Ratio: 5 / 5

Inicio activadoInicio activadoInicio activadoInicio activadoInicio activado
 

Válvula de expansión termostáticaEl cuerpo humano, maravillosa creación, puede ser simplemente visto como una máquina biológica. Aunque todavía hoy en día hay mucho por aprender sobre este complejo organismo viviente, existen algunas similitudes entre el cuerpo humano y un sistema frigorífico. El corazón es nada más y nada menos que una bomba, mientras que las venas son las "œtuberías" que transportan la sangre hacia las distintas partes del organismo. El sistema nervioso  es el equivalente al complejo circuito eléctrico, con el cerebro como procesador central que controla todo.

 

Analogía con el diagnóstico

Si hasta ahora usted ha concordado con las comparaciones, ¿no sería lógico pensar en el mecánico en refrigeración y aire acondicionado como un doctor? Quizás el mecánico se vea beneficiado al emular al doctor empleando los métodos de análisis en los problemas técnicos.

Por ejemplo: ¿sugeriría un doctor el trasplante de corazón de un paciente porque él está "œmuy seguro" de que el corazón del paciente está enfermo? Por supuesto que no. El fundamento para tomar tal decisión fue formulado hace años atrás durante las clases de anatomía. Primero, la función del corazón fue estudiada en conjunto con su propósito en el cuerpo. Segundo, también se estudió cómo trabaja el corazón humano.

Con seguridad, no debe haber sido un seminario de 60 minutos o una clase de un día, si no que se debe haber estudiado la teoría completa del funcionamiento del corazón humano, y luego se complementaron las clases en el laboratorio de disección y muestras reales. Seguramente, hubieron oportunidades para observar a otro doctor graduado realizando un diagnóstico y alguna operación, e incluso tal vez trasplantes.

Finalmente, como practicante y residente habrán instancias donde, bajo la tutela de doctores experimentados, conocerá el trabajo real. Cualquier secreto o misterio en torno a la práctica acerca de la operación y diagnóstico de un corazón desaparecerán antes de tomar cualquier decisión de realizar un trasplante.

¿Qué puede aprender de esta disciplina el técnico en refrigeración y aire acondicionado?

Bueno, vamos a analizar la válvula de expansión termostática desde la perspectiva de un doctor en refrigeración. Lo primero que Usted debe saber es su función. Para qué está diseñado; qué es lo que hace. 

El sistema frigorífico está diseñado para quitar calor de un espacio y colocarlo fuera del lugar a acondicionar, con el objetivo de mantener una temperatura constante. El refrigerante es simplemente el medio de transporte del calor de un lugar a otro. El evaporador es alimentado con líquido saturado, y transfiere calor desde el espacio hacia él mismo, resultando en la ebullición del refrigerante, convirtiéndose éste en vapor. La función de la válvula de expansión termostática (VET) es la de alimentar con la cantidad exacta de líquido saturado al evaporador para permitir la transferencia de calor. ¿Hay una carga constante? No, no la hay, de manera que la válvula de expansión termostática debe poseer un mecanismo que regule el flujo del refrigerante y ser capaz de responder a los cambios de las condiciones del sistema. Esas condiciones serán la temperatura y presión. Cuando se conocen estos dos valores, se puede calcular el recalentamiento. Si la válvula de expansión termostática puede mantener un recalentamiento constante en el evaporador, esta puede asegurar la correcta cantidad de refrigerante en el mismo bajo cualquier condición. 

¿Qué es recalentamiento y cuán necesario es?

Responder este interrogante puede tomar mucho trabajo. ¿No sería más fácil decir que la válvula de expansión termostática funciona mal, reemplazarla, y terminar el trabajo? Este tipo de pensamiento solamente aplica si Usted desea ser conocido como el técnico  en refrigeración y aire acondicionado que se graduó con el peor promedio de toda la clase. La figura 1 muestra una pava con agua hirviendo y la usaremos para ilustrar el principio del recalentamiento. A nivel del mar, el agua hierve a 100 grados. Este es el punto donde el agua cambia de estado de líquido a vapor, y se denomina temperatura de saturación. 

{rokbox title=|Principio del recalentamiento Image| size=|654 381|}images/stories/demo/rokbox/valvula-expansion-termostatica_04.jpg{/rokbox}

FIGURA 1 - PRINCIPIO DEL RECALENTAMIENTO

Un líquido no puede aumentar su temperatura por sobre su punto de ebullición; por lo tanto el vapor que abandona la pava está también a 100º. Si se agrega más calor al vapor, su temperatura aumentará. Por definición, la diferencia entre la temperatura del vapor y la temperatura de saturación, a una presión dada, es el recalentamiento. En este ejemplo la temperatura de saturación es de 100º, y la temperatura del vapor es de 104º C . El recalentamiento será de 4 grados de diferencia entre ambos valores. 

Echemos un vistazo a lo que sucede en el evaporador. La figura 2 muestra una válvula de expansión suministrando líquido saturado y vapor a la entrada de un evaporador. Mediante el empleo de un ventilador para impulsar el aire relativamente caliente para que atraviese el evaporador que contiene el refrigerante en estado líquido, se logra que ocurra el proceso de transferencia de calor; el calor contenido en el aire es transferido hacia el refrigerante. Este proceso provoca que el refrigerante en estado de líquido saturado comience a hervir de la misma manera que cuando el agua hierve en la pava, al suministrarle calor. 

{rokbox title=|válvula de expansión termostática suministrando líquido saturado y vapor a la entrada de un evaporador Image| size=|545 383|}images/stories/demo/rokbox/valvula-expansion-termostatica_03.jpg{/rokbox}

FIGURA 2 - VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA SUMINISTRANDO REFRIGERANTE AL EVAPORADOR

Si la válvula de expansión termostática se configura correctamente, habrá un punto cercano a la salida del evaporador donde la última molécula de líquido hierva y se convierta en vapor; el punto de vaporización completa. La porción remanente del evaporador se usa para recalentar el evaporador. En cuanto la carga aumenta o disminuye, o cuando el punto de completa vaporización se aleja o se acerca de la salida del evaporador, la válvula de expansión termostática se cerrará o abrirá con el fin de mantener un constante recalentamiento en la ubicación donde se haya colocado su bulbo sensor. Es de esta manera, que se asegura el llenado completo del evaporador con refrigerante líquido/vapor saturado sin importar las condiciones de carga.

Recuerde que un líquido no puede elevar su temperatura por sobre su temperatura de saturación. También es imposible para la válvula de expansión termostática discernir cuánto líquido hay cuando existe la condición de saturamiento; una molécula, lo que sería aceptable, o un lote. La única manera de asegurar que no haya refrigerante en estado líquido a la salida del evaporador es manteniendo cierto valor de recalentamiento.

¿Cuánto recalentamiento es necesario?

La función de la válvula de expansión termostática es la de mantener la cantidad apropiada de refrigerante en el evaporador para alcanzar la demanda de la carga a refrigerar bajo todas las condiciones de operación, y lo hace manteniendo un recalentamiento constante. De manera que: ¿cuál es la cantidad apropiada de recalentamiento? Ese valor es determinado por el fabricante de la unidad en sus laboratorios de prueba. En ausencia de los datos del fabricante, pueden seguirse algunas recomendaciones: de 4º a 6º F para aplicaciones de baja temperatura, de 7º a 8º F para aplicaciones de media temperatura y de 12º a 15º F grados para aplicaciones destinadas al acondicionamiento del aire.

¿Cómo se mide el recalentamiento?

La figura 3 muestra una típica aplicación de baja temperatura, y el método apropiado para medir el recalentamiento. Se necesitan los datos tanto de la presión como de la temperatura para poder calcular el recalentamiento. Dado que la válvula de expansión termostática controla el recalentamiento en el punto donde se coloca su bulbo sensor, éste es el lugar donde debe realizarse la medición. 

{rokbox title=|Método apropiado para medir el recalentamiento Image| size=|424 360|}images/stories/demo/rokbox/valvula-expansion-termostatica_02.jpg{/rokbox}

FIGURA 3 - MÉTODO APROPIADO PARA MEDIR EL RECALENTAMIENTO

Midiendo la presión se establece la temperatura de saturación justo en la ubicación del bulbo; la temperatura de ebullición del líquido. El conocer la temperatura en ese momento, revelará si el refrigerante está recalentado (vapor) o saturado (mezcla de líquido y vapor). 

Restando la temperatura de saturación de la temperatura actual, se obtendrá el recalentamiento. Por supuesto que si el recalentamiento es muy alto la válvula de expansión termostática no está siendo alimentada correctamente, y si es muy bajo, estará siendo sobrealimentada.

Existen algunos técnicos que temen al ver hielo o escarcha en la línea de succión; particularmente a la entrada del compresor. Veamos este ejemplo: temperatura de saturación -22º F, temperatura actual -16 F, con 6 grados de recalentamiento. Si el vapor es recalentado no puede haber líquido presente, pero la tubería presentará escarcha a -16º F. En un sistema frigorífico remoto, la temperatura de la línea de succión puede elevarse a 10º F, permaneciendo aún fría como para que la humedad contenida en el aire se condense y se congele sobre válvula de servicio del compresor. Habrá hielo, pero no retorno de líquido. Es solamente una pieza de metal con su temperatura por debajo del punto de congelación. Condenar una válvula de expansión termostática sin medir el recalentamiento en el punto donde se ubica el bulbo sería como si un doctor proclama que su paciente tiene diabetes sin siquiera haber realizado pruebas y diagnósticos.

Hasta aquí, hemos aprendido sobre la función de la válvula de expansión termostática. ¿Pero, cómo hace su trabajo?

La figura 4 muestra las presiones de operación de una válvula de expansión termostática. En el bulbo sensor existe una carga de algún refrigerante, y posee una relación presión "“ temperatura. La operación de la válvula de expansión termostática puede ser explicada de la siguiente manera: se trata de un punto medio, y de ambos lados hay un equipo. El  Equipo Fuerza de Apertura (presión del bulbo sensor) es influenciado por la temperatura del bulbo, lo que luego provoca que el fluido en el bulbo alcance una presión específica. El Equipo Fuerza de Cierre tiene dos miembros: presión del evaporador y ajuste de presión de resorte.

{rokbox title=|Presiones de operación de una válvula de expansión termostática Image| size=|587 392|}images/stories/demo/rokbox/valvula-expansion-termostatica_01.jpg{/rokbox}

FIGURA 4 - PRESIONES DE OPERACIÓN DE UNA VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA

Si el Equipo Fuerza de Apertura momentáneamente se vuelve más fuerte que el Equipo Fuerza de Cierre, el diafragma se moverá hacia abajo abriendo el puerto de la válvula. Esto solo suceder cuando el recalentamiento ha aumentado por encima del punto de configuración, provocando que la temperatura del bulbo aumente, lo que en consecuencia desencadena el aumento en la presión del bulbo, esto, a su vez, provoca que la aguja de la válvula se aleje del puerto, y de esa manera, permite una mayor entrada de refrigerante en el evaporador. Todo esto es producto del incremento en la carga frigorífica, y de la válvula de expansión termostática suministrando mayor cantidad de refrigerante para cumplir con la demanda frigorífica, con el único objetivo de mantener un recalentamiento constante en el sector donde se ubica el bulbo sensor.

Válvula de expansión termostática con igualador interno versus igualador externo

La válvula de expansión termostática debe conocer la temperatura y la presión en el sector donde se ubica. Si la presión en la salida de la válvula de expansión termostática (entrada del evaporador) es muy cercana a la presión a la salida del evaporador, esta puede ser usada como una aproximación cercana al valor que realmente necesitamos. Esto es lo que una válvula de expansión termostática con igualador interno hace. Usa su presión de salida como una aproximación de la presión a la salida del evaporador.

Esa presión es transferida bajo el diafragma por medio de una excesiva filtración a través de un pasaje diseñado para tal fin. La válvula de expansión termostática con igualador externo viene equipada con una tercera conexión que permite la conexión de la salida del evaporador. Esta presión viaja a través de un pasaje dedicado en el cuerpo de la válvula de expansión termostática hasta el fondo del diafragma (ver figura 5). Debido a que un distribuidor de refrigerante es una fuente substancial de caída de presión (de 25 a 35 PSI), esta aplicación requiere el uso de un igualador externo en la válvula de expansión termostática. Hay una pequeña cantidad de fuga alrededor del pasaje en una válvula de expansión termostática con igualador externo. Esta información será de importancia vital más adelante.

Solución de problemas en la válvula de expansión termostática

Con el conocimiento de que la válvula de expansión termostática es un dispositivo que controla el recalentamiento, se eliminan las especulaciones y se obtiene un mejor panorama de su funcionamiento; simplemente se mide el recalentamiento para revelar si funciona correctamente. Si el recalentamiento es muy alto, tiene que ser el resultado de una válvula de expansión termostática pobremente alimentada. Si el recalentamiento es muy bajo, puede ser el resultado ya sea de una sobrealimentación de refrigerante u otra condición que no está relacionada con la válvula de expansión termostática. 

Si comprendemos las fuerzas que determinan la operación de la válvula de expansión termostática, se hace más fácil y lógico preparar una lista de potenciales síntomas que de sobrealimentación / subalimentación de refrigerante. Sin embargo, no todas las anormalidades en el recalentamiento son el resultado de una falla en la válvula de expansión termostática. 

Tenga presente que el evaporador es dispositivo de transferencia de calor, y que necesita la circulación de aire para operar dentro de su capacidad. Si el flujo de aire se restringe por que el evaporador está sucio, motor de ventilador incorrecto, excesiva escarcha o hielo, y otras causas más, la válvula de expansión termostática se vuelve muy grande para la reducida transferencia de calor que posee el evaporador. Esto puede ser la causa de sobrealimentación. 

Alto recalentamiento es la consecuencia de insuficiente cantidad de refrigerante en comparación con la demanda de carga frigorífica. Las posibles explicaciones son:

"¢ La válvula de expansión termostática es muy pequeña

"¢ El ajuste incorrecto del recalentamiento 

"¢ Obstrucción del igualador externo. Recuerde que la fuga en el pasaje de la válvula es vital. Cuando el igualador se encuentra bloqueado, la pequeña cantidad de fuga se acumulará bajo el diafragma, sin ninguna posibilidad de ser derivada. La presión se aproximara a la presión del líquido, provocando que la fuerza de cierre supere a la fuerza de apertura, cerrando la válvula.

"¢ Basura en la válvula de expansión termostática por restricción en la circulación del refrigerante;

"¢ Contaminantes en el cuerpo de la válvula de expansión termostática que evitan la apertura de la aguja de la válvula; ó

"¢ Insuficiente alimentación de líquido a la entrada de la válvula de expansión termostática (filtro obstruido, flash gas a la entrada de la válvula de expansión termostática).

La autopsia

De la misma manera que un médico, cuando se reemplaza un componente debido a una falla, debería hacérsele una autopsia. El despiece de la pieza defectuosa revelará la causa de la falla, y luego podrá ser usada como base para otras acciones correctivas. 

Si bien es cierto que esta discusión estuvo centrada en torno al objetivo y al funcionamiento de la válvula de expansión termostática, la moraleja es que el técnico en refrigeración y aire acondicionado debería aproximar su metodología de diagnóstico de la misma manera que lo hace un doctor al diagnosticar un paciente: un proceso lógico basado en una sólida formación del entendimiento de la función y operación de los componentes de un sistema frigorífico.