La válvula de expansión termostática, también conocida como VET, es uno de los cuatro componentes principales de un sistema de refrigeración industrial o comercial. Los otros tres componentes son el compresor, evaporador y condensador. Los sistemas de refrigeración industrial tienen generalmente varios evaporadores y cada evaporador tiene una válvula de expansión termostática controlando la entrada de refrigerante al mismo.
Entre las principales empresas fabricantes de válvulas de termoexpansión, o de expansión termostática, se encuentran las siguientes: Emerson, Danfoss, Parker, Sanhua, Sporlan, etc. Cada uno de estos fabricantes cuentan con una gran variedad de modelos que se diseñan para trabajar en un rango de parámetros bien definidos. Por tanto, el ingeniero o el técnico escoge aquella que coincida con las condiciones del sistema de refrigeración que esté diseñando, modificando o reparando.
¿Qué es una válvula de expansión termostática?
La válvula de expansión termostática es un dispositivo que disminuye la presión del líquido refrigerante que recibe del condensador, en primer lugar. Luego, inyecta y regula el flujo másico de refrigerante que entra al evaporador. Esta regulación de flujo de refrigerante la realiza en función de la temperatura que tenga el refrigerante, en la salida de dicho evaporador. Es decir, este dispositivo mantiene estable la temperatura del refrigerante, en la salida del evaporador, variando automáticamente el flujo de refrigerante que pasa por el mismo.
¿Cuáles son las partes que constituyen una válvula de expansión termostática?
Las partes externas visibles de una válvula de expansión termostática son las siguientes: cuerpo, bulbo y capilar. El cuerpo está hecho de latón o acero inoxidable y tiene tres conexiones: entrada de refrigerante, salida de refrigerante y puerto de compensación. Además, en el cuerpo lleva un tornillo de regulación y un cabezal en forma de plato. De dicho cabezal sale el capilar, el cual tiene un bulbo en su extremo final.
En su interior, la VET tiene un conjunto cilíndrico con un orificio calibrado, que reduce la presión del refrigerante que entra a la válvula. Dentro del conjunto se encuentra un cedazo para retener residuos y otras impurezas.
Por otra parte, en el interior del cabezal en forma de plato, hay una membrana hermética. Esta separa el gas que contiene el bulbo, y el capilar, del refrigerante del sistema. La membrana transmite su expansión, o contracción, a una aguja, la cual cierra o abre el asiento de la válvula. De esta manera, la válvula de expansión termostática aumenta o disminuye el flujo de refrigerante que sale de la misma.
Dentro de las válvulas de termoexpansión se encuentra también un resorte, el cual es antagónico al movimiento que transmite la membrana. La fuerza que ejerce el resorte es regulada con un tornillo de calibración.
¿Cómo es el funcionamiento de las válvulas de termoexpansión?
Cuando se enciende el sistema de refrigeración, estando caliente el cuarto de enfriamiento, el bulbo está a temperatura ambiente. Por tanto, la presión del gas del bulbo está al máximo, y expande totalmente la membrana interna de la válvula. En esta condición, la fuerza de la membrana supera totalmente a la fuerza del resorte y a la presión del refrigerante. En consecuencia, la válvula abre al máximo, dejando pasar el mayor flujo de refrigerante posible por el evaporador.
A medida que se va enfriando el cuarto, también se enfría el bulbo. Por tanto, el gas del bulbo pierde presión, disminuyendo la fuerza del diafragma. En consecuencia, la fuerza del resorte y la presión del refrigerante tienden a ir cerrando la VET, disminuyendo el flujo de refrigerante del evaporador. Finalmente, llega el momento en que la temperatura del cuarto se estabiliza, y las fuerzas de la membrana, resorte y refrigerante se mantienen en equilibrio.
Importancia de la VET en un sistema de refrigeración
Generalmente, en los sistemas de refrigeración, el diferencial óptimo de la temperatura del refrigerante, entre la entrada y la salida de los evaporadores, es de 5 °C. Esto garantiza una alta eficiencia de trabajo y también asegura que el refrigerante a la salida del evaporador esté totalmente en estado gaseoso. Por esa razón, la válvula de expansión termostática se diseña, instala y calibra para mantener dichas condiciones.
Cuando el diferencial de temperatura está por debajo de 5 °C, se corre el riesgo de que una parte del flujo de refrigerante se mantenga líquido. Tal situación acarrea daños al compresor, ya que el mismo está diseñado para trabajar con gases. Por otra parte, si el diferencial de temperatura está a mucho más de 5 °C, el refrigerante a la salida del evaporador estaría muy caliente. Esta otra situación crearía graves problemas de sobrecalentamiento en el resto del sistema de refrigeración (compresor y condensador).
¿Cómo se selecciona e instala una válvula de expansión termostática?
La selección de estas válvulas depende del catálogo de modelos que tenga el fabricante y del tipo de refrigerante que use el sistema. Además, se debe tener en cuenta la capacidad del evaporador, la carga de refrigerante, temperatura del evaporador, temperatura del condensador, etc. Generalmente, cada fabricante tiene un software que permite seleccionar la válvula más adecuada para cada sistema.
Esta válvula debe instalarse, con conexión roscada o soldada, lo más cerca posible del evaporador. Además, el bulbo debe estar bien colocado justo sobre el tubo de salida del evaporador, cubierto con aislante térmico para evitar interferencia del exterior. Por otra parte, si la instalación de la VET es soldada, debe cubrirse con un paño húmedo para evitar que se dañe la membrana interna. Finalmente, se debe realizar una toma de refrigerante a la salida del evaporador, para llevar la presión del refrigerante al puerto de compensación.
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