INTRODUCCIN.

El dispositivo de expansin o vlvula de expansin tiene la funcin en el sistema de refrigeracin de controlar el flujo de refrigerante lquido que entra al evaporador. El refrigerante lquido que llega al dispositivo a alta presin, fluye a travs de l y se transforma en una mezcla lquido vapor a baja presin. Esa mezcla pasar totalmente a fase gaseosa dentro del evaporador, absorbiendo el calor del medio que est siendo enfriado.A mayor o menor flujo de refrigerante a travs del dispositivo, se podr absorber mso menos calor del medio a enfriar. Dado que el dispositivo de expansin regula la cantidad de refrigerante hacia el evaporador, su seleccin es de particular importancia para la correcta operacin del sistema de refrigeracin. Una mala seleccin, con un dimensionado incorrecto, o un funcionamiento deficiente del dispositivo una vez instalado, puede causar graves consecuencias en la eficiencia energtica del sistema. Una buena seleccin del dispositivo considera que su capacidad nominal coincide o es ligeramente superior a la carga trmica frigorfica que tiene que vencer el sistema. Si se comete el error de sub dimensionar el dispositivo, durante su operacin llegar menos refrigerante al evaporador causando una reduccin en la capacidad de enfriamiento del sistema. Por el contrario, un dispositivo sobredimensionado, permitir que se inyecte al evaporador ms refrigerante que el requerido, que no todo el lquido se evapore dentro del intercambiador y llegue lquido al retorno del compresor, lo que es daino para este componente y puede averiarlo.Estamos en presencia de un componente muy sensible y de gran impacto en la eficiencia del conjunto del sistema de refrigeracin por la tarea que realiza. Coincide que el comportamiento eficiente de la vlvula de expansin tiene un peso importante en la eficiencia energtica del sistema, por lo que es de suma importancia para conseguir ahorros de energa en una instalacin de refrigeracin. Conocer las vlvulas de expansin, sus funciones, su constitucin mecnica, cmo regularlas para un funcionamiento correcto y el comportamiento que deben seguir durante la operacin diaria, son factores a manejar con total seguridad por los tcnicos y especialistas que tienen la tarea de satisfacer la operacin eficiente del sistema de refrigeracin.

EL SISTEMA DE REFRIGERACIONEl sistema de refrigeracin se define como un sistema cerrado, en el cul el proceso de absorcin y liberacin de calor se realiza por medio de un refrigerante que fluye en un ciclo de compresin de vapor. En su forma ms sencilla, un sistema de refrigeracin consta de cinco componentes: Compresor, Condensador, Evaporador, Dispositivo de Expansin y Tubera.El compresor es el corazn del sistema ya que causa el flujo de refrigerante. Su funcin es recibir vapor de refrigerante a baja presin (y temperatura) proveniente del evaporador y comprimirlo a alta presin (y temperatura). El vapor a alta presin es entonces convertido a fase lquida en el condensador. El condensador realiza esta funcin absorbiendo calor del vapor y liberndolo hacia el aire, o hacia el agua, en el caso de un condensador enfriado con agua. El lquido, que permanece a alta presin, pasa a travs del dispositivo de expansin y se transforma en una mezcla fases (lquida y gaseosa) a baja presin. Esta mezcla de refrigerante regresa a su fase gaseosa en el evaporador, absorbiendo calor del medio que est siendo enfriado.Dado que el dispositivo de expansin regula el flujo de refrigerante hacia el evaporador, su seleccin es de particular importancia para la operacin del sistema de refrigeracin. Un dispositivo de expansin mal aplicado o incorrectamente dimensionado puede causar dificultades operacionales y un funcionamiento pobre del sistema.Por ejemplo, un dispositivo de expansin su dimensionado evita que haya suficiente flujo de refrigerante hacia el evaporador, causando una reduccin en la capacidad de enfriamiento del sistema.Un dispositivo de expansin sobredimensionado puede permitir que fluya demasiado refrigerante hacia el evaporador, y causar que el refrigerante lquido fluya de regreso al compresor. La condicin anterior es referida como retorno de lquido. Invariablemente, ambas condiciones resultan en dao al compresor si no son remediadas rpidamenteTipos de dispositivos de expansin.Los dispositivos de expansin pueden clasificarse en 4 tipos:a) Los componentes de rea constanteb) Vlvula automtica (presin constante)c) Vlvula de expansin electrnica.d) Vlvula expansin termosttica

A. Componente de rea constante.El componente de expansin de rea fija consiste en un orificio calibrado a travs delcual fluye el lquido refrigerante.El tubo capilar es un ejemplo comn de este de componente de expansin. Estos tubos de dimetro milimtrico son calibrados en funcin de la carga trmica del conjunto que deben garantizar. Conociendo la temperatura de enfriamiento que se necesita en el evaporador para vencer la carga trmica del sistema (pico) y la presin de descarga del compresor, se calcula su longitud para cada l dimetro del capilar. Cundo el refrigerante lquido entra al tubo capilar, se produce una estrangulacin (aumenta la velocidad de flujo y disminuye su presin) y debido a la cada de presin el lquido comienza a evaporarse. Una mezcla lquido vapor llega al evaporador donde al robar el calor a la carga trmica, el componente lquido se evapora definitivamente y el vapor se enriquece. Estos dispositivos son utilizados en sistemas de pequea capacidad, donde la operacin permite una carga constante del evaporador y presiones de condensacin tambin constantes.

La principal desventaja del tubo capilar es su incapacidad para regular el flujo de refrigerante en ritmo con las condiciones de operacin ya que es dimensionado para una carga trmica fija, tal y como se explic antes.

B. La vlvula de expansin automticaEsta vlvula mantiene la presin del evaporador constante. Ella regula el flujo de refrigerante manteniendo la presin a la salida de la vlvula o dentro del evaporador constante. La vlvula de expansin automtica tiene un mecanismo regulador que nos permite ajustar la presin de salida de la vlvula, que es muy prxima a la de operacin del evaporador. Por lo que la vlvula automtica dejar pasar refrigerante siempre que se cumpla que el valor de presin en la salida (dentro del evaporador) es menor al valor pre-fijado en su mecanismo. En la medida que la carga trmica en el evaporador se incrementa, aumenta la presin del refrigerante y comienza a cerrar el dispositivo y reducir el flujo de refrigerante, cumpliendo su tarea de mantener constante la presin dentro del evaporador en el valor pre-fijado por el ajuste de la vlvula. En esas condiciones se tardarn horas en vencer la carga trmica que sobrepase la presin pre establecida. Lo mismo pasa en bajas cargas trmicas, para las que se requieran temperaturas inferiores a la presin de ajuste de la vlvula.En este punto es bueno destacar que tanto el tubo capilar como las vlvulas automticas o de presin constante presentan un comportamiento muy pobre frente a las variaciones de la carga trmica. Este es un grave inconveniente para operar el sistema frigorfico con eficiencia. Una operacin eficiente exige la sincronizacin entre la capacidad del dispositivo de expansin y la carga trmica puntual. Este ritmo se hace ms importante en los sistemas de mediana y gran capacidad.

C. La vlvula de expansin electrnica.Estas vlvulas se utilizan cuando en el sistema se necesitan realizar funciones complejas. Este tipo de vlvulas es accionado elctricamente, mediante elementos sensores y de control. Estos sistemas de control por lo general son diseados para supervisar automticamente varios aspectos de la operacin, adems del recalentamiento. Por ejemplo, en los sistemas de Aire Acondicionado la temperatura de salida del aire en el evaporador; en un Chiller, la temperatura del agua de entrada y de salida a la enfriadora, la presin de la condensacin, etcLas vlvulas de expansin electrnicas dotadas de un conjunto de elementos sensores y de control para su manejo, aseguran un ahorro de energa, protegen la operacin del sistema evitando el retorno de lquido en el compresor, optimizan la presin de condensacin y de enfriamiento del evaporador y controlan eficientemente el recalentamiento. Son muy buenos aliados de la eficiencia energtica del sistema de refrigeracin, cundo todo funciona bien.

D. Vlvula de expansin termosttica.Antes de comenzar a tratar el componente de expansin termosttico, repasaremos el trmino recalentamiento del refrigerante, recordando que es la diferencia entre la temperatura real del vapor refrigerante en un punto y su temperatura de saturacin, obtenida midiendo la presin manomtrica. Para calcular el recalentamiento en el sistema de refrigeracin se determina la diferencia entre el valor de la temperatura a la salida del evaporador (1), donde generalmente se sujeta el bulbo sensor, y el valor de la temperatura correspondiente a la presin manomtrica del refrigerante dentro del evaporador (2).Para estas mediciones se utiliza un termmetro digital con una sonda superficial, que se pone en contacto con la tubera cercano al bulbo sensor y se toman varias temperaturas, calculando la media ms probable (1). Conocida la presin de succin, que puede ser leda en la toma del compresor, y por supuesto el tipo de refrigerante que circula, se calcularn las prdidas en la lnea de succin hasta el evaporador y se restarn del valor anterior. As obtenemos la presin manomtrica dentro del evaporador. Empleando una Tabla de propiedades para el Refrigerante se puede determinar la temperatura de saturacin (2). correspondiente a la presin manomtrica dentro del evaporador antes calculada. La diferencia entre ambas temperaturas reportar el recalentamiento de operacin del dispositivo de expansin.Descripcin de una vlvula de expansin termosttica.La vlvula de expansin termosttica cuenta de: El bulbo sensor de temperatura Tubo capilar que une al tubo sensor con el componente actuante de la vlvula El diafragma de la vlvula Las varillas de empuje y orificio cilindro-cnico obturado parcialmente por un vstago El vstago y su punta cnica que se introduce en el orificio Un muelle o resorte El eje central El tornillo de regulacin que acta sobre la tensin del muelle El cuerpo de la vlvula Las conexiones de entrada (zona de lquido) y de salida del refrigerante (entrada del evaporador)

.Funcionamiento de la vlvula de expansin termosttica.De acuerdo a la temperatura que capta el bulbo sensor, el gas contenido en l se dilata o se contrae. Asumamos que la temperatura aumenta y el gas se dilata. El gas ejerce una presin sobre el diafragma de la vlvula que a su vez transmite el movimiento a las varillas de empuje. Las varillas empujan al eje de la vlvula que se apoya en la parte superior del muelle, haciendo que la tensin en el resorte aumente y produzca una fuerza contraria a la de empuje. As aleja la punta cnica del orifico donde se asienta. Al alejarse la punta cnica aumenta el rea libre entre el orificio y ella. En la medida que aumenta el rea libre, pasar ms refrigerante al evaporador, seal que la carga trmica ha aumentado. Este aumento gener mayor recalentamiento, una temperatura en la carga de gas en el bulbo mayor y la presin en su interior tambin aument.

Si ocurre lo contrario y baja la temperatura del refrigerante, tambin bajar la temperatura del gas dentro del bulbo sensor y suceder lo contrario. Las varillas reducirn su empuje sobre el eje y a su vez reducirn la tensin sobre el resorte. Entonces dejar que la punta cnica entre en el asiento de la vlvula, reduciendo el rea libre y con ello, limitando el paso de refrigerante, seal de que la carga trmica ha disminuido.A continuacin se relacionan los principales problemas que pueden presentarse durante la operacin del sistema frigorfico, sus causas y cmo resolverlos. Cundo la vlvula no suministra suficiente refrigerante la causa puede estar en:a) La humedad. Agua o una mezcla de agua y aceite congelados en el orificio de la vlvula o en partes mviles de la vlvula. Solucin: Cambie el filtro secador o instale uno en la lnea de lquido que elimine la humedad. Revise el indicador de humedad o instale uno a continuacin del filtro anterior.b) Suciedades, ceras y materias extraas. Cundo las suciedades se decantan en los filtros antes de la vlvula, aumenta la cada de presin en la alimentacin y se puede producir la vaporizacin del refrigerante, afectando el rendimiento y capacidad de la vlvula. A veces estas partculas llegan a la vlvula y la obstruyen. Las burbujas en el visor de la lnea de lquido indican vaporizacin del refrigerante y su causa puede ser un aumento de la cada de presin en la lnea.Solucin: Mantener una inspeccin sistemtica de limpieza de los filtros y mallas colocados en la lnea de lquido y reponer los mismos ante las fallas frecuentes.c) Falta de refrigerante. Cuando el sistema opera con baja carga de refrigerante notaremos el burbujeo en el visor colocado en la lnea de lquido antes de la entrada de la vlvula de expansin.Solucin: Reponer el refrigerante que falta.d) Gas en la lnea de lquido. Vimos que el vapor en la lnea de lquido puede producirse por una obstruccin en los filtros y accesorios colocados antes de la vlvula de expansin, que obstaculizan el paso del refrigerante. Pero tambin vimos que puede producirse por falta de refrigerante en el sistema. Lo comn es detectar la presencia de un gas indeseable por el burbujeo en el visor de la lnea de lquido. Es decir, que ante la evidencia del burbujeo en el visor, tendremos que realizar una inspeccin despejando si la causa es por falta de refrigerante, si es por causa del aumento de la cada de presin en la lnea o por presencia de un gas no condensable.Solucin: Revisar las causas de posibles cada de presin en filtros, secadores, etc. Comprobar que la lnea de alimentacin entre el condensador y el evaporador est correctamente dimensionada para la carga frigorfica mxima. Comprobar la presin de condensacin y la presin de succin, para despejar la falta de refrigerante.e) Insuficiente cada de presin a travs de la vlvula. La capacidad nominal de la vlvula se establece para una cada de presin dada. Cualquier cosa que entorpezca el flujo en la lnea de lquido y disminuya la diferencia de presin a travs de la vlvula, reducir su capacidad. Las presiones de condensacin bajas, mayores cadas de presin en la lnea de lquido, obstrucciones en filtros y accesorios, puede afectar la cada de presin a travs de la vlvula y limitar su capacidad frigorfica.Solucin: Eliminar la causa que est afectando.