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¿Cómo Ajustar el Sobrecalentamiento?

Tue, 12 Sep 2023 09:41:17 -0600

Cómo Ajustar el Sobrecalentamiento

Normalmente, todas las válvulas de termo expansión tendrán un buen funcionamiento con el ajuste preestablecido de la fábrica, y por lo general, no es necesario modificarlo. Aunque ocasionalmente, en muy pocos sistemas, el ajuste de sobrecalentamiento puede requerir alguna modificación en la instalación, sin importar la marca de la válvula.

Antes de ver el procedimiento para variar el sobrecalentamiento, es conveniente conocer cómo se hace el ajuste de fábrica.

El sobrecalentamiento en lo que a válvulas de termoexpansión se refiere, puede dividirse en tres categorías:

Sobrecalentamiento estático - Es el sobrecalentamiento necesario para contrarrestar la fuerza del resorte, de tal manera, que cualquier sobrecalentamiento adicional causará que se abra la válvula.

Sobrecalentamiento de apertura - Cantidad de sobrecalentamiento que se requiere, para levantar de su asiento la aguja de la válvula, a fin de permitir el flujo de refrigerante hasta su capacidad de clasificación.

Sobrecalentamiento de operación - Bajo condiciones normales, es el sobrecalentamiento al cual opera la válvula en un sistema de refrigeración; o sea, a su capacidad nominal. El sobrecalentamiento de operación, es la suma de los sobrecalentamientos estático y de apertura.

En la figura 6.48, se ilustran los tres sobrecalentamientos. La capacidad de reserva es importante, puesto que proporciona la habilidad para compensar los incrementos sustanciales, que ocasionalmente se presentan como carga en el evaporador, "flash gas" intermitente, reducción en la presión de alta debido a condiciones ambientales bajas, falta de refrigerante, etc...

El ajuste de fábrica del sobrecalentamiento estático, se hace con la aguja de la válvula comenzando a levantarse del asiento. Las termo válvulas están diseñadas de tal manera, que es necesario un incremento en el sobrecalentamiento del gas refrigerante que sale del evaporador, usualmente de 2° a 3°C por arriba del ajuste estático de fábrica, para que la aguja abra hasta su posición de clasificación. Este sobrecalentamiento adicional se conoce como gradiente. Por ejemplo, si el ajuste estático de fábrica es de 3°C, el sobrecalentamiento de operación en la posición de clasificación, será de 5° a 6°C, a menos que se especifique lo contrario. Figura 6.49.

Generalmente, los fabricantes proporcionan las termo válvulas del tipo ajustable, con un ajuste de sobrecalentamiento estático de fábrica de entre 3° y 6°C. Si el sobrecalentamiento de operación se eleva innecesariamente, disminuye la capacidad del evaporador.

Si el vástago de ajuste se gira en el sentido de las manecillas del reloj, se aumentará la presión del resorte P3, aumentando el sobrecalentamiento estático, y se disminuyendo la capacidad de la válvula. Girando el vástago en el sentido contrario a las manecillas del reloj, se disminuye el sobrecalentamiento estático, y se aumenta la capacidad de la válvula dentro de un rango limitado.

Si después de haber hecho la medición correcta del sobrecalentamiento, como se mencionó anteriormente, se determina que hay que hacer un ajuste, el procedimiento más recomendable es el siguiente:

Si el sobrecalentamiento está bajo, habrá que girar el vástago aproximadamente media vuelta en sentido de las manecillas del reloj, esperar de 15 a 30 minutos, hasta que se estabilice el sistema a las nuevas condiciones, y luego hacer otra medición del sobrecalentamiento. Si aún está bajo el sobrecalentamiento, se repite el procedimiento.

Si el sobrecalentamiento está alto, se tendrá que proceder de la misma manera, sólo que girando el vástago de ajuste en el sentido contrario. Es importante, entre una lectura y otra, esperar de 15 a 30 minutos a que se estabilice el sistema.

¿Cómo medir y ajustar el sobrecalentamiento?

Tue, 12 Sep 2023 09:39:50 -0600

Medición y Ajuste del Sobrecalentamiento

A menos que se especifique lo contrario, todos los fabricantes de válvulas de termo expansión, ajustan las válvulas a un sobrecalentamiento estándar, el cual es suficiente para que la válvula funcione a su capacidad nominal. Generalmente, este ajuste es suficiente para que la válvula opere adecuadamente y no es necesario cambiarlo. Algunos fabricantes ajustan el sobrecalentamiento a una "temperatura de baño", la cual es codificada alfabéticamente sobre la placa como se muestra en la figura 6.45. Así pues, una válvula con un "10A" estampado en la placa, ha sido ajustada a un sobrecalentamiento estático de 10°F (5.6°C) con un baño de 32°F (0°C). De manera similar una válvula estampada con "10C", ha sido ajustada a un sobrecalentamiento estático de 10°F (5.6°C) con un baño de 0°F (-18°C).

Con frecuencia se refiere al sobrecalentamiento como el "pulso" de la válvula de termo expansión. El sobrecalentamiento es importante para evaluar el funcionamiento de una válvula, sobre todo, para hacer un buen diagnóstico cuando se sospecha que la válvula es la que está fallando. Para conocer el sobrecalentamiento que está manteniendo una válvula de termo expansión en un sistema de refrigeración, se necesita determinar los valores que son: la presión y la temperatura del gas de succión, justo en el sitio donde está ubicado el bulbo de la válvula. Con un termómetro de precisión adecuado, se puede medir la temperatura directamente sobre la línea de succión . Se puede utilizar un termómetro de bolsillo para refrigeración, con abrazadera apropiada para el bulbo; o bien, se puede ser aun más preciso, utilizando un potenciómetro (termómetro eléctrico) con termopares (cables y sondas).

El elemento sensor de su termómetro deberá ser fijado con cinta en la línea de succión, en el punto donde está ubicado el bulbo, y deberá aislarse contra el medio ambiente. Los elementos de temperatura de este tipo, así como los termómetros, si no se aislan, darán una lectura promedio de la línea de succión y el ambiente.

La presión se puede medir por dos métodos:

1) Si la válvula cuenta con igualador externo, se puede instalar una conexión "T" en la línea del igualador externo, y medir allí directamente la presión con un manómetro calibrado. Suponiendo que se cuenta con un manómetro y medidor de temperatura exactos, este método proporcionará lecturas de sobrecalentamiento lo suficientemente exactas para todo fin práctico.

2) Si la válvula no cuenta con igualador externo, la presión se mide en la válvula de servicio de succión del compresor. Con este segundo método se pueden hacer dos consideraciones:

a) Estimar la caída de presión en la línea de succión por las conexiones, accesorios y tuberías, y sumar éste valor a la presión leída en el compresor. El resultado será la presión que se tiene en el sitio donde está ubicado el bulbo.

b) Si el equipo es muy compacto, donde no se considera caída de presión en la línea de succión, la presión será entonces la misma que la leída en la válvula de servicio del compresor.

Puesto que las estimaciones de caída de presión en la línea de succión, generalmente, no son lo suficientemente precisas para proporcionar una perspectiva real de sobrecalentamiento, no se puede confiar en este método para obtener valores absolutos. Cabe hacer notar que el error en este caso siempre será positivo, y que el sobrecalentamiento resultante, será mayor que el valor real.

Volviendo a expresar lo anterior, el único método de verificar el sobrecalentamiento que arrojará un valor absoluto, es en el que se obtienen las lecturas de presión y temperatura a la salida del evaporador.

Otros métodos empleados arrojarán un sobrecalentamiento ficticio, el cual puede resultar engañoso, cuando se utiliza para analizar el funcionamiento de una válvula de termo expansión.

Al darse cuenta de las limitaciones de estos métodos aproximados y de la dirección del error, con frecuencia es posible determinar que la causa de una aparente avería en la válvula, se debe al uso de métodos inadecuados de instrumentación, más que a un mal funcionamiento.

Otro error más que se presentará al detectar fallas en áreas montañosas o lugares muy altos sobre el nivel del mar, es la baja presión manométrica, comparadas con las lecturas al nivel del mar. Utilice una tabla de presióntemperatura que tenga lecturas corregidas a 1500 o a 2000 m. (Ver tabla 13.6, capítulo "Psicrometría").

Ejemplos de Cómo Medir el Sobrecalentamiento

Enseguida, veremos un ejemplo de cada uno de los métodos descritos anteriormente, acerca de la medición del sobrecalentamiento.

Ejemplo 1: Cuando la válvula cuenta con igualador externo, en un sistema con R-22.

Refiriéndonos a la figura 6.46, primero determinamos la temperatura del vapor sobrecalentado a la salida del evaporador, justo en el sitio donde está ubicado el bulbo. Para hacer esto, se necesita primero limpiar el área del tubo de succión donde se va a hacer la medición, y fijar el termopar con cinta aislante. Digamos que la temperatura obtenida sea de 11°C.

Enseguida, se determina la presión de succión con un manómetro calibrado. Este manómetro se conecta a una "T", previamente instalada en la línea del igualador externo. Dependiendo de la facilidad de acceso que se tenga, la conexión "T" puede instalarse en cualquiera de los dos extremos de la línea del igualador, como se muestra en la figura 6.46. También se puede hacer una desviación, utilizando las mangueras del múltiple de servicio. Supongamos que la presión leída sea de 70 psig. De la tabla de presión-temperatura, se determina la temperatura de saturación para el R-22, correspondiente a la presión leída, que en este caso es de 5°C.

El sobrecalentamiento va a ser el valor que resulte de restar la temperatura de saturación (5°C) de la tempera-tura sensible medida en el primer paso (11°C); es decir: Sobrecalentamiento = 11°C 5°C = 6°C.

Ejemplo 2: Cuando la válvula no cuenta con igualador externo, en un sistema con R-134a. .

Refiriéndonos a la figura 6.47, el método alterno para determinar el sobrecalentamiento cuando la válvula no cuenta con igualador externo, o en instalaciones estrechamente unidas, es el siguiente: primero, determinamos la temperatura del vapor sobrecalentado a la salida del evaporador, de la misma manera que el ejemplo anterior. Digamos que la temperatura es de 2°C.

Medimos la presión de succión con un manómetro calibrado, directamente en la válvula de servicio de succión del compresor; en este caso, la presión es de 22 psig. Enseguida, estimamos la pérdida de presión por conexiones y accesorios en la línea de succión. Para nuestro ejemplo, consideramos esta caída de presión de 2 psi. Sumamos este valor a la presión obtenida en la válvula de servicio del compresor, para obtener la presión de succión a la salida del evaporador, que es la que necesitamos:

Presión de succión = 22 psig + 2.0 psi = 24 psig.

De la tabla de presión-temperatura para R-134a, determinamos la temperatura de saturación correspondiente a esta presión, que para este ejemplo es de -3°C.

Nuevamente, el sobrecalentamiento será el valor que resulte de restar la temperatura de saturación (-3°C) a la temperatura sensible medida en el primer paso (2°C); es decir:

Sobrecalentamiento = 2°C (-3)°C = 5°C.

Como regla general, el sobrecalentamiento a la salida del evaporador, independientemente del refrigerante que se está utilizando, deberá estar aproximadamente dentro de los siguientes valores:

1. Alta temp. (temp. evap. 0°C o mayor) entre 6° y 7°C.

2. Temp. media (temp. evap. -18° a 0°C) entre 3° y 6°C.

3. Baja temp. (temp. evap. abajo de -18°C) entre 1° y 3°C.

¿Cómo seleccionar una Válvula de Termo Expansión?

Tue, 12 Sep 2023 09:38:33 -0600

Cómo Seleccionar una Válvula de Termo expansión

Supongamos que en un sistema se va a reemplazar la válvula de termo expansión porque falló, y no se conoce su capacidad. ¿Qué se debe hacer? Si se instala una válvula de mayor tamaño, va a funcionar erráticamente o a inundar el evaporador. Si la válvula es muy pequeña, no alimentará suficiente, lo cual también puede causar daño al compresor.

Los fabricantes de válvulas de termo expansión las clasifican en base a un conjunto específico de condiciones y normas, determinadas por el Instituto de Refrigeración y Aire Acondicionado (ARI), o por la Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE). Esta clasificación es nominal, y es la que viene grabada en la placa y en la caja de la válvula. De acuerdo a la norma 750 de ARI, la capacidad nominal se determina a una temperatura en el evaporador de 40°F (4.4°C), y a una caída de presión a través de la válvula de 60 psi (414 kPa) para el R-12, el R-134a y el R-500, y 100 psi (690 kPa) para el R-22 y el R-502. Además, el refrigerante que llega a la entrada de la válvula debe ser completamente líquido, estar libre de vapor y debe estar a una temperatura de 100°F (37.8°C).

Todos los fabricantes de válvulas de termo expansión clasifican sus válvulas de acuerdo a esta norma, y publican sus valores en forma de tablas en sus respectivos catálogos, para diferentes refrigerantes y a varias temperaturas de evaporación. Si la temperatura del refrigerante que llega a la válvula es diferente a 100°F (37.8°C), se proporciona una tabla con factores para hacer la corrección. Esta clasificación o capacidad nominal, puede ser muy diferente a la que realmente se requiere en el trabajo. Si se confía en la etiqueta o en la placa y se sigue ciegamente, puede resultar caro por las vueltas que haya que dar para revisar el equipo.

Cada fabricante de válvulas tiene una herramienta para ayudarle al técnico a determinar exactamente cuál válvula va en cada aplicación. Esta se llama Carta de Capacidad Extendida, y muestra lo que cada válvula puede hacer en cada situación. Estas cartas o tablas, generalmente se publican en el catálogo.

Para usar estas cartas, es necesario determinar cuatro datos básicos, además del refrigerante usado en el sistema:

-La capacidad del sistema de refrigeración.

-La temperatura del líquido que entra a la válvula.

-La temperatura de saturación del evaporador.

-La caída de presión a través de la válvula.

Para obtener esta información, se recomienda lo siguiente:

1. La Capacidad del Sistema de Refrigeración. Debe determinarse el tamaño del sistema en kcal/h o toneladas de refrigeración (1 T.R. = 3,024 kcal/h). Si se tiene disponible, debe revisarse la literatura del fabricante del sistema; si no se tiene disponible ningún tipo de literatura del fabricante, deberá encontrarse la clasificación del compresor en su placa. No debe tratarse de igualar la válvula a esa clasificación, porque puede variar dependiendo de la temperatura deseada en el espacio refrigerado. La temperatura promedio de un evaporador de aire acondicionado es de 5°C; para refrigeración, es de 3° a 8°C abajo de la temperatura del producto más frío almacenado.

Así pues, la capacidad del compresor en refrigeración, puede ser considerablemente menor que su capacidad nominal en la placa. Sirve solamente como una guía para la verdadera clasificación de la válvula.

2. Temperatura del Líquido que Ingresa a la Válvula . Para que la lectura sea lo más precisa posible, esta temperatura se determina con un termómetro de los que se fijan a la tubería con una correa, o con uno similar. Como ya se mencionó antes, las capacidades nominales de las válvulas, se establecen a una temperatura del refrigerante líquido, libre de vapor, en la entrada de la válvula de 100°F (37.8°C). Si la temperatura del líquido medida a la entrada de la válvula, es mayor o menor de 100°F, en las cartas de capacidad extendidas se muestran unos factores de corrección que servirán para hacer la compensación.

Puesto que la capacidad y rendimiento de la válvula de termo expansión está basada en el refrigerante líquido que entra, se deberá prestar especial cuidado a la caída de presión total en la línea de líquido. Si esta caída de presión es muy grande, el refrigerante líquido se evaporará antes de llegar a la válvula, formando lo que se conoce como "Flash Gas". En este caso, se le deberá proporcionar un subenfriamiento al refrigerante líquido a la salida del condensador (ver capítulo de Indicadores de Líquido y Humedad), para asegurar que el refrigerante entre a la válvula totalmente líquido, todo el tiempo.

3. Temperatura de Saturación del Evaporador. Si no se conoce esta temperatura, se puede estimar siguiendo la guía del punto 1. Debe ser menor que la temperatura requerida en el espacio refrigerado; si no, no se llevaría a cabo la transmisión de calor.

Si se observa detenidamente la tabla de capacidades del catálogo de Valycontrol, S.A. de C.V., se notará que la capacidad de una válvula de termo expansión disminuye al bajar la temperatura del evaporador. Esto se debe a que a menor temperatura de evaporación, se reduce el calor latente absorbido por kg. de refrigerante líquido. Como resultado, se reduce el efecto global de refrigeración. La temperatura deseada en el evaporador, es importante, cuando se desea seleccionar correctamente el tamaño de una válvula de termo expansión.

4. Caída de Presión a Través de la Válvula. Aquí, cabe aclarar, que lo que se debe determinar es la diferencia entre la presión del lado de entrada de la válvula y la presión del lado de la salida. No debe caerse en el error común, de simplemente sacar la diferencia entre las presiones de descarga y de succión del compresor. Puede que también sea necesario estimar la caída de presión debida a longitudes de tubería o a conexiones y accesorios, tales como válvulas de paso, solenoides, filtros, distribuidores, etc...

La presión a la salida de la válvula será más alta que la presión de succión indicada en el compresor, debido a pérdidas por fricción a través del distribuidor, de los tubos del evaporador, conexiones, válvulas y filtros.

La presión a la entrada de la válvula será más baja que la presión de descarga indicada en el compresor, debido a pérdidas por fricción creadas por la longitud de la línea de líquido, tubería del condensador, válvulas, conexiones, filtros y otros accesorios y, posiblemente, por alguna tubería vertical con flujo ascendente. La única excepción a esto es cuando la válvula está ubicada considerablemente abajo del recibidor, y la presión estática que se acumula es más que suficiente para contrarrestar las pérdidas por fricción. El diámetro de la línea de líquido deberá seleccionarse adecuadamente, dando la debida consideración a su longitud, además de la longitud equivalente adicional por el uso de conexiones y válvulas. Cuando sea necesario un levantamiento vertical en la línea de líquido, deberá incluirse una caída de presión adicional por la pérdida de presión estática.

En resumen, la caída de presión a través de la válvula de termo expansión, será la diferencia entre las presiones de descarga y succión en el compresor, menos las caídas de presión en la línea de líquido y la de succión. Algunas veces habrá que consultar tablas para determinar las caídas de presión, tanto en tubería como en conexiones, válvulas y accesorios. (Ver tabla 15.28, capítulo "Información Técnica").

Así que, cuando no se conozca el tamaño exacto de la válvula, tómese unos cuantos minutos para seguir los pasos recomendados y podrá hacer la selección más adecuada. Vale la pena invertir este tiempo por la satisfacción que deja el haber hecho la mejor elección, y también, para ahorrarse las molestias y costosas llamadas para regresar a hacer reparaciones.

A continuación ponemos algunos ejemplos de selección.

Ejemplo 1 Reemplazo de una válvula de termo expansión en un sistema de refrigeración comercial con R-134a, como el que se muestra en la figura 6.42. La capacidad del sistema es de 2.5 TR (7,560 kcal/h) y es para conservación de productos lácteos.

Siguiendo los pasos mencionados anteriormente, los valores que nos falta determinar son la temperatura del líquido, la temperatura de evaporación y la caída de presión a través de la válvula.

Generalmente, en la conservación de productos lácteos, la temperatura de estos debe ser de 4°C (40°F); por lo que la temperatura de evaporación es menor que la del producto, digamos -2°C (28°F).

Tal como se mencionó anteriormente, la temperatura del líquido a la entrada de la válvula, se determina midiendo directamente en la tubería con un termómetro. Si el sistema no está operando y no hay manera de medir la temperatura directamente, podemos estimarla a partir de los datos de diseño, es decir, si la temperatura de condensación es de 35°C, el líquido llegará a la válvula a una temperatura menor, dependiendo de la caída de presión que haya en la línea de líquido. Digamos que para este ejemplo la temperatura es de 32°C (90°F).

Para determinar la caída de presión a través de la válvula, tomamos como referencia las presiones de descarga y de succión medidas en el compresor. Digamos que éstas son de 115 y 20 psig, respectivamente. Refiriéndonos a la figura 6.42, podemos determinar las caídas de presión en la línea de líquido y en la línea de succión. Existen tablas donde viene la longitud equivalente para conexiones, válvulas y accesorios. Deben considerarse, además, las pérdidas por fricción en el condensador, el evaporador y las tuberías. Para este ejemplo, digamos que la caída de presión en la línea de líquido es de 10 psi, por lo que la presión del refrigerante a la entrada de la válvula, es de 115 10 = 105 psi. Haciendo las mismas consideraciones en la línea de succión, la caída de presión a través del evaporador, del filtro de succión y por la tubería, es de 5 psi; por lo que la presión a la salida de la válvula es 20 + 5 = 25 psig. La caída de presión a través de la válvula es de 105 25 = 80 psig.

En la figura 6.43 se muestra un segmento de la carta de capacidad extendida para R-134a, tomado del catálogo de Valycontrol, S.A. de C.V.

El siguiente paso es seleccionar la válvula. Primero, entramos con la temperatura de evaporación, que en nuestro caso, es de -2°C (28°F). Como este valor cae entre las columnas de 40° y 20°F, interpolamos a un valor intermedio. Enseguida, como la caída de presión a través de la válvula es de 80 psi y la capacidad del sistema es de 2.5 TR, tomamos los valores en la columna de 80, donde cruzan con la capacidad nominal de 2.5 TR, correspondiente al modelo HF 2-1/2 M. En la columna de 40°F, tenemos un valor de 2.74 y en la de 20°F un valor de 2.62. El valor promedio entre estos dos es de 2.68 TR, lo que nos indica que la selección es adecuada, ya que el valor resultante debe ser igual o ligeramente mayor que el tonelaje del sistema. Pero además, hay que corregir este valor, utilizando los factores de la tabla 6.44, ya que la temperatura del líquido es menor de 37.8°C (100°F). La temperatura del líquido a la entrada de la válvula para este ejemplo es de 32°C (90°F); por lo que el factor de corrección en la tabla 6.44, es el correspondiente a la intercepción de R-134a y 90°F, o sea, 1.07.

La capacidad real de la válvula de expansión seleccionada, una vez instalada en nuestro sistema, será de: 2.68 x 1.07 = 2.86 TR.

Ejemplo 2 Se tienen los siguientes datos: Refrigerante del sistema = R-502 (baja temperatura). Capacidad del evaporador = 12 TR (36,288 kcal/h). Temperatura de evaporación = -25°C (-13°F). Temperatura de condensación = 49°C (120°F). Caída de presión en tuberías, conexiones y accesorios = 10 psi.

Para el R-502 a una temperatura de condensación de 49°C (120°F), corresponde una presión de 283 psig, y a una temperatura de evaporación de -25°C (-13°F), corresponde una presión de 20 psig. La presión de condensación, menos la presión de evaporación es 283 20 = 263 psi. A este valor se le resta la caída de presión en las líneas, y tenemos que la caída de presión a través de la válvula es de 263 10 = 253.

Con estos datos, nos vamos a las cartas de capacidad extendida en el catálogo, y vemos que para R-502, la válvula que anda en el rango de 12 TR, es el modelo TRAE12R. Nuevamente, como la temperatura de evaporación cae en un valor intermedio de los que vienen en la carta, interpolamos entre las temperaturas de -10° y -20°F, entrando con una caída de presión de 250 psi. Los valores de la tabla son 15.7 TR a -10°F y 13.1 TR a -20°F, por lo que el valor interpolado es de 14.19 TR. Como la temperatura del líquido es diferente a los 100°F, tenemos que hacer la corrección correspondiente. De la tabla de factores de corrección, vemos que a 43°C (110°F) para R-502, es 0.91; por lo que la capacidad real de la válvula será 14.9 x 0.91 = 13.5 TR. En este ejemplo, la caída de presión de 10 psi, es la diferencia entre la presión de la línea de líquido y la de la línea de succión, por lo que simplemente se resta de la diferencia entre las presiones de descarga y de succión.

El factor de corrección se selecciona a la temperatura de 43°C, y no a la de condensación (49°C), ya que se considera que hay una caída de temperatura entre la descarga del compresor y la entrada a la válvula de termo expansión. También, está válvula deberá ser con igualador externo debido a la caída de presión en el evaporador. La conexión es soldable.

Ejemplo 3 Se tienen los siguientes datos: Refrigerante = R-22 (sistema de aire acondicionado). Capacidad del evaporador = 7.5 TR (22,680 kcal/h). Temperatura de evaporación = 5°C (41°F). Temperatura de condensación = 35°C (95°F). Caída de presión en tuberías, conexiones y accesorios = 12 psi.

Para el R-22 a una temperatura de 5°C, corresponde una presión de 70 psig, y a 35°C, corresponde una presión de 182 psig. La diferencia entre estas presiones es de 182 70 = 112 psi. Si restamos a este valor la caída de presión en tuberías, conexiones y accesorios, tenemos que la caída de presión a través de la válvula es de 112 12 = 100 psi.

De la carta de capacidad extendida en el catálogo, tenemos que el modelo seleccionado es la válvula TCL7-1/2H, la cual a una temperatura de evaporación de 40°F da un valor de 7.4 TR. Nuevamente, tenemos que corregir este valor, ya que la temperatura del líquido entra a menos de 100°F. De la tabla de factores de corrección a 90°F, el factor es 1.06, por lo que la capacidad real de la válvula seleccionada a las condiciones de operación, es de 7.4 x 1.06 = 7.84 TR.

¿Cuáles son las Válvulas de T.E. de Puerto Balanceado?

Tue, 12 Sep 2023 09:37:08 -0600

Válvulas de Termo Expansión de Puerto Balanceado

Cuando se aplica una presión aumentada, ésta empuja sobre las dos, la aguja y la varilla. Debido a que está actuando sobre dos áreas iguales, pero en direcciones opuestas, el cambio de presión se cancela y la válvula permanece en su posición moduladora original.

La válvula está diseñada de tal manera que crea un "contra-flujo" en contra las válvulas, y por lo tanto, elimina cualquier desequilibro a través de los dos puertos. Ver figura 6.41.

El flujo a través del puerto superior, entra en los orificios radiales superiores de la caja del ensamble del asiento, se mueve hacia arriba a través del asiento superior, luego hacia abajo, a través del pasaje interno del carrete, y sale de los orificios que se encuentran en la parte inferior del carrete. La caída de presión a través de este puerto, ejerce una fuerza en la dirección de cerrar (hacia arriba).

El flujo a través del puerto inferior, entra en los orificios radiales inferiores de la caja del ensamble del asiento y se mueve hacia abajo, a través del puerto formado por el asiento de la caja y el carrete de la válvula. El líquido a alta presión actúa hacia abajo sobre el carrete y la caída de presión a través del carrete, y el asiento ejerce una fuerza en dirección de abrir.

Puesto que el área de puerto efectiva, tanto de los puertos de la caja superior e inferior, es casi la misma, la fuerza neta desbalanceada a través de estos es insignificante. Esta característica hace posible que las nuevas cajas de ensamble de doble puerto, modulen sobre un rango de cargas mucho más amplio de lo que era posible con el estilo tradicional de válvulas de un solo puerto. Las válvulas de flujo reversible, proporcionan un control satisfactorio a cargas menores del 15% de la capacidad nominal de la válvula. Su funcionamiento es superior a cualquier producto competitivo disponible. El funcionamiento real en el campo, ha demostrado la superioridad de las válvula s de termo expansión de doble puerto, así como su habilidad para reducir la fluctuación a un mínimo.

Parecería entonces, que una válvula de termo expansión de puerto balanceado es el "cura todo" del sistema. Pero, aunque las válvula de termo expansión permitirían que un sistema opere en un rango ligeramente más amplio de presión hidrostática y condiciones de carga, deberán seleccionarse adecuadamente, para asegurar un funcionamiento adecuado del sistema.

Normalmente, una válvula de termo expansión con la conexión adecuada, trabajará bien en el sistema para el cual fue diseñada. Cuando se selecciona el tamaño adecuado, esta mantendrá operando el sistema a una eficiencia alta, con buena economía.

¿Cuáles son los Tipos de Cargas del Bulbo Remoto?

Tue, 12 Sep 2023 09:30:56 -0600

Tipos de Cargas del Bulbo Remoto

Habrá ocasiones en que el técnico de servicio en refrigeración, tenga que enfrentarse a situaciones donde la válvula de termo expansión no opere adecuadamente porque haya sido mal seleccionada, y haya que reemplazarla por el modelo correcto. ¿Cómo se debe proceder? Es de primordial importancia que los técnicos sepan escoger el reemplazo correcto, y un punto importante, es el tipo de carga del bulbo. Para esto, es necesario estar familiarizado con los diferentes tipos de cargas en el elemento de poder. (El elemento de poder consta de: el bulbo, el tubo capilar y la parte superior del diafragma).

Como se mencionó anteriormente, la función principal de una válvula de termo expansión, es controlar el sobrecalentamiento del gas refrigerante a la salida del evaporador. Pero hay varios tipos de válvulas y varios tipos de cargas, cada una con su propio uso específico. Entender la carga del elemento de poder y cómo afecta la presión en el diafragma, es básico para un buen servicio. Existen varios tipos básicos de cargas de uso común en la actualidad, las cuales pueden resumirse en cuatro tipos generales:

1. La Carga Líquida. Aquí, el elemento de poder está cargado con el mismo tipo de refrigerante que contiene el sistema donde se está usando la válvula.

2. La Carga Gaseosa. Es una carga líquida limitada. El elemento de poder contiene el mismo tipo de refrigerante que el sistema, pero en una cantidad menor que la carga líquida.

3. La Carga Cruzada. El elemento de poder está cargado con un refrigerante diferente al que contiene el sistema donde está instalada la válvula. Puede ser líquida o gaseosa.

4. La Carga de Adsorción. El elemento de poder contiene una carga cruzada gaseosa, y además, se utiliza algún tipo de adsorbente.

La Carga Líquida

Si graficamos los valores de presión vs. la temperatura, puesto que el refrigerante es el mismo en el bulbo que en el evaporador, las curvas serían idénticas y quedarían una sobre otra, como se muestra en la figura 6.31. Estas curvas cuando se aplican a un sistema en operación, indican que siempre habrá una relación directa a través del diafragma en los cambios de presión del bulbo y los cambios de presión del evaporador. Cuando el compresor se detiene, la presión del evaporador sube inmediatamente, antes que la del bulbo y la válvula se cierra, puesto que la presión del evaporador vence a la presión del bulbo. Durante el ciclo de paro, cuando el evaporador y el bulbo tienen la misma temperatura, sus presiones también son iguales y entonces la fuerza del resorte cierra la válvula.

Si debido a condiciones adversas del ambiente se eleva la temperatura del bulbo más que la del evaporador, hasta un punto donde se contrarresta la fuerza del resorte, la válvula abrirá y alimentará refrigerante al evaporador. Esto puede sobrecargar el compresor y causar una inundación al arranque.

Cuando el compresor arranca, la presión de succión baja rápidamente, desbalanceado las presiones sobre el diafragma. La válvula abre bastante porque la presión del bulbo es alta, ya que no ha bajado la temperatura del gas de succión. El resultado es una condición que tiende a llenar el evaporador, antes que el bulbo se enfríe para regular la válvula y producir una temperatura de sobrecalentamiento al gas de succión. Frecuentemente ocurren regresos de líquido y posible daño al compresor. La sobrealimentación al arranque, también provoca una alta carga de presión al compresor. Las posibilidades de sobrecarga del motor y de una consecuente quemadura, son muy posibles .

Las válvulas de termo expansión con cargas líquidas, se usan normalmente cuando prevalece en el evaporador un rango de temperatura extremadamente estrecho o limitado, una condición fuera del alcance de otras cargas de bulbo.

Las cargas líquidas tienen ventajas y desventajas.

Las ventajas son: obviamente que el control del flujo siempre estará en el bulbo, sin importar la ubicación o temperatura del cuerpo de la válvula y la caja del diafragma.

Las desventajas son: la válvula abre demasiado en el arranque, con las posibles consecuencias ya mencionadas; el sobrecalentamiento durante el arranque es bajo o nulo. Una ubicación inadecuada del bulbo, puede causar que la válvula abra durante el ciclo de paro; el sobrecalentamiento aumente a bajas temperaturas del evaporador y la presión de succión disminuya muy lentamente después del arranque. Las válvulas con carga líquida convencional no tiene características anti fluctuantes.

Hasta este punto, dentro del bulbo se tendrá vapor saturado a una temperatura de 20 °C, ejerciendo una presión de 116 psig sobre el diafragma, con lo que se equilibran las presiones a ambos lados de este último, pero la válvula permanece abierta. Si aumenta la presión dentro del evaporador, la temperatura del gas de succión sobrecalentará el gas dentro del bulbo, pero su presión no aumentará, por lo que la presión del evaporador debajo del diafragma es mayor y cierra la válvula. Cuando la presión del evaporador disminuye por debajo de su MOP de 100 psig, se forma nuevamente líquido en el bulbo, su presión es mayor que las presiones abajo del diafragma haciendo que abra la válvula y alimente más refrigerante hacia el evaporador.

El punto limitante normalmente se fija arriba de la presión de operación de succión, y sirve primordialmente, como una característica para mantener cerrada la válvula durante los ciclos de paro. Al arrancar, la fuerza que cierra excede la presión del bulbo y se retarda la apertura de la válvula. Conforme el compresor succiona el gas refrigerante del evaporador, la presión de succión disminuye rápidamente, hasta que la fuerza que cierra es menor que la del bulbo. Entonces, abre la válvula y opera igual que la carga de líquido convencional. Este retardo en la apertura durante el arranque, reduce la posibilidad de inundación del compresor, y en algunos sistemas, proporciona inadvertidamente una protección positiva contra sobrecarga del motor.

La Máxima Presión de Operación (MOP) de una válvula de termo expansión viene ajustada de fábrica, pero se puede variar de la misma manera que se varía el sobrecalentamiento; es decir, variando la presión del resorte (P3). Consulte la sección de Medición y Ajuste del Sobrecalentamiento.

Puesto que en una válvula con carga gaseosa el contenido de líquido en el elemento de poder es muy limitado (hasta su MOP), la ubicación de la válvula es muy importante. Para mantener el control, el bulbo deberá instalarse siempre en un punto mas frío que el capilar y el cuerpo de la válvula. Es muy importante que el líquido permanezca en el bulbo. Según se muestra en la figura 6.34, si el capilar o la cabeza de la válvula están en contacto con una superficie más fría que el bulbo, el vapor se condensa en ese punto, haciendo que el bulbo pierda el control y que la válvula no funcione correctamente.

La Carga Cruzada

En las válvulas de termo expansión con carga cruzada, el elemento de poder está cargado con un líquido diferente al refrigerante que se está utilizando en el sistema. Este líquido puede ser un refrigerante o algún otro compuesto químico. En una válvula con carga cruzada, al graficar las curvas de saturación (presión-temperatura) del fluido del elemento de poder y del refrigerante que usa el sistema donde está instalada la válvula, estas curvas se cruzan, de allí el nombre de «Carga Cruzada» (ver figura 6.35). Una carga cruzada puede ser líquida o gaseosa.

Este tipo de cargas surgieron cuando se intentaba desarrollar una válvula que eliminara las fluctuaciones (ver sección de fluctuación). Al principio se pensó que si se diseñaba una válvula altamente sensible, esta respondería rápido a los cambios de presión y temperatura del gas de succión, proporcionando, por lo tanto, una mejor modulación. Pero este no fue el caso, de hecho, una válvula altamente sensible sólo agravó la condición de la fluctuación. Se intentó lo opuesto, es decir, diseñar una válvula que fuera menos sensible, y se encontró que se podían reducir o eliminar las fluctuaciones. En el desarrollo final, se encontró que una válvula menos sensible a los cambios de temperatura del bulbo, pero que responde a los cambios normales en la presión del evaporador, demostró ser la más práctica. Se tomó este principio y se aplicó para producir válvulas con características antifluctuantes.

Cuando una válvula de termo expansión con carga cruzada se instala en un sistema, por las características de la válvula, este sistema arrancará cuando la presión de succión sea alta, y parará, cuando el compresor haya disminuido considerablemente la presión dentro del evaporador, llegando al punto a que está ajustado el control de baja presión.

Después de esto, comenzará a subir la temperatura en el evaporador y en el bulbo, aumentando también sus respectivas presiones. Puesto que el fluido dentro del bulbo es diferente al refrigerante del sistema, la presión del evaporador aumenta más rápido que la del bulbo y la válvula se cierra. Al haber una alta presión de succión, se requiere un alto sobrecalentamiento para que la presión del bulbo pueda vencer la presión dentro del evaporador. Esta es una situación conveniente, ya que evita el regreso de líquido al compresor y ayuda a limitar la carga en el motor.

Para ilustrar mejor el funcionamiento de una válvula de termo expansión con carga cruzada, supongamos un sistema que trabaja con R-134a, en el cual se instala una válvula con carga cruzada. Si graficamos las presiones y temperaturas de saturación para los dos fluidos, resultarán las curvas de saturación que se muestran en la figura 6.35. La curva «A», corresponde al R-134a y representa las condiciones dentro del evaporador. Es la fuerza que cierra la válvula. La curva punteada «B», corresponde al fluido del elemento de poder, el cual es un refrigerante diferente o algún otro compuesto químico. Como se puede ver en la gráfica, las curvas aproximadamente se cruzan a 6 °C. A temperaturas mayores, el fluido del bulbo tiene una presión de saturación más baja que la del R-134a; pero a temperaturas menores a ese punto, el fluido del bulbo puede desarrollar presiones más altas que el refrigerante dentro del evaporador.

Por lo anterior, la válvula es menos sensible a los cambios de presión en el bulbo, que a los cambios de presión en el evaporador. Cuando hay una variación en la temperatura del bulbo, su presión varía menos de lo que variaría si estuviera cargado con el mismo refrigerante del sistema. Esto abate la fluctuación.

Durante la operación, podremos notar que la presión disminuye hasta un punto donde las curvas están más cercanas. Esto significa que el sobrecalentamiento necesario para abrir la válvula, también disminuye en la misma proporción; lo que permite que se utilice más superficie del evaporador para el efecto de refrigeración, aumentando la capacidad del sistema. Una vez que el sistema está operando normalmente, las características de presión y de temperatura en el evaporador y el bulbo son muy similares, y la válvula controlará de manera efectiva con un sobrecalentamiento normal a la salida del evaporador.

La curva punteada «C», representa las temperaturas a las cuales debe aumentar el fluido del elemento de poder, para que su presión pueda vencer las presiones abajo del diafragma y que la válvula abra completamente. La diferencia de temperaturas entre la curva «A» (evaporador) y la curva «C» (bulbo), son los sobrecalentamientos de operación de la válvula.

Por lo anterior, es evidente que cuando se instale en un sistema una válvula de termo expansión con carga cruzada, su sobrecalentamiento deberá ajustarse a la temperatura de evaporación más baja que alcance el sistema cuando esté en operación. Esto evita la inundación del compresor con refrigerante líquido.

La Carga Cruzada Líquida. Generalmente, se utilizan donde es necesario un elemento de poder con carga líquida, para evitar que la carga se condense fuera del bulbo. Estas cargas tienen las mismas ventajas que las cargas líquidas normales, y aun más: la disminución de la presión de succión se hace lenta y moderadamente; reducen la carga en el compresor durante el arranque; reducen casi por completo la fluctuación. Las características del sobrecalentamiento para aplicaciones especiales, pueden hacerse a la medida.

Aunque las hay disponibles para aplicaciones en tres diferentes rangos de temperaturas, comúnmente se utilizan en aplicaciones comerciales y de baja temperatura, digamos de 4 °C para abajo.

La Carga Cruzada Gaseosa. Este tipo de cargas tienen las características de todos los otros tipos juntos, y por lo tanto, una válvula con carga cruzada gaseosa puede servir como reemplazo de cualquier otra válvula en el rango de temperaturas entre 10 y -40 °C.

Estas válvulas pueden aplicarse en un rango muy amplio de temperaturas, y pueden usarse con cualquier tipo de sistema de refrigeración o aire acondicionado. Sin embargo, comercialmente su uso principal es en bombas de calor.

En general, las ventajas de las válvulas de termo expansión con cargas cruzadas son: cierran rápidamente cuando el compresor para; eliminan la «fluctuación»; mantienen un sobrecalentamiento casi constante; evitan el regreso de líquido al compresor; permiten una rápida disminución de la presión de succión (pull down); protegen al compresor contra sobrecargas (MOP) y pueden instalarse sin considerar la temperatura ambiente, ya que no pierden el control si la válvula está más fría que el bulbo.

La Carga de Adsorción

Finalmente, mencionaremos el tipo de carga de adsorción. En realidad, esta es una variante de la carga gaseosa cruzada.

Los elementos de poder con cargas de adsorción dependen de un principio diferente. En estas válvulas de termo expansión, el elemento de poder contiene dos sustancias. Una es un gas no condensable, tal como el bióxido de carbono, el cual proporciona la presión. La otra, es un sólido; como el carbón, la sílica gel o la alúmina activada. Estas sustancias tienen la habilidad de adsorber gas, dependiendo de su temperatura. Las sustancias adsorben gas con más facilidad a bajas temperaturas.

Adsorción significa la adhesión de una capa de gas del grueso de una molécula, sobre la superficie de una sustancia sólida. No hay combinación química entre el gas y la sustancia sólida (adsorbente).

Al calentarse el bulbo sensor, la presión en su interior aumentará debido a la liberación del gas adsorbido. Al enfriarse el bulbo, su presión disminuye debido a que la sustancia adsorbe de nuevo al gas. Este cambio de presión se usa para controlar la apertura de la aguja de la válvula, en una válvula de termo expansión.

La apariencia y construcción general de estas válvulas, es la misma que con las de carga gaseosa cruzada. La única diferencia está en el gas y las sustancias contenidas en el elemento de poder para controlar sus presiones.

Estas válvulas de termo expansión tienen la ventaja de un retardo presión-temperatura en su operación. Tienen amplias aplicaciones de temperaturas, y se pueden usar en cualquier tipo de sistema de refrigeración o aire acondicionado. Su rango es suficiente para cubrir casi cualquier aplicación de refrigeración. El gas en el elemento de poder es un gas no condensable, mismo que permanece como tal, durante el rango de operación de la válvula.

Cada una de las diferentes cargas de bulbos mencionadas, tienen sus propias características individuales de sobrecalentamiento. Las diferentes curvas ilustradas en la figura 6.36, muestran las limitantes de operación de cada tipo. Estas curvas, no deben considerarse como valores verdaderos, sino solamente para ilustrar las ventajas y desventajas de cada una. El paréntesis horizontal indica el rango óptimo de mejor operación.

De la información proporcionada por las curvas de la figura 6.36, sobresale el hecho que la carga gaseosa cruzada W con MOP, es considerada como el mejor desarrollo. Esta carga mantiene casi constante el sobrecalentamiento, en un rango de 10 hasta -40°C de evaporación; lo que hace posible obtener un efecto de refrigeración máximo. Es de esperarse que los ajustes de sobrecalentamiento, sean consistentes para el rango completo de operación del evaporador, eliminando la preocupación de la fluctuación en los extremos de rangos de temperaturas.

Bulbos con Balasto

En sistemas de aire acondicionado y temperaturas similares, se requiere un sobrecalentamiento constante. Aunque la carga gaseosa cruzada proporciona un sobrecalentamiento casi constante, no elimina en su totalidad la fluctuación. Investigaciones exhaustivas demostraron que la mejor aproximación seguía siendo una válvula menos sensible a los cambios de temperatura del bulbo, y que sí respondiera a la presión normal del evaporador. Siguiendo este principio, algunos fabricantes de válvulas cambiaron el método, colocando una balasto dentro del bulbo de una válvula con carga gaseosa cruzada. Este balasto no es otra cosa que una barra cuadrada de acero, aunque se pueden utilizar otros materiales. El aumento de sobrecalentamiento se retarda con los cambios de temperatura y presión del bulbo, puesto que la masa de la barra de acero proporciona un retardo térmico.

Este balasto, actúa como dispositivo de seguridad en caso de que una oleada de líquido, llegara hasta la línea de succión. El líquido enfriaría la pared del bulbo en contacto con la línea de succión. La pequeña cantidad de carga dentro del bulbo, pasaría de la superficie menos fría de la barra de acero, y se asentaría sobre la pared interna más fría del bulbo adyacente a la línea de succión. Esto produciría una disminución inmediata de la temperatura y presión del bulbo, y cerraría la válvula rápidamente. Así pues, el principio anti fluctuante tiene dos características. La válvula abre lentamente a la persistente demanda de más flujo de refrigerante, pero cierra rápidamente para evitar el regreso de líquido.

En la figura 6.37, se ilustra la operación de una carga de bulbo sin balasto. Puesto que responderá rápidamente en una forma de abrir y cerrar, la válvula puede sobrealimentar y alimentar de menos, causando la indeseable fluctuación en el sistema.

En la figura 6.38, se ilustra la variación del sobrecalentamiento de operación de un sistema de refrigeración típico con bulbo con balasto. Cuando disminuye la carga del sistema, la temperatura y el flujo en la línea de succión también disminuyen, y el sobrecalentamiento de operación aumenta rápidamente. Conforme aumenta la temperatura de la línea de succión, la presión del bulbo aumenta lentamente y el sobrecalentamiento de operación disminuye de la misma forma, hasta un nivel predeterminado. Después de varios ciclos en que se va abatiendo la amplitud, el sistema operará al sobrecalentamiento predeterminado, con un mínimo de fluctuaciones en la línea de succión.

¿Qué es la Fluctuación?

Tue, 12 Sep 2023 09:29:51 -0600

Fluctuación (Oscilación o Cicleo)

En muchas instalaciones existe la posibilidad de una condición llamada FLUCTUACION, que es una variación continua en la cantidad de refrigerante alimentado por la válvula. Primero no alimenta suficiente, y después, alimenta demasiado.

Cuando existe un solo compresor y un solo evaporador en el sistema, la fluctuación provoca una variación tanto en la presión de succión como en el sobrecalentamiento. Cuando en un sistema con un solo compresor y varios evaporadores, si el compresor tiene control de capacidad, puede resultar una fluctuación que se detecta a través de la variación en la temperatura del bulbo. Normalmente, sólo hay un ligero cambio en la presión de succión o ninguno.

La fluctuación puede resultar de uno o varios factores relacionados con el diseño del sistema, la instalación o el equipo. Algunas de las causas que pueden inducir una condición de fluctuación son: grandes variaciones en la presión de descarga, cambios rápidos en la carga del evaporador, humedad o ceras suficientes para tapar la válvula o una deficiente distribución de refrigerante.

Una razón para que se presente una fluctuación, y quizás la más importante, es que todos los evaporadores tienen un tiempo de retardo. El diseño básico del serpentín hace que algunos evaporadores sean más susceptibles que otros a este problema. Algunos evaporadores tienen un trayecto muy corto y el refrigerante fluye a través de ellos en unos cuantos segundos. Otros tienen una trayectoria muy larga, requiriéndose varios minutos para que el refrigerante fluya a través de ellos. Durante este intervalo, la válvula de termo expansión teóricamente está fuera de control, porque está alimentando en la entrada del evaporador, pero controlando de la temperatura del bulbo a la salida. Es casi como decir que está tratando de controlar algo que ya ha sucedido (figura 6.29).

Desafortunadamente, se ha vuelto una práctica común decir que la válvula de termo expansión es la que fluctúa u oscila. Deberíamos decir que es el sistema el que está fluctuando y oscilando, puesto que la causa no es la válvula de termo expansión sola, sino una combinación de muchos factores en el sistema.

Con la fluctuación, cada vez que la válvula abre, baja el sobrecalentamiento, aumenta el flujo en la succión y se puede regresar líquido al compresor. Cuando la válvula modula y cierra, aumenta el sobrecalentamiento, baja la presión de succión y no se alimenta suficiente refrigerante al evaporador. Es obvio que la fluctuación continua en la presión de succión, reduce la eficiencia del sistema.

La magnitud de la fluctuación está influenciada por:

1. Longitud y diámetro de los circuitos.

2. Carga por circuito.

3. Velocidad del refrigerante.

4. Distribución de aire sobre el evaporador.

5. Ubicación de la válvula y el bulbo.

6. Capacidad de la válvula vs. la carga.

7. El tipo de carga del elemento de poder.

La fluctuación u oscilación puede eliminarse o reducirse, si se toman las siguientes precauciones:

1. Diseñe o seleccione el evaporador con un paso de refrigerante tan corto como sea posible, consistente con buena transferencia de calor.

2. Seleccione la ubicación de la válvula y el bulbo que sean más favorables.

3. Seleccione las válvulas que tengan la capacidad más favorable con relación a la carga.

4. Seleccione la carga adecuada del elemento de poder.

Operación a la Capacidad Reducida

La válvula de termo expansión convencional es un regulador de operación directa auto contenido, el cual no tiene integrados ningunos factores de anticipación o compensación. Como tal, es susceptible a la fluctuación, por causas que son peculiares tanto al diseño de la válvula, como al diseño de los sistemas a los cuales se aplica.

La relación de flujo ideal de una válvula de termo expansión, requeriría de una válvula con un balance dinámico perfecto, capaz de respuesta instantánea a cualquier cambio en la proporción de la evaporación (anticipación), y con un medio de evitar que la válvula sobrepase el punto de control debido a la inercia (compensación). Con estas características, una termo válvula estaría en fase con la demanda del sistema todo el tiempo, y no ocurriría la fluctuación.

Supongamos que hay un aumento en la carga, causando que incremente el sobrecalentamiento del gas de succión. El intervalo de tiempo entre el instante en que el bulbo siente este aumento de sobrecalentamiento, provocando que se mueva la aguja de la válvula en la dirección de abrir, permite que el sobrecalentamiento del gas de succión aumente aún más.

En respuesta a lo anterior, la válvula sobrepasa el punto de control y alimenta más refrigerante hacia el evaporador del que puede ser evaporado por la carga, con lo que disminuye el sobrecalentamiento y llega refrigerante líquido a la línea de succión, con el riesgo de pasar al compresor. Nuevamente, hay un tiempo de retardo entre el instante en que el bulbo detecta el refrigerante líquido y que la válvula responde, moviéndose en la dirección de cierre. Durante este tiempo, la válvula continúa sobrealimentando al evaporador. Así pues, cuando la válvula se mueve en la dirección de cierre, nuevamente sobrepasará el punto de control y permanecerá en una posición casi cerrada, hasta que la mayoría del refrigerante líquido haya dejado el evaporador. El siguiente tiempo de retardo antes que la válvula abra, permite que el sobrecalentamiento del gas de succión aumente de nuevo más allá del punto de control. Este ciclo, que es auto propagante, continúa repitiéndose. La experiencia ha demostrado que una termo válvula está más expuesta a fluctuar en condiciones de baja carga, cuando la aguja de la válvula está cerca del asiento. Generalmente, se piensa que esto se debe a un desbalance entre las fuerzas que operan la válvula.

Adicional a las tres fuerzas principales que operan una válvula de termo expansión, la diferencia de presión a través del puerto de la válvula, actúa contra el área del puerto y, dependiendo de la construcción de la válvula, tiende a forzarla a que abra o a que cierre. Cuando opera con la aguja cerca del asiento, ocurrirá lo siguiente.

Con la válvula cerrada, tenemos presión de líquido sobre el lado de entrada de la aguja y presión del evaporador sobre la salida. Cuando la válvula comienza a abrir, permitiendo que se lleve a cabo el flujo, la velocidad a través de la garganta de la válvula, provocará un punto de más baja presión en la misma, aumentando la diferencia de presión a través de la aguja y del asiento. Este repentino incremento en el diferencial de presión que actúa sobre el área del puerto, tenderá a forzar la aguja de la válvula hacia el asiento. Cuando la válvula abre de nuevo, ocurre el mismo tipo de acción y la aguja golpetea contra el asiento a una frecuencia muy rápida. Este tipo de fenómeno es más frecuente con válvulas más grandes; ya que la fuerza debida al diferencial de presión, se ve incrementada con áreas de puertos más grandes.

Hemos visto que una válvula de termo expansión puede fluctuar, debido a la falta de las características de anticipación y compensación, y a un desbalance en las fuerzas de equilibrio, en el extremo inferior de la carrera de la aguja.

Sabemos por experiencia, que una válvula de termo expansión, cuando se selecciona y aplica inteligentemente, contrarresta estos factores y opera virtualmente sin fluctuar, sobre un rango bastante amplio de cargas.

Generalmente, una válvula de termo expansión operará satisfactoriamente hasta algo así como abajo del 50% de su capacidad nominal; pero, nuevamente, esto depende del diseño del evaporador y de la tubería, diámetro y longitud de los circuitos del evaporador, la velocidad del refrigerante, el flujo del aire sobre el evaporador y los cambios rápidos en la carga. Nada causará que una termo válvula fluctúe tan rápidamente, que una alimentación desigual de los circuitos paralelos por el distribuidor, o una carga desigual de aire a través del evaporador.

¿Cuál es la ubicación del Bulbo Remoto?

Tue, 12 Sep 2023 09:23:56 -0600

En realidad, más importante que la ubicación física del bulbo alrededor de la tubería es el contacto térmico entre el bulbo y la línea de succión; así como el diseño de la tubería de succión. Asegúrese de fijar bien las abrazaderas, de modo que el bulbo remoto haga buen contacto con la línea de succión, sin apretar en exceso para no dañar el bulbo. Nunca se debe instalar el bulbo en la parte inferior de la línea de succión; es decir, a las 6 en punto del reloj, porque en esta ubicación puede sentir la temperatura del aceite, el cual fluye por el fondo de la línea horizontal y su temperatura puede ser diferente que la del gas, lo que ocasionará que la válvula opere erráticamente. Si el bulbo se coloca fuera del espacio refrigerado, se requiere protección adicional de la temperatura ambiente. Si es necesario proteger al bulbo remoto del efecto de una corriente de aire, después de fijarlo con las abrazaderas en la línea, utilice un material aislante que no absorba agua con temperaturas del evaporador arriba de 0°C. Para temperaturas menores de 0°C, se sugiere emplear corcho o algún material similar sellante contra la humedad, para prevenir la acumulación del hielo en la ubicación del bulbo. No se recomienda el uso de fieltro. Cuando el bulbo se vaya a ubicar bajo el nivel de agua o salmuera en un serpentín sumergido, utilice un material a prueba de agua que no requiera calentarse arriba de 50°C al aplicarlo, esto para proteger el bulbo remoto y el tubo del bulbo. Nunca aplique calor cerca de la ubicación del bulbo sin antes retirarlo.

Debe asegurarse también que el tramo de la línea de succión donde va ubicado el bulbo, tenga una ligera pendiente para que haya un libre drenaje. De la misma manera, el bulbo no debe ubicarse donde exista una trampa en la línea de succión. Si el evaporador o varios evaporadores están instalados en un nivel más alto que el compresor, existen dos maneras de hacer el arreglo de la tubería, como se muestra en la figura 6.26. Si el sistema cuenta con un control de vaciado del evaporador por medio del uso de una válvula solenoide (pump down), se puede conectar la línea de succión directamente abajo del compresor, sin la trampa. Si no se cuenta con el control de vaciado, la línea de succión deberá tener una trampa después del bulbo, antes de subir verticalmente a otra trampa invertida, aproximadamente a la misma altura del evaporador. Esto es con el objeto de evitar que el refrigerante o el aceite drenen hacia el compresor por gravedad durante los ciclos de paro. Esto no evita que durante los ciclos de paro el refrigerante abandone el evaporador y se condense en el compresor, si éste o la línea de succión están a más baja temperatura.

Cuando los evaporadores están por abajo del nivel del compresor, deberá hacerse una trampa antes de subir verticalmente, y la conexión a la línea de succión principal deberá ser por la parte de arriba, como se muestra en la figura 6.22. Cuando hay evaporadores arriba y abajo del compresor, el arreglo de la tubería deberá hacerse, de tal manera que el flujo de una válvula no afecte al bulbo de otra válvula, como se indica en la figura 6.27.

¿Cuál es la Ubicación del Igualador Externo?

Tue, 12 Sep 2023 09:21:55 -0600

Ubicación del Igualador Externo

Como se mencionó anteriormente, la línea del igualador externo deberá instalarse en la línea de succión, más allá del punto de mayor caída de presión. Puesto que puede ser difícil determinar este punto, como regla general, es más seguro conectar la línea del igualador externo en la línea de succión a la salida del evaporador, junto al bulbo remoto, del lado del compresor (ver figuras 6.17 y 6.18). De esta forma, la temperatura del bulbo no se verá afectada por la pequeña cantidad de refrigerante que pueda estar presente en la línea del igualador, en caso de una pequeña fuga por el empaque de las varillas de empuje. Cuando se instala en este punto, se evitará cualquier efecto de caída de presión entre la salida de la válvula y la línea de succión. Cuando se conecte el igualador externo a una línea de succión horizontal, siempre se debe hacer en la parte superior, para evitar acumulación de aceite en la línea del igualador.

Cuando se sabe que la caída de presión a través del evaporador, está dentro de los límites definidos en la tabla 6.19, se permite instalar la conexión del igualador externo en uno de los dobleces de retorno, a la mitad del evaporador. Tal ubicación del igualador, proporcionará un control más suave de la válvula, particularmente cuando la válvula de termo expansión se usa en conjunto con un regulador de presión del evaporador. Sin embargo, en todos los casos donde se instale cualquier tipo de válvula de control en la línea de succión, la conexión del igualador externo NUNCA deberá ubicarse después de tal dispositivo, sino que deberá conectarse del lado del evaporador de esa válvula o control. Una conexión ubicada incorrectamente, interferirá seriamente con la operación eficiente de la válvula de termo expansión.

Una válvula de tipo con igualador externo, no operará correctamente, si no va conectada a la línea del igualador. Cuando se instale una válvula con igualador externo conecte la línea, NUNCA coloque un tapón en la conexión del igualador.

En sistemas de evaporadores múltiples, donde cada evaporador es alimentado individualmente por una válvula de termo expansión, los igualadores externos de esas válvulas, NUNCA se deben unir en una línea común y conectarse a la línea de succión principal. La línea del igualador externo de cada válvula, deberá instalarse en un punto donde los cambios de presión no afecten el funcionamiento de esa válvula, como se muestra en la figura 6.20. Si las líneas de succión desde la salida de cada evaporador hasta la succión principal, son muy cortas, entonces se recomienda conectar las líneas del igualador al cabezal de succión de su respectivo evaporador.

¿Cuáles son los Usos del Igualador Externo?

Tue, 12 Sep 2023 09:20:22 -0600

Usos del Igualador Externo

¿Cuáles son los Principios de Operación?

Tue, 12 Sep 2023 09:18:00 -0600

Principios de Operación

Como se mencionó arriba, la carga del bulbo está a la misma temperatura que el gas de succión, y si el gas de succión está sobrecalentado, entonces la temperatura de la carga es mayor que la de saturación; es decir, la temperatura de la carga del bulbo es la suma de la temperatura de saturación más la del sobrecalentamiento. De esta manera, la presión del bulbo (P1) es mayor que la del evaporador (P2). Si el sobrecalentamiento es lo suficientemente alto, la presión del bulbo superará a la del resorte (P3) y abrirá la válvula.

Aquí podemos ver que la presión de saturación aparece tanto sobre el diafragma (en la presión del bulbo), como debajo de éste (presión del evaporador). Y, puesto que estas presiones se oponen una contra otra y son equivalentes, se cancelan. Por lo tanto, es evidente que los dos factores que actúan para regular la válvula de termo expansión, son la presión del resorte y el sobrecalentamiento. Estos dos factores que se oponen, mantienen un delicado balance de presiones en ambos lados del diafragma, permitiendo que la válvula opere con cargas ligeras, al igual que con cargas pesadas en el evaporador. En la práctica, la válvula de termo expansión es, en efecto, un regulador del sobrecalentamiento.

Es muy frecuente oír decir a los técnicos «abrí» o «cerré» la válvula de expansión, refiriéndose a que movieron el vástago de ajuste. Como ya se mencionó, al girar el vástago en el sentido del reloj aumenta la presión del resorte, venciendo a la del bulbo y la válvula tiende a cerrar; por lo que se requiere más sobrecalentamiento para aumentar la presión del bulbo y contrarrestar la del resorte, para que de ésta manera abra la válvula. Inversamente, cuando se gira el vástago en el sentido contrario del reloj, disminuye la presión del resorte, siendo superada por la del bulbo y la válvula tiende a abrir, y para que cierre, se requiere que disminuya el sobrecalentamiento.

Cuando aumenta la carga térmica en el evaporador, el refrigerante alimentado por la válvula no es suficiente y se sobrecalienta, esto aumenta la presión del bulbo y hace que la válvula abra más, permitiendo que pase más líquido. Por el contrario, si la carga térmica en el evaporador disminuye, el refrigerante que está alimentando la válvula no se alcanza a evaporar y disminuye su sobrecalentamiento; esto hace que reduzca la presión del bulbo, se cierre la válvula y se reduzca el flujo de líquido. Es importante mencionar que al variar la carga térmica del evaporador, también varía la presión dentro del mismo. Si aumenta la carga, disminuye la presión, y si disminuye la carga, se reduce la presión.

Caída de Presión a Través del Evaporador

Para simplificar la explicación de los principios de operación de las válvulas de termo expansión, hasta ahora hemos supuesto que no hay caída de presión a través del evaporador; es decir, que la presión de evaporación es constante y que es igual a la entrada y a la salida del evaporador. Sin embargo, con evaporadores grandes en la operación real, existe una caída de presión a través de éstos, siendo un factor que debe considerarse, ya que es una de las presiones que actúan por debajo del diafragma.

Cuando el evaporador del sistema es pequeño, la caída de presión es nula o mínima, por lo que es ignorada. En esta situación, la presión que se utiliza para que actúe por debajo del diafragma es la de la entrada, puesto que es la misma que la de la salida. En evaporadores grandes sí existe caída de presión. Esta caída de presión es medible y puede ser causada por varios factores, tales como el diámetro y longitud de los tubos, el número de vueltas, restricciones en los retornos, el número de circuitos, algunos tipos de distribuidores de refrigerante, la cantidad de flujo de refrigerante, la fricción, etc. Cuando la caída de presión alcanza proporciones problemáticas, la presión que se debe de aplicar por debajo del diafragma, es la más baja; es decir, la de la salida del evaporador.

Igualado Externo

Una caída de presión se traduce en una caída de temperatura. Si la caída de presión provoca en el evaporador una caída de temperatura mayor de 2 °C en el rango de aire acondicionado, de 1 °C en temperatura media y de 0.5 °C en baja temperatura, cuando se está utilizando una válvula con igualador interno, esto mantendrá a la válvula en una posición restringida, reduciendo la capacidad del sistema. En estos casos se debe de utilizar una válvula con igualador externo.

El evaporador deberá estar diseñado o seleccionado conforme a las condiciones de operación; la válvula de termo expansión debe ser seleccionada y aplicada de acuerdo a lo que se ha visto.

Para explicar lo anterior, veamos qué sucede realmente en un evaporador alimentado por una válvula de termo expansión con igualador interno, donde existe una caída de presión medible de 10 psig, como se muestra en la figura 6.16. La presión en el punto "C" es 33 psig o sea, 10 psi menos que en la salida de la válvula, punto "A"; sin embargo, la presión de 43 psig en el punto "A" es la presión que está actuando en la parte inferior del diafragma en la dirección de cierre. Con el resorte de la válvula ajustado a una compresión equivalente a un sobrecalentamiento de 6°C o a una presión de 10 psig, la presión requerida arriba del diafragma para igualar las fuerzas es de (43 + 10) ó 53 psig. Esta presión corresponde a una temperatura de saturación de -2°C. Es evidente que la temperatura del refrigerante en el punto "C" debe ser -2°C, si es que la válvula ha de estar en equilibrio. Puesto que la presión en este punto es de sólo 33 psig y la temperatura de saturación correspondiente es de -12°C, se requiere un sobrecalentamiento de (-2) (-12) o sea, de 10°C para abrir la válvula. Este alto sobrecalentamiento de 10°C requerido para abrir la válvula, hace necesario utilizar más superficie del evaporador para producir este gas refrigerante sobrecalentado. Por lo tanto, se reduce la cantidad de superficie del evaporador, disponible para la absorción de calor latente de evaporación del refrigerante; produciéndose una insuficiencia de refrigerante, antes de alcanzar el sobrecalentamiento requerido.

Puesto que la caída de presión a través del evaporador, la cual causó esta condición de sobrecalentamiento elevado, aumenta con la carga debido a la fricción, este efecto de "restricción" o "insuficiencia" aumenta cuando la demanda sobre la capacidad de la termo válvula es mayor.