Funciones y tipos de dispositivos de expansión en sistemas frigoríficos

Las principales funciones de un dispositivo de expansión son:

• Mantener las presiones en el lado de alta y de baja, lo que permite que la evaporación se realice a bajas presiones y las condensaciones a altas, de tal forma que a la entrada del expansor tendremos refrigerante líquido a alta presión y a la salida lo tendremos en estado de mezcla líquido-vapor a baja presión.
• Controlar la entrada de refrigerante del evaporador dependiendo de la cantidad de calor que el refrigerante tenga que absorber para realizar el cambio de estado.
• Controlar el recalentamiento de tal forma que se impida la llegada de refrigerante en estado líquido al compresor.

Los principales tipos de dispositivos de expansión son:

• Tubo capilar: el más sencillo, consiste en un tubo de pequeño diámetro que une el condensador con el evaporador.
• Válvula de expansión manual: no es muy empleada ya que el caudal del refrigerante que pasa a través de ella se regula manualmente.
• Válvula de expansión termostática: se trata de la válvula más ampliamente utilizada en las instalaciones frigoríficas porque permite tener un control total sobre la cantidad de refrigerante del evaporador.

Presostatos:

Son elementos de regulación y de seguridad que permiten abrir o cerrar la instalación. Son interruptores que actúan por presión y pueden ser abiertos o cerrados. Existen distintos tipos:

• Presostatos de alta presión: regulan la presión en la descarga del compresor y permiten su corte si se eleva por encima de un determinado valor.
• Presostato de baja presión: tienen una función reguladora y de seguridad ya que cierran el circuito en el caso de que la presión en la aspiración del compresor caiga por debajo de su nivel de funcionamiento.
• Presostato mixto: combinación en un solo elemento del presostato de alta y presostato de baja.
• Presostato de aceite: su función es de seguridad y actúa en caso de que la diferencia de presiones del aceite entre la aspiración y la descarga del compresor caiga por debajo de un determinado valor.

Depósito de líquido:

Se sitúa en la salida del condensador y tiene la función de almacenar el refrigerante. Se utiliza para los momentos en los que aumente la demanda, ya que tendremos variaciones en el caudal del refrigerante que atraviesa la válvula de expansión, y cuando sea necesario por motivos de mantenimiento o por avería.

Separador de líquido:

Se instala entre el evaporador y el compresor. Su función es impedir que llegue refrigerante en estado líquido al compresor.

Intercambiador de calor:

Se instalan intercambiadores de calor a contracorriente en las instalaciones en las que quieran aprovecharse el calor del vapor procedente del evaporador al mismo tiempo que se enfría en el líquido procedente del condensador. De esta forma se consigue:

• Aumentar el rendimiento, ya que el refrigerante que llega a la válvula de expansión llega a una temperatura menor.
• Asegurarse de que no llegue refrigerante en estado líquido al compresor.

Termostato:

Elementos de regulación que abren o cierran un circuito eléctrico cuando se alcanza una determinada temperatura en el recinto a refrigerar. Son interruptores eléctricos que actúan por temperatura. Existen diferentes tipos:

• Bimetálicos: actúan en función de las deformaciones de dos metales.
• De bulbo: cuentan con un bulbo similar a las válvulas de expansión termostáticas que contienen un gas. Actúan en función de la presión del gas que contiene el bulbo, de tal forma que al variar la temperatura también varía la presión de ese gas, lo que permitirá la apertura o cierre del circuito.

Separador de aceite:

Se colocan para evitar el paso de aceite al circuito. Se coloca en la tubería de descarga a la salida del compresor. No siempre es necesaria su colocación, ya que el aceite puede ir junto con el refrigerante y hacer el recorrido completo del circuito para regresar al compresor. Se hace necesaria su colocación en los siguientes casos:

• Si el refrigerante no es miscible con el aceite.
• Si las características de las tuberías o elementos del circuito no facilitan el retorno del aceite.
• Si se emplean compresores que facilitan la salida del aceite hacia el circuito.
• En instalaciones en las que se alcancen bajas temperaturas.

Filtro deshidratador:

Además de retener la humedad, eliminan la suciedad que pueda llevar el refrigerante. Se coloca en la tubería de líquido en la posición indicada por el fabricante. Existen filtros que cuentan con cartuchos recargables.

Visor de líquido:

Se instala en la tubería de líquido. Su función es doble: garantizar que todo el refrigerante está en estado líquido y garantizar que el circuito está libre de humedad.

Sistema de expansión:

La válvula de expansión debe darnos el caudal del refrigerante adecuado a la potencia frigorífica que debe desarrollar el evaporador en las condiciones de funcionamiento con las condiciones de condensación PK y de evaporación Po. La válvula de expansión termostática dispone de un orificio de tamaño fijo a través del cual pasa el refrigerante desde la línea de líquido al evaporador. La potencia frigorífica que proporciona una válvula va a depender fundamentalmente de tres factores:

• Tamaño del orificio: a mayor tamaño, más caudal de refrigerante deja pasar y, por lo tanto, mayor potencia frigorífica. Algunas válvulas termostáticas son de orificio intercambiable.
• Subenfriamiento del líquido: se define como el enfriamiento que sufre el refrigerante líquido en el condensador, recipiente líquido y línea de líquido antes de llegar al sistema de expansión. Con esto conseguimos evitar que se formen burbujas de vapor por el refrigerante que alimenta la válvula de expansión y aumentar el rendimiento de la instalación, ya que el refrigerante que llega al evaporador tiene menor título de vapor.
• Diferencia de presiones entre alta y baja: el caudal del refrigerante que pasará por este orificio será mayor a medida que la presión de alta aumente y disminuirá cuando esta baje. En verano, la presión de alta será elevada por las altas temperaturas. En invierno, cuando la temperatura es baja, puede ocasionar una bajada excesiva de la presión de condensación y, con ello, del caudal del refrigerante que inyecta la válvula de expansión. La mejor solución es tratar de mantener la presión de condensación.

Elección del sistema de expansión:

Determinar el tipo de válvula, determinar si va a ser de ecualización externa o interna y determinar el tipo de carga de bulbo termostático.