Una válvula de expansión térmica o válvula de expansión termostática (a menudo abreviada como TEV , TXV o válvula TX ) es un componente de los sistemas de aire acondicionado y refrigeración por compresión de vapor que controla la cantidad de refrigerante liberado en el evaporador y está destinado a regular el sobrecalentamiento de el refrigerante que sale del evaporador a un valor estable. Aunque a menudo se la describe como una válvula "termostática", una válvula de expansión no puede regular la temperatura del evaporador a un valor preciso. La temperatura del evaporador variará únicamente con la presión de evaporación, la cual deberá regularse por otros medios (como ajustando la capacidad del compresor).
Las válvulas de expansión térmica a menudo se denominan genéricamente "dispositivos dosificadores", aunque también puede referirse a cualquier otro dispositivo que libere refrigerante líquido en la sección de baja presión pero que no reaccione a la temperatura, como un tubo capilar o un controlador de presión. válvula.
Una válvula de expansión térmica es un elemento clave de una bomba de calor ; este es el ciclo que hace posible el aire acondicionado o refrigeración por aire. Un ciclo de refrigeración básico consta de cuatro elementos principales: un compresor , un condensador , un dispositivo dosificador y un evaporador . Cuando un refrigerante pasa por un circuito que contiene estos cuatro elementos, se produce el aire acondicionado.
El ciclo comienza cuando el refrigerante ingresa al compresor en forma gaseosa de baja presión y temperatura moderada. El compresor comprime el refrigerante a un estado gaseoso de alta presión y alta temperatura. Luego, el gas a alta presión y alta temperatura ingresa al condensador. El condensador enfría el gas a alta presión y alta temperatura, lo que le permite condensarse en un líquido a alta presión transfiriendo calor a un medio de temperatura más baja, generalmente aire ambiente. Para producir un efecto de enfriamiento a partir del líquido de mayor presión, la válvula de expansión restringe el flujo de refrigerante que ingresa al evaporador, lo que reduce la presión y permite que se produzca la expansión isentálpica nuevamente hacia la fase de vapor, lo que absorbe calor y produce enfriamiento. .
Un dispositivo de expansión tipo TXV tiene un bulbo sensor que está lleno de un líquido cuyas propiedades termodinámicas son similares a las del refrigerante. Este bulbo está conectado térmicamente a la salida del evaporador para que se pueda detectar la temperatura del refrigerante que sale del evaporador. La presión del gas en el bulbo sensor proporciona la fuerza para abrir la TXV y, a medida que la temperatura baja, esta fuerza disminuirá, por lo tanto, se ajusta dinámicamente el flujo de refrigerante hacia el evaporador.
El sobrecalentamiento es el exceso de temperatura del vapor por encima de su punto de ebullición a la presión de evaporación. La ausencia de sobrecalentamiento indica que el refrigerante no se está vaporizando completamente dentro del evaporador y el líquido puede terminar recirculándose al compresor, lo que es ineficiente y puede causar daños. Por otro lado, un sobrecalentamiento excesivo indica que no fluye suficiente refrigerante a través del serpentín del evaporador y, por lo tanto, una parte importante hacia el final no proporciona enfriamiento. Por lo tanto, al regular el sobrecalentamiento a un valor pequeño, típicamente solo unos pocos °C, la transferencia de calor del evaporador será casi óptima, sin que el exceso de refrigerante líquido regrese al compresor. [1]
Para proporcionar un sobrecalentamiento adecuado, a menudo se aplica una fuerza de resorte en la dirección que cerraría la válvula, lo que significa que la válvula se cerrará cuando el bulbo esté a una temperatura más baja que la que se está evaporando el refrigerante. Las válvulas de tipo resorte pueden ser fijas o ajustables, aunque también existen otros métodos para garantizar un sobrecalentamiento, como que el bulbo sensor tenga una composición de vapor diferente a la del resto del sistema.
Algunas válvulas de expansión térmica también están diseñadas específicamente para garantizar que siempre pueda fluir un cierto flujo mínimo de refrigerante a través del sistema, mientras que otras también pueden diseñarse para controlar la presión del evaporador para que nunca supere un valor máximo.
El control de flujo, o medición, del refrigerante se logra mediante el uso de un bulbo sensor de temperatura, lleno con una carga de gas o líquido similar a la que está dentro del sistema, que hace que el orificio de la válvula se abra contra la presión del resorte en la válvula. cuerpo a medida que aumenta la temperatura en el bulbo. A medida que disminuye la temperatura de la línea de succión, también disminuye la presión en el bulbo y, por lo tanto, en el resorte, lo que provoca que la válvula se cierre. Un sistema de aire acondicionado con válvula TX suele ser más eficiente que aquellos con diseños que no la utilizan. [2] Además, los sistemas de aire acondicionado con válvulas TX no requieren de un acumulador (un tanque de refrigerante colocado aguas abajo de la salida del evaporador), ya que las válvulas reducen el flujo de refrigerante líquido cuando la carga térmica del evaporador disminuye, de modo que todo el refrigerante en su interior se evapora por completo. evaporador (en condiciones normales de funcionamiento, como temperatura y flujo de aire adecuados). Sin embargo, es necesario colocar un tanque receptor de refrigerante líquido en la línea de líquido antes de la válvula TX para que, en condiciones de baja carga térmica del evaporador, cualquier exceso de refrigerante líquido pueda almacenarse en su interior, evitando que el líquido retroceda dentro del serpentín del condensador desde el línea de líquido.
En cargas de calor que son muy bajas en comparación con la potencia nominal de la válvula, el orificio puede sobredimensionarse para la carga de calor y la válvula puede comenzar a abrirse y cerrarse repetidamente, en un intento de controlar el sobrecalentamiento al valor establecido, haciendo que el sobrecalentamiento oscilar. Cargas cruzadas, es decir, cargas de bulbo detectoras compuestas por una mezcla de diferentes refrigerantes o también gases no refrigerantes como el nitrógeno (a diferencia de una carga compuesta exclusivamente por el mismo refrigerante dentro del sistema, conocida como carga paralela), configuradas de manera que la curva de presión de vapor versus temperatura de la carga del bulbo "cruza" la curva de presión de vapor versus temperatura del refrigerante del sistema a un cierto valor de temperatura (es decir, una carga del bulbo configurada de manera que, por debajo de cierta temperatura del refrigerante, la presión de vapor de (la carga del bulbo repentinamente se vuelve más alta que la del refrigerante del sistema, lo que obliga a la clavija dosificadora a permanecer en una posición abierta), ayuda a reducir el fenómeno de caza de sobrecalentamiento al evitar que el orificio de la válvula se cierre completamente durante el funcionamiento del sistema. Se puede conseguir el mismo resultado mediante diferentes tipos de conductos de purga que generen un flujo mínimo de refrigerante en todo momento. Sin embargo, el costo determina un cierto flujo de refrigerante que no llegará a la línea de succión en un estado completamente evaporado mientras la carga de calor sea particularmente baja, y que el compresor debe estar diseñado para manejar. Seleccionando cuidadosamente la cantidad de carga del bulbo sensor de líquido, también se puede lograr el efecto llamado MOP (presión máxima de funcionamiento); por encima de una temperatura de refrigerante precisa, la carga del bulbo sensor se evaporará por completo, lo que hará que la válvula comience a restringir el flujo independientemente del sobrecalentamiento detectado, en lugar de aumentarlo para reducir el sobrecalentamiento del evaporador al valor objetivo. Por lo tanto, se evitará que la presión del evaporador aumente por encima del valor MOP. Esta característica ayuda a controlar el par de funcionamiento máximo del compresor a un valor que sea aceptable para la aplicación, como el motor de un automóvil de pequeña cilindrada.
Una condición de baja carga de refrigerante suele ir acompañada, cuando el compresor está en funcionamiento, de un fuerte silbido que se escucha desde la válvula de expansión térmica y el evaporador, que es causado por la falta de una cabeza de líquido justo antes del orificio móvil de la válvula, lo que hace que el orificio se intente. para medir un vapor o una mezcla de vapor/líquido en lugar de un líquido.
Hay dos tipos principales de válvulas de expansión térmica: ecualizadas internamente o externamente. La diferencia entre válvulas ecualizadas externas e internas es cómo la presión del evaporador afecta la posición de la aguja. En válvulas ecualizadas internamente, la presión del evaporador contra el diafragma es la presión en la entrada del evaporador (generalmente a través de una conexión interna a la salida de la válvula), mientras que en válvulas ecualizadas externamente, la presión del evaporador contra el diafragma es la presión en la salida del evaporador. Las válvulas de expansión termostáticas ecualizadas externamente compensan cualquier caída de presión a través del evaporador. [3] Para válvulas ecualizadas internamente, una caída de presión en el evaporador tendrá el efecto de aumentar el sobrecalentamiento.
Las válvulas ecualizadas internamente se pueden utilizar en serpentines de evaporador de circuito único que tienen una caída de presión baja. Si se usa un distribuidor de refrigerante para múltiples evaporadores en paralelo (en lugar de una válvula en cada evaporador), entonces se debe usar una válvula ecualizada externamente. Los TXV ecualizados externamente se pueden utilizar en todas las aplicaciones; sin embargo, una TXV ecualizada externamente no se puede reemplazar con una TXV ecualizada internamente. [4] Para aplicaciones automotrices, a menudo se utiliza un tipo de válvula de expansión térmica ecualizada externamente, conocida como válvula de tipo bloque. En este tipo, un bulbo sensor está ubicado dentro de la conexión de la línea de succión dentro del cuerpo de la válvula y está en contacto constante con el refrigerante que fluye fuera de la salida del evaporador, o se proporciona un medio de transferencia de calor para que el refrigerante pueda intercambiar calor con la carga sensora contenida en una cámara ubicada sobre el diafragma a medida que fluye hacia la línea de succión.
Aunque el tipo de bulbo/diafragma se utiliza en la mayoría de los sistemas que controlan el recalentamiento del refrigerante, las válvulas de expansión electrónicas se están volviendo más comunes en sistemas más grandes o sistemas con múltiples evaporadores para permitir su ajuste independiente. Aunque las válvulas electrónicas pueden proporcionar un mayor rango de control y flexibilidad que los tipos de bulbo/diafragma no pueden proporcionar, agregan complejidad y puntos de falla a un sistema, ya que requieren sensores de temperatura y presión adicionales y un circuito de control electrónico. La mayoría de las válvulas electrónicas utilizan un motor paso a paso herméticamente sellado dentro de la válvula para accionar una válvula de aguja con un mecanismo de tornillo; en algunas unidades, solo el rotor paso a paso está dentro del cuerpo hermético y es impulsado magnéticamente a través del cuerpo sellado de la válvula mediante bobinas del estator en el exterior de el dispositivo.
