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Válvula de Expansión del Aire Acondicionado

Los acondicionadores de aire utilizan un refrigerante que cambia de estado entre vapor y líquido, a medida que enfría y deshumidifica tu hogar. La válvula de expansión del aire acondicionado juega un papel importante en este proceso.

Las unidades de aire acondicionado se componen de muchas partes diferentes. Si bien probablemente estés familiarizado con las bobinas del condensador y del evaporador, las dos unidades grandes que se encuentran fuera y dentro de tu hogar, respectivamente, el dispositivo de expansión a menudo pasa desapercibido debido a su pequeño tamaño y ubicación discreta.

No obstante, un dispositivo de expansión dañado, sea una válvula o un tubo capilar, puede tener graves consecuencias en el rendimiento de tu unidad de aire acondicionado. Sigue leyendo para comprender más de este dispositivo, por qué es importante y las señales de cuándo debe ser reemplazado.

Válvula de Expansión del Aire Acondicionado
Válvula de Expansión

¿Qué es la Válvula de Expansión del Aire Acondicionado?

La válvula de expansión, es un componente del aire acondicionado que está diseñado para regular el flujo de refrigerante al evaporador. La válvula de expansión es uno de los dispositivos de expansión más usados en el sector, destinado para equipos medianos a grandes.

Para equipos pequeños, por lo general podrás ver el ya muy conocido “Tubo Capilar”.

Todas las unidades de aire acondicionado modernas contienen refrigerante. Se usa para recolectar calor del interior de tu hogar, para que el calor pueda liberarse fuera de tu hogar, creando así un ambiente de vida más fresco. Sin embargo, a medida que el refrigerante se calienta, se presuriza.

La válvula de expansión funciona para controlar el flujo de refrigerante, cambiar la presión de éste, y forzar una caída de temperatura. Este cambio de temperatura en el refrigerante, se aprovecha en el evaporador.

Antes de ingresar al serpentín del evaporador, el refrigerante está demasiado caliente para eliminar el calor del aire dentro de tu hogar, que es donde entra en juego la válvula de expansión. El refrigerante caliente debe viajar a través de la válvula de expansión donde se libera el exceso de presión. A medida que la válvula de expansión libera parte de su presión, el refrigerante se enfría.

La válvula de expansión no enfría el refrigerante directamente. Más bien, enfría indirectamente el refrigerante al provocar la caída de presión. El refrigerante ahora enfriado puede ingresar al serpentín del evaporador donde puede eliminar el calor del ambiente.

¿Cómo Funciona una Válvula de Expansión?

La válvula de expansión es un dispositivo de precisión, que está diseñado para regular la velocidad a la que el refrigerante líquido fluye hacia el evaporador. Este flujo controlado es necesario para maximizar la eficiencia del evaporador mientras se evita que el exceso de refrigerante líquido regrese al compresor.

Una de las características de diseño de esta válvula es separar los lados de alta presión y baja presión de un sistema de aire acondicionado. El refrigerante líquido ingresa a la válvula a alta presión a través de la línea de líquido del sistema, pero su presión se reduce cuando la válvula limita la cantidad de este refrigerante líquido que ingresa al evaporador.

😎Toma nota: La válvula de expansión regula la cantidad de refrigerante que fluye hacia el serpentín del evaporador de tu sistema de aire acondicionado. 👍

La válvula tiene una varilla que se mueve hacia arriba y hacia abajo. Cuando la varilla está abajo, el refrigerante no puede fluir hacia el serpentín. El movimiento de la varilla mide la cantidad de refrigerante que fluye a través del serpentín. Esto afecta la cantidad de calor que puede absorber del aire del ambiente climatizado.

Cuando la varilla se abre, libera presión del refrigerante. Con la presión liberada, el vapor se convierte en líquido y se enfría. Luego, el refrigerante frío puede circular a través del serpentín del evaporador.

El aire pasa por el serpentín del evaporador, que está lleno de refrigerante frío a baja presión. El refrigerante absorbe calor y sale del evaporador, dirigiéndose al compresor nuevamente. Luego se mueve a la unidad exterior, donde libera el calor a través de la bobina del condensador.

Sobrecalentamiento y presión

El sobrecalentamiento hierve el refrigerante dentro de la bombilla y, a medida que hierve, crea presión. Posteriormente, la presión viaja a lo largo del tubo capilar hueco hacia el cabezal de potencia y el cabezal de potencia controla el flujo de refrigerante.

La válvula de expansión tiene un cartucho extraíble colocado dentro de la entrada. Este tiene un orificio, que trabaja con la válvula para controlar el refrigerante. Hay cartuchos de diferentes tamaños según la capacidad de refrigeración necesaria y el tipo de refrigerante que se utilice.

El refrigerante proviene del condensador y entra al cuerpo de la válvula a través de la entrada. Entra como un líquido saturado de alta presión y temperatura media.

Luego pasa por el cuerpo de la válvula y cuando sale, sale de la válvula por la salida donde se produce una conversión a una mezcla de vapor / líquido de baja presión y baja temperatura.

Esto influye en la fase de presión-temperatura y controla el flujo de refrigerante cuando el pasador está conectado al diafragma en el cabezal de control.

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Cómo funciona el diafragma

El diafragma es una delgada hoja de metal que se mueve hacia arriba y hacia abajo con el pasador. Debajo del diafragma hay un resorte que se puede ajustar para controlar el recalentamiento.

La bombilla sensora se encuentra en la salida del evaporador. Como resultado, la carga de enfriamiento del evaporador aumenta el recalentamiento en la salida del evaporador. Debido a que la bombilla sensora está en contacto directo con la tubería de salida del evaporador, la energía térmica se transfiere y hace que el refrigerante dentro de la bombilla sensora se expanda y hierva.

A medida que el refrigerante se expande y hierve, aumenta la presión en el interior. Esta presión aumenta y se abre paso a través del tubo capilar y viaja a la cámara por encima del diafragma.

Posteriormente, a medida que aumenta la presión, empuja hacia abajo el diafragma y este empuja hacia abajo el pasador. El pasador controla la cantidad de refrigerante que fluye a través de un conjunto de orificios dentro de la válvula.

El pasador que se empuja hacia abajo en el tope es lo que abre la válvula. Empujar el tapón hacia abajo aumenta el flujo de refrigerante. A medida que aumenta la carga de enfriamiento en el evaporador, el recalentamiento aumenta en la salida.

A medida que fluye más refrigerante, el recalentamiento disminuye, por lo que la presión en el bulbo sensor y el tubo capilar disminuye, lo que significa que hay menos presión que empuja el diafragma hacia abajo.

Luego, el resorte empuja el diafragma hacia arriba, lo que hace que el pasador se mueva hacia arriba y, a medida que el pasador se eleva, el tope con resorte comienza a cerrar el orificio, lo que reduce la cantidad de refrigerante que puede fluir.

Tipos de Válvulas de Expansión

Podemos clasificar las válvulas de expansión de la siguiente manera.

1. Válvula de expansión automática

La válvula de expansión automática consiste básicamente en un tornillo regulador, un muelle, una membrana o fuelle, el vástago de la válvula que descansa sobre la membrana, la membrana, el tapón cónico, el orificio y el asiento de la válvula.

También verás un filtro o pantalla que impide que las impurezas pasen a la válvula. El propósito de la válvula es mantener una evaporación constante, presión de evaporación constante y, por lo tanto, la temperatura de evaporación, alimentando más o menos refrigerante en función de la carga térmica impuesta al evaporador.

El refrigerante procedente del condensador pasa por el filtro y se expande en el orificio de la válvula hasta la presión de evaporación. La presión de evaporación que actúa sobre la parte inferior de la membrana tiende a ser igual a la del orificio y la presión del muelle que actúa sobre la membrana tiende a abrir el orificio.

El tallo estará en equilibrio cuando la presión del muelle es igual a la presión de evaporación, y en este caso el flujo a través del orificio será necesario para absorber la carga térmica de diseño.

Una vez ajustada la presión del muelle su funcionamiento será automático, suministrando automáticamente la cantidad de refrigerante necesaria para mantener la presión de evaporación en función de las variaciones de carga en el evaporador.

Por ejemplo, supongamos que la presión del muelle se ajusta para mantener en el evaporador una presión de 3 bares. Siempre que la presión de evaporación disminuye debido a una carga térmica, la presión del muelle supera la presión de evaporación, mediante el aumento del área de paso del orificio, aumentando así la cantidad de refrigerante que pasa al evaporador.

Como consecuencia, la tasa de evaporación aumenta y con ello la presión de evaporación hasta alcanzar el equilibrio. Es importante tener en cuenta que cuando el compresor se detiene, la válvula se cierra por completo. Esto se debe a dos efectos.

  • La evaporación continúa en el evaporador durante un corto periodo de tiempo incluso después de que el compresor haya dejado de funcionar por acción del sistema de control.
  • El vapor no se elimina debido a la parada del compresor. Como resultado, la presión de evaporación aumenta superando la presión del muelle que cierra la válvula.

Cuando el compresor vuelve a funcionar la presión de evaporación se reduce inmediatamente y por ende, la presión del muelle, que abre la válvula.

La válvula de expansión automática tiene la desventaja de reducir el flujo de refrigerante cuando la carga térmica aumenta y aumentar el flujo cuando la carga térmica disminuye, por lo que es más adecuada en aplicaciones en las que las variaciones de carga térmica son pequeñas.

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2. Válvula de expansión termostática

Las válvulas de expansión termostáticas tienen tres propósitos:

  • Provocar la pérdida de presión,
  • Proporcionar la cantidad de refrigerante necesario.
  • Garantizar un recalentamiento constante a la salida del evaporador.

En la válvula de expansión termostática se observa que en la parte superior de la válvula se fija un tubo en espiral cuya extremo termina en una bombilla (bombilla termostática) que se instala en la salida del evaporador.

La válvula de expansión termostática puede ser de igualación interna, de igualación externa y de presión máxima de funcionamiento.

Válvula de expansión con igualación interna

La válvula de expansión con ecualización interna contiene el diafragma o fuelle, un vástago que se apoya en el diafragma, el tapón cónico, el orificio con su asiento donde se apoya el tapón, el muelle y el tornillo de ajuste que permite variar la tensión del muelle.

La cabeza de la válvula está conectada a un tubo de diámetro muy fino, en cuyo extremo se encuentra el bulbo termostático, que almacena un fluido llamado carga termostática.

La región constituida por la bombilla termostática, el tubo y la región por encima del diafragma contienen el mismo fluido que el sistema de refrigeración y que en todo el rango de funcionamiento de la válvula, el fluido permanece como una mezcla de líquido y vapor.

Esta región descrita tiene un volumen constante considerando pequeñas las variaciones de posición del diafragma. El bulbo está montado en la salida del evaporador haciendo un buen contacto térmico con la línea de aspiración de tal manera que se puede suponer que la temperatura del fluido del bulbo es la misma que la del refrigerante del sistema en la región del contacto.

El refrigerante en fase líquida procedente del condensador, pasa por el filtro y se expande desde la presión de condensación a la presión de evaporación al pasar por el orificio.

La presión del bulbo actúa en la parte superior de la membrana que tiende a abrir la válvula, la presión de evaporación actúa sobre la parte inferior del diafragma tendiendo a cerrar la válvula y la presión del muelle actúa sobre el vástago de la válvula tendiendo también a cerrarla.

A medida que el área del diafragma es constante, el sistema de presiones dentro de esta válvula se mantiene en equilibrio. En esta condición de equilibrio el flujo que fluye a través del orificio satisface la carga térmica deseada y garantiza el recalentamiento del refrigerante en la salida del evaporador.

Si la carga térmica aumenta, la temperatura del fluido del bulbo aumentaría con el consiguiente aumento de presión de bulbo. Por lo tanto, el vástago de la válvula bajaría aumentando el flujo de refrigerante. Este sistema mantiene el recalentamiento constante.

Si la carga térmica disminuye, el recalentamiento disminuye, la temperatura del fluido del bulbo disminuye con la consiguiente disminución de presión. Por lo tanto, el vástago de la válvula disminuye el flujo de refrigerante.

Válvula de expansión con igualación externa

Al estudiar el funcionamiento de la válvula con ecualización interna no se ha tenido en cuenta la caída de presión en el evaporador resultante por la fricción y el aumento de la velocidad del fluido que fluye debido a la reducción de la masa específica.

En la práctica, la caída de presión en el evaporador puede alcanzar hasta los 50 kPa (0,5 atm). Esto afecta el rendimiento del evaporador. El problema puede resolverse utilizando la válvula de expansión externa donde se puede ver que la presión que actúa bajo el diafragma es la presión a la salida del evaporador en lugar de la presión de entrada del evaporador.

En este caso, la membrana está completamente aislada de la presión en la entrada del evaporador y un tubo de pequeño diámetro colocado de 15 a 20 cm después del bulbo de la válvula, conectado a la salida del evaporador con la superficie inferior de la membrana, que anula la presión en la entrada del evaporador.

Esto anula el efecto de la caída de presión a través del evaporador.

La válvula con ecualización externa es inmune al efecto de la caída de presión y su recalentamiento es prácticamente igual a la de una válvula con ecualización interna operando con la misma presión de evaporación, la misma presión de resorte y una caída de presión insignificante en el evaporador.

Es aconsejable utilizar la válvula con ecualización externa en sistemas con alta caída de presión y es obligatorio cuando se utiliza un distribuidor de líquidos.

Un fabricante internacional recomienda que las válvulas con ecualización interna haya que limitarlas a los evaporadores de un solo circuito, en los que la caída de presión no supera el equivalente a 1,2ºC.

3. Válvula de expansión electrónica

Este tipo de válvula tiene el vástago controlado por un motor de pasos accionado por impulsos generados por un controlador electrónico. El motor describe una pequeña fracción de rotación (paso) para cada señal emitida por el controlador, y puede ejecutar 200 pasos por segundo con la característica de poder volver a su posición.

Las señales electrónicas que alimentan el controlador pueden ser generadas por termistores y transductores de presión posicionados en la salida del evaporador permitiendo un control eficaz del recalentamiento.

Así, incluso con grandes variaciones de carga térmica, la cantidad exacta de refrigerante es suministrada por la válvula que permite valores de recalentamiento más estables en cada condición de funcionamiento, aumentando la capacidad térmica del evaporador.

Importancia de la Válvula de Expansión

La válvula de expansión es un dispositivo importante en la industria de HVAC. La válvula se usa para controlar la cantidad de refrigerante que se libera a la sección del evaporador. De esta forma controla la diferencia entre el recalentamiento y la temperatura actual del refrigerante en la salida del evaporador.

Esto a su vez, mantiene estable su temperatura de saturación a la presión de evaporación actual. La función de la válvula de expansión térmica es controlar el flujo de refrigerante al evaporador en respuesta a la carga de enfriamiento.

Además, estas válvulas miden el recalentamiento en la salida y reaccionan a esto aumentando o disminuyendo la cantidad de refrigerante que fluye hacia el evaporador para intentar mantener un recalentamiento constante.

Dónde se Encuentra Instalada la Válvula de Expansión

Las válvulas de expansión se encuentran entre el condensador y el evaporador, en el ciclo de refrigeración. Con el cuerpo principal hecho de latón, la válvula incluye válvulas de entrada y salida.

La entrada está ubicada en la parte inferior, mientras que la salida del refrigerante está en el costado. En el lado adyacente hay una tapa removible donde el recalentamiento es ajustable. Otros componentes incluyen un cabezal de potencia, un tubo capilar y una bombilla de detección, generalmente de acero inoxidable.

Válvula de Expansión Fallas

¿Cómo saber si tu unidad de aire acondicionado tiene problemas con la válvula de expansión? Desafortunadamente, es difícil para los propietarios diagnosticar la falla ellos mismos. No obstante, hay algunas señales que pueden indicar que la válvula de expansión de tu unidad de aire acondicionado ha fallado.

Si la válvula de expansión falla, tu unidad de aire acondicionado puede tener dificultades para producir aire frío. Es posible que aún se encienda y que aún pueda soplar aire. Pero el aire que se proyecta hacia el hogar no será frío. Con una válvula de expansión defectuosa, el refrigerante caliente no podrá eliminar el calor del interior de tu hogar.

Otro posible signo de una válvula de expansión defectuosa es un compresor en funcionamiento constante. Es normal que el compresor del aire acondicionado funcione durante varias horas consecutivas. De hecho, esto es mejor que tener un compresor que se enciende y apaga constantemente.

Sin embargo, si tu compresor nunca deja de funcionar, lo mejor es revisar la válvula de expansión. Si la válvula de expansión falla, no podrá eliminar la presión del refrigerante. Como resultado, el refrigerante caliente y presurizado forzará al compresor a funcionar en un esfuerzo por compensar.

Conclusión

Los sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia contienen numerosos componentes sofisticados que mejoran el rendimiento general y la eficiencia energética del equipo. Uno de los más útiles es la válvula de expansión del aire acondicionado.

Este dispositivo, mejora la eficiencia de tu aire acondicionado y reduce la cantidad de dinero que gastas cada mes en sus costos de enfriamiento.

En la operación básica de un acondicionador de aire, el refrigerante fluye a través de una serie de tuberías o serpentines interiores y exteriores. A medida que fluye a través del sistema hasta el serpentín del evaporador interior, el refrigerante cambia de líquido a gas.

Durante este cambio, el refrigerante absorbe calor, que luego se lleva desde el interior de su hogar. Cuando el refrigerante se comprime en las bobinas exteriores, vuelve a convertirse en líquido y libera el calor que contiene.

Una válvula de expansión térmica ayuda en este proceso controlando la cantidad de refrigerante que fluye a través del sistema. La válvula cambia de tamaño automáticamente en respuesta a las cambiantes demandas de enfriamiento que se le imponen a tu aire acondicionado.

Cuando se necesita más enfriamiento, la válvula se abre más para permitir que fluya más refrigerante a través de los serpentines del evaporador y del condensador.

A medida que disminuyen las necesidades de refrigeración, la válvula de expansión térmica reduce el flujo de refrigerante. Este tipo de control de flujo mejora drásticamente la eficiencia del sistema.

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