatura del vapor es de 40F, ste tiene
por tanto 20F de sobrecalentamiento. En C, la diferencia entre la temperatura
real del vapor (50F) y la temperatura de saturacin (20F) es 30F de
sobrecalentamiento.
20F 0F S.H.
20F
30 F
40F
0F S.H.
10F S.H. 20F S.H.
A
B
C
21 PSIG
21 PSIG
20F DE SOBRECALENTAMIENTO
PC No 3 PC No 2
18
Cuando la vlvula se abre ms, el caudal de refrigerante aumenta y el punto en
que la ltima gota de lquido hierve, se traslada desde A a B. La menor superficie
disponible de evaporador para sobrecalentar el refrigerante, da como resultado, un
menor sobrecalentamiento del gas. El gas representado en la diapositiva sale del
evaporador a 40F que representa un sobrecalentamiento de 20F.
Las condiciones ideales seran las indicadas en la grfica, con la vlvula ajustada
adecuadamente para conseguir un sobrecalentamiento de 0F, es decir, en el
refrigerante que sale del serpentn. Este grfico nos muestra que la ltima gota de
lquido hierve en el punto C.
20F 0F S.H.
20F
20 F
20F
0F S.H.
0F S.H. 0F S.H.
A
B
C
21 PSIG
21 PSIG
0F DE SOBRECALENTAMIENTO
PC No 3 PC No 2
19
Si abrimos la vlvula manual, demasiado, podra ocurrir que el caudal de
refrigerante fuera tan grande que el lquido inundara el compresor. Esto es
peligros ya que el compresor puede averiarse.
La aplicacin prctica de la vlvula de expansin termosttica se aproxima a las
condiciones que vemos en sta grfica. En ste ejemplo, el punto de completa
evaporacin est situado en la ltima curva del evaporador, lo cual permite al
vapor absorber 10F de sobrecalentamiento antes de abandonar el serpentn.
Teniendo en cuenta las variaciones, en las cargas y retardo en la respuesta de los
dispositivos de control, 10F es el mnimo sobrecalentamiento prctico para aire
acondicionado. En refrigeracin y aplicaciones especiales se usan a menudo
ajustes de sobrecalentamiento ms bajos.
20F 0F S.H.
20F
20 F
30F
0F S.H.
0F S.H. 10F S.H.
A
B
C
21 PSIG
21 PSIG
10F DE SOBRECALENTAMIENTO
PC No 3 PC No 2
VLVU
ULA DE EXPPANSIN TTERMOSTAT
PC No 2
TICA
PC No 3
20
21
Con mucho, el ms ampliamente usado de todos los dispositivos de control es la
vlvula de expansin termosttica que muestra la grfica. Esta vlvula mide
controla el flujo de refrigerante que va al evaporador de manera exacta y en la
proporcin que requiere la velocidad de evaporacin, para mantener un
sobrecalentamiento relativamente constante al final del serpentn evaporador.
Aunque es extensamente usada, esta vlvula es la ms difcil de comprender de
todos los dispositivos de control. Este dispositivo de expansin es controlado por
medio de temperatura.
Esta ilustracin muestra una seccin de una vlvula de expansin termosttica
con los principales componentes sealados por sus nombres.
Esta ilustracin es una representacin esquemtica de una vlvula de expansin
termosttica. Hemos resaltado aqu las tres presiones actuantes. La presin del
bulbo acta sobre la parte superior del diafragma y la presin del evaporador
acta sobre la parte inferior del diafragma. Cuando la presin del bulbo es mayor
que la suma de la presin del muelle y la presin del evaporador, las varillas de
PC No 2
PC No 3
PRESION DEL EVAPORADOR PRESION DEL RESORTE
PRESION DEL BULBO
VSTAGO OBTURADOR
ORIFICIO
22
empuje y el pin obturador sern empujados hacia abajo, abriendo el orificio.
Cuando la presin del bulbo es menor que la suma de la presin del muelle, y la
presin del evaporador, el vstago obturador ser tirado hacia arriba, cerrando el
orificio.
La presin del evaporador llega a la parte inferior del diafragma a travs de un
orificio interno que existe en la vlvula. Esto sucede en una "vlvula de igualacin
interna".
VLVULA EN EQUILIBRIO
Esta ilustracin muestra una representacin esquemtica de una vlvula de
expansin termosttica de una vlvula de expansin termosttica a la que se han
aadido datos de presin y temperatura. Es una vlvula de expansin termosttica
ajustada para un sobrecalentamiento de 10F con una presin encima del
diafragma igual a la suma de las dos presiones que actan por debajo del
diafragma. Es decir, la presin del muelle ms la presin del bulbo. En ste
37 PSIG 40F
40F 37 PSIG 50F
PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG
PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG
46.7
9.7 37
PC No 2
PC No 3
PC No 4
23
ejemplo se ha usado Refrigerante-12. La presin del evaporador es de 37 psig
como se ve en el manmetro. Suponiendo que no exista cada de presin, sta
presin es la que acta sobre la parte inferior del diafragma. La presin del muelle
con regulacin manual se ejerce tambin sobre la parte inferior del diafragma y es
igual a 9.7 libras como se ve en la figura. La presin total sobre la parte inferior
del diafragma es 9.7 + 37 o sea 46.7 libras.
El vapor de refrigeracin que sale del evaporador tiene un sobrecalentamiento de
10F. Esto indica que la temperatura del gas al final del evaporador ser 10F
ms alta que la temperatura correspondiente a la presin del evaporador. La
presin del evaporador es 37 psig que corresponde a 40F. Como el vapor que
sale del evaporador tiene un sobrecalentamiento de 10F, la temperatura al final
del evaporador ser de 40F ms 10F es decir 50F como se ve en el
termmetro. La temperatura del bulbo de la vlvula de expansin termosttica,
ser, por lo tanto de 50F. Si hay lquido Refrigerante-12 en el bulbo a 50F su
presin ser de 46.7 psig. Esta presin ser transmitida a la parte superior del
diafragma a travs del tubo capilar.
La presin sobre las partes superior e inferior del diafragma son iguales y la
vlvula est en equilibrio, y como resultado una cantidad fija y continua de caudal
refrigerante penetra al evaporador. La vlvula permanecer en esta posicin
mientras no haya ningn cambio en el calor transferido al evaporador.
24
VLVULA ABRIENDO
Este esquema muestra el efecto de un aumento en la carga, o sea la cantidad de
calor transferido, en el evaporador que vemos en la anterior grafica. Como la
carga ha aumentado, la cantidad de evaporacin tambin ha aumentado, y todo el
lquido refrigerante a baja presin se ha evaporador mucho ms rpidamente.
Esto trae consigo un aumento del sobrecalentamiento al quedar ms cantidad de
serpentn disponible para sobrecalentar el gas. La temperatura del vapor de
refrigerante que sale del evaporador ha aumentado a 55F como se ve en el
termmetro. Como la presin en el evaporador se ha mantenido a 37 psig, la
correspondiente temperatura de evaporacin es an de 40F.
El sobrecalentamiento en ste caso sera de 55F menos 40F sea 15F. El
lquido del bulbo estar ahora a una presin de 52.0 psig, presin correspondiente
a 55F. Esta presin ejercida sobre la parte superior del diafragma es mayor que
la presin total de 46.7 psig (37 + 9.7) ejercida en la parte inferior del diafragma.
37 PSIG 40F
40F 37 PSIG 55F
PRESION DEL BULBO 52 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG
PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 52 PSIG
52
9.7 37
PC No 2
PC No 3
PC No 4
25
Por lo tanto, como se ve en el detalle, el diafragma ser empujado hacia abajo y
se abre ms refrigerante al evaporador y compensar el incremento de carga.
VLVULA CERRANDO
Esta ilustracin nos muestra el efecto de una disminucin de carga en el
evaporador. Cuando la carga disminuye el refrigerante no se evapora tan
rpidamente y el punto en donde todo el lquido se habr evaporado se mueve
hacia delante en direccin al final del serpentn. Esto significa que menos
cantidad de serpentn est disponible para sobrecalentar el vapor de refrigeracin.
La temperatura del vapor de refrigeracin que sale del evaporador ha disminuido a
45F como se ve en el termmetro. Como la presin del evaporador se ha
mantenido a 37 psig la correspondiente temperatura de evaporacin es an de
40F. El sobrecalentamiento sera en ste caso, de 45F menos 40F sea 50F.
El lquido del bulbo estar a una presin de 41.6 psig, que es la presin que
corresponde a 45F. Esta presin transmitida a la parte superior del diafragma es
37 PSIG 40F
40F 37 PSIG 45F
PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG
PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG
41.6
9.7 37
PC No 2
PC No 3
PC No 4
26
menor que la presin total 46.7 psig (37 + 9.7) ejercida sobre la parte superior del
diafragma. Por lo tanto, como vemos en el detalle, el diafragma ser atrado hacia
arriba y cerrar la vlvula reduciendo de sta manera el caudal de refrigerante que
entra en el evaporador.
VLVULA CON CAIDA DE PRESION EN EL EVAPORADOR
Otro factor en el estudio de la vlvula de expansin termosttica, es la "cada de
presin en el serpentn". En el esquema en que vimos las condiciones de
equilibrio, con 10F de sobrecalentamiento, la presin al final del serpentn era 37
psig y la presin en el bulbo era de 46.7 psig. Para mantener sta condicin de
equilibrio se necesitaba un muelle ajustado a 9.7 psig.
En el grfico que ahora vemos se supone que existe una cada de presin en el
serpentn de 10 psig. Suponiendo que la capacidad del compresor mantenga an
una presin de 37 psig a la salida del serpentn, la presin a la entrada del mismo
47 PSIG 40F
40F 37 PSIG 50F
PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 47 PSIG
PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG
46.7
9.7 47
PC No 2
PC No 3
PC No 4
27
ser de 47 psig. Esto da lugar a una presin total sobre la parte inferior del
diafragma de 47 ms 9.7 sea 56.7 psig. Como se muestra en el detalle, en ste
caso la vlvula se cerrar y se aumentar el sobrecalentamiento.
VLVULA EN EQUILIBRIO CON CAIDA DE PRESION EN EL EVAPORADOR
Este grfico muestra las mismas condiciones que el anterior, excepto que la
vlvula de expansin termosttica ha alcanzado unas condiciones de equilibrio.
Como se mostr previamente la presin bajo la parte inferior del diafragma es de
56.7 psig (9.7 + 47). Esto requiere una presin de 56.7 psig para que la vlvula
est en equilibrio. Para crear sta presin se requiere una temperatura en el
bulbo de 59F y la temperatura a la salida del serpentn es de 40F (que
corresponde a 37 psig) el sobrecalentamiento es de 19F. Este
sobrecalentamiento es demasiado alto ya que da como resultado un evaporador
de pobre rendimiento, en el cual demasiada cantidad de serpentn est siendo
desaprovechada en sobrecalentar el vapor de refrigeracin.
47 PSIG 40F
40F 37 PSIG 59F
PRESION DEL BULBO 56.7 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 47 PSIG
PRESION DEL RESORTE 9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 56.7 PSIG
56.7
9.7 47
PC No 2
PC No 3
PC No 4
28
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA EN EQUILIBRIO
Para compensar la cada de presin en el evaporador se usa una vlvula de
igualacin externa. En sta vlvula, el orificio de igualacin interna se ha
eliminado y la presin ejercida en la parte inferior del diafragma se toma del final
del serpentn, cerca del bulbo trmico, como se ve en la ilustracin.
Todas las dems condiciones permanecen igual, pero la presin del evaporador
ejercida en la parte inferior del diafragma ha descendido a 37 psig, dando una
presin total en la parte inferior del diafragma de 37 ms 9.7 sea 46.7 psig.
Con 46.7 psig en la parte superior del diafragma la vlvula estar en equilibrio,
como vemos en el detalle, para un sobrecalentamiento de 10F.
47 PSIG 40F
40F 37 PSIG 50F
PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 37 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 46.7 PSIG
46.7
9.7 37
PC No 2
PC No 3
PC No 4
29
Para todo lo que concierne al funcionamiento de la vlvula, se ha despreciado la
cada de presin en el serpentn. La vlvula de igualacin externa obtiene la
presin que acta sobre ella de un punto en el serpentn, en el que el
sobrecalentamiento es medido y no afectado en absoluto por la presin en el
principio del serpentn. Siempre que exista una cada de presin de varias libras,
deber usarse una vlvula de expansin termosttica de igualacin externa.
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA CERRADA
Cuando un compresor para en un ciclo durante un perodo de tiempo largo
("Shut-Down), la presin en el evaporador normalmente aumentar. Esta presin,
normalmente alcanzar la presin de saturacin correspondiente a la temperatura
del aire que rodea el serpentn. En ste caso, representado en la figura, se supone
que el serpentn y la temperatura del bulbo est a 80F. Si el bulbo y el evaporador
84.1 PSIG 40F
80F 84.1 80F
PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 84.1 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG
84.1
9.7 84.1
PC No 2
PC No 3
PC No 4
30
est a la misma temperatura, la presin del muelle mantendr la vlvula en
posicin cerrada como se muestra en el detalle.
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA CERRADA
Suponiendo que las condiciones del ambiente son las mismas que en la ilustracin
anterior, cuando el compresor se ponga en marcha, la presin en la parte inferior
del diafragma se reduce y la vlvula abre. Esta ilustracin muestra la vlvula
igualada externamente con muelle ajustado a 9.7 psig. Cuando la presin en la
parte superior del diafragma sea de 84.1 psig, presin correspondiente a 80F, la
vlvula comenzar a abrir cuando la presin del evaporador se reduzca a 74.3
psig. Con una presin en el evaporador de 74.3 psig, la presin en la parte inferior
del diafragma (9.7 + 74.3 sea 84.0 psig), es menor que la presin del bulbo que
74.3 PSIG
74.3 PSIG 80F
PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 74.3 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 84.1 PSIG
84.1
9.7 74.3
PC No 2
PC No 3
PC No 4
31
es 84.1 psig. De esto se deduce que la presin del evaporador necesita
solamente ser reducida ligeramente ms que la presin del muelle para que la
vlvula abra.
Esta alta presin de succin puede causar una sobrecarga en el motor del
compresor, dependiendo esto del equipo seleccionado, diseo del mismo y
condiciones de carga. Esto es caracterstico de la vlvula de expansin
termosttica cargada con lquido.
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA ABIERTA
Otra cosa que puede ocurrir durante los perodos prolongados de parada ("Shut -
Down") en los correspondientes a un ciclo ("off cycle") se muestra en sta
84.1 PSIG
84.1 PSIG 100F
PRESION DEL BULBO 116.9 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 84.1 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 116.9 PSIG
116.9
9.7 84.1
PC No 2
PC No 3
PC No 4
T AMBIENTE 80F T AMBIENTE 100F
32
ilustracin. En ste grfico la vlvula de expansin termosttica est situada al
exterior de la corriente de aire que atraviesa el serpentn. Durante los perodos de
parada prolongados ("Shut - Down") el bulbo est expuesto a ms altas
temperaturas que el serpentn. En ste caso la presin del muelle y la presin del
serpentn permanecen iguales pero la temperatura del bulbo es de 100F. Esto
supone una presin de 116.9 psig sobre la parte superior del diafragma, que
mantendr la vlvula abierta como se ve en el detalle.
Esto ocasionar que el serpentn se llene de lquido con la posibilidad de que
inunde el compresor al arrancar. Esta es tambin otra caracterstica de la vlvula
de expansin termosttica cargada con lquido.
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA CERRADA
84.1 PSIG
84.1 PSIG 100F
PRESION DEL BULBO 50 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 84.1 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 50 PSIG
50
9.7 84.1
PC No 2
PC No 3
PC No 4
T AMBIENTE 80F T AMBIENTE 100F
33
Esta ilustracin muestra un mtodo mediante el cual la sobrecarga y las
inundaciones de lquido pueden ser evitadas. El bulbo de la vlvula de expansin
termosttica se carga con muy poca cantidad de lquido. Esto se llama un bulbo
de "carga lmite" "cargado con vapor". Cuando el bulbo alcanza una cierta
temperatura, todo el lquido se evapora y cualquier aumento en la temperatura
solamente sobrecalentar el vapor en el bulbo y no dar como resultado ningn
aumento apreciable en la presin.
Si por ejemplo, como vemos en la diapositiva se desea en el bulbo una presin no
mayor de 50 psig se colocar en l una carga de lquido que estar enteramente
evaporada a 50 psig 53F. No importa a que alta temperatura llegue el bulbo en
condiciones normales por encima de 53F, ya que la presin en el mismo
permanecer siempre a 50 psig.
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA ABRIENDO
40 PSIG
40 PSIG
PRESION DEL BULBO 50 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 40 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 50 PSIG
50
9.7 40
PC No 2
PC No 3
PC No 4
34
He aqu el mismo bulbo "cargado con vapor de refrigeracin" cuando est
abriendo. La presin del vapor que sale del serpentn ha bajado ahora a 40 psig y
la presin del bulbo de 50 psig es suficientemente alta para vencer las presiones
combinadas de succin y del muelle (40 + 9.7 sea 49.7 psig).
VLVULA DE EXPANSION CON IGUALACION EXTERNA OPERANDO
En ste esquema, la temperatura del bulbo trmico "cargado con vapor de
refrigeracin" ha descendido por debajo de los 53F de temperatura y el
refrigerante del bulbo trmico y tubo capilar ha empezado a condensarse. Un
examen de ste esquema nos mostrar que sta vlvula est ahora funcionando
exactamente como si tuviera un bulbo cargado con lquido tal como se ha
estudiado anteriormente. Esta vlvula "cargada con vapor de refrigeracin",
protege contra inundaciones de lquido en el evaporador durante los perodos de
parada prolongados ("Shut Down").
31.9 PSIG
31.9 PSIG
PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG
PRESION DEL EVAPORADOR 31.9 PSIG PRESION DEL RESORTE
9.7 PSIG
PRESION DEL BULBO 41.6 PSIG
41.6
9.7 31.9
PC No 2
PC No 3
PC No 4
45F 34F
El est
conclu
aplica
En la
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con l
refrige
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bulbo
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35
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de
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el
ser
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36
La vlvula de expansin termosttica es el ms variable de todos los dispositivos
de control. Puede ser usado, bien como dispositivo de control propiamente dicho,
como dispositivo piloto para control del evaporador en casi cualquier aplicacin.
A causa de su complejidad, sin embargo, su funcionamiento en ambas
aplicaciones debe ser completamente comprendido por los montadores, con el
objeto de obtener resultados satisfactorios.
Tres puntos muy importantes recordar, se muestran en sta grfica. El primero es
que la superficie de contacto entre el bulbo de la vlvula de expansin
termosttica y la lnea de succin, debe ser tan ntima como sea posible para que
asegure una buena transferencia de calor. La temperatura del bulbo trmico debe
ser tan aproximadamente como sea posible a la temperatura del vapor que sale
del evaporador.
La ilustracin B muestra la importancia de la posicin del bulbo sobre la lnea de
succin. El aceite lquido refrigerante pueden circular por la parte baja de la
lnea de succin, dando una falsa "lectura" de la temperatura. El bulbo debe ser
colocado de tal manera que obtenga una "lectura" de la temperatura del aceite
lquido refrigerante. La aplicacin dimensin de la lnea de succin determina la
posicin que debe tener el bulbo sobre la lnea, pero definitivamente nunca debe
ser colocado sobre la parte inferior de la lnea de succin.
La posicin de la lnea de igualacin. Debe ser injertada a la lnea de succin en
un punto ms adelante (en el sentido de circulacin de refrigerante) que el bulbo,
de tal manera que una pequea fuga a travs del prensaestopas, de la vlvula no
afectar la temperatura del bulbo. Si no se instalase el bulbo de sta manera,
debido a eventuales fugas en el prensaestopas del interior de la vlvula, podra
llegar a la tubera de aspiracin una pequea cantidad de refrigerante no
evaporado, el cual producira un enfriamiento del bulbo, con lo que ste podra
obten
vlvul
Estos
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39
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40
1. Un dispositivo de control, controla el caudal de refrigerante que llega el
evaporador. Hay siete principales dispositivos de control:
a. VLVULA DE EXPANSIN MANUAL
b. FLOTADOR DE LADO DE BAJA
c. FLOTADOR DE LADO DE ALTA
d. VLVULA DE EXPANSIN AUTOMTICA
e. VLVULA DE EXPANSIN TERMOSTTICA
f. VLVULA DE EXPANSIN TERMO-ELCTRICA
g. TUBO CAPILAR
2. La vlvula de expansin manual crea un orificio en la lnea de succin. Debe
ser ajustada manualmente para cada variacin de carga.
3. El nivel de lquido en la cmara del flotador evaporador, controla el flotador
de lado de baja.
4. La cantidad de lquido condensado que pasa desde el condensador a la
cmara del flotador, controla el caudal de refrigerante a travs del flotador del
lado de alta.
5. La presin del serpentn evaporador controla la corriente de refrigerante
cuando se usa una A.X.V.
6. El S.H. a la salida del serpentn controla la corriente de lquido cuando se usa
una T.X.V.
La diferencia de presin controla el caudal del refrigerante cuando se usa un tubo
capilar.
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