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Principio de Funcionamiento de un Evaporador de Expansión Directa o Seca

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Dentro de las métodos de alimentación de evaporadores, el menos utilizado en instalaciones de refrigeración industrial por NH3 es el de expansión directa o seca, que da origen a los denominados evaporadores “secos”.

No obstante desde el punto de vista conceptual considero importante su estudio ya que permite aclarar algunos conceptos importantes, como por ejemplo el grado de recalentamiento de la aspiración y entender que las otras alternativas de alimentación de evaporadores son más eficientes pero requieren mayor inversión y son propias de instalaciones de mayor envergadura.

Objetivos del artículo

Este artículo aspira a proporcionar un entendimiento claro y profundo de los evaporadores de expansión directa seca en el contexto de la refrigeración industrial. El foco principal es desentrañar los principios operativos de la válvula de expansión termostática (VET) y analizar cómo esta tecnología se compara en eficiencia y economía con otras formas de alimentación de evaporadores. Se busca clarificar conceptos fundamentales y ofrecer un análisis técnico detallado para facilitar la comprensión de su funcionamiento, aplicabilidad y ventajas relativas.

  • Desarrollo de conceptos
  • Conocer una de las formas de alimentación de evaporadores
  • Principio de funcionamiento de la válvula de expansión termostática
  • La llegada de líquido al compresor.

¿ Qué es un evaporador seco o de expansión directa?

Funcionamiento de un Evaporador Seco o de Expansión Directa

En los evaporadores de expansión directa seca, el refrigerante líquido de alta presión entra al evaporador mediante una válvula de expansión termostática (VET). Esta válvula asegura que la cantidad de refrigerante alimentada sea la precisa para que todo el líquido se evapore dentro del evaporador, previniendo así la llegada de líquido al compresor.

La válvula de expansión termostática (VET) modula su apertura basándose en los cambios de temperatura detectados por un bulbo sensor, ajustando el grado de recalentamiento para evitar la llegada de líquido al compresor.

Contenido exclusivo de Refrigeración

 

En la Figura 1 de abajo, se observa un evaporador de NH3 de expansión directa mediante una válvula de expansión termostática, en adelante VET, la presión de evaporación de diseño es Pev = 1.91 kg/cm2, por lo tanto la temperatura de evaporación será Tev = -10°C, la VET modula su apertura de manera tal que todo el refrigerante se evapore dentro del evaporador en un punto tal como el “X”, en este punto se evapora la última gota de NH3 líquido,  el vapor se denomina saturado, a partir de “X” el vapor comienza a elevar su temperatura de manera continua y pasa a ser vapor recalentado.

Figura 1

La VET posee un “tubo capilar” en cuyo interior lleva una pequeña carga de fábrica del mismo refrigerante que la instalación, en el extremo del capilar se encuentra el bulbo sensor de la VET, el bulbo va firmemente ajustado en la cañería de salida del evaporador, de acuerdo a la temperatura del refrigerante en ese punto se produce un aumento o disminución de presión que se utiliza para modificar  el grado de apertura de la VET.

En la Figura 1 observamos que la temperatura donde se encuentra el bulbo sensor es, por ejemplo de  -6°C, es la temperatura de succión del compresor Tsuc , siempre mayor que la temperatura de evaporación, que es -10°C , la diferencia de 4°C se denomina recalentamiento de la aspiración dTS y es lo que garantiza la no llegada de líquido al compresor.

La VET nos asegura un recalentamiento constante a la salida del evaporador, ese recalentamiento puede ser modificado mediante un resorte interno que posee dicha válvula y que veremos más adelante.

La presión de evaporación Pev, si despreciamos la caída de presión por fricción en la cañería de aspiración del compresor, es prácticamente la presión de succión del compresor, Ps.

En evaporadores con VET, parte de la serpentina se utiliza para recalentar el vapor, el llenado con refrigerante líquido es incompleto, es decir que se desaprovecha parte de su superficie de intercambio.

Es una solución relativamente sencilla y económica frente a otras posibilidades de alimentación de líquido que serán desarrolladas en otra oportunidad.

¿Cómo es el funcionamiento de una válvula de expansión termostática?

La VET es una válvula automática cuyas partes principales se observan en la Figura 2

Identificación de las partes de la válvula VET

  1. Bulbo sensor de temperatura
  2. Tubo capilar
  3. Diafragma
  4. Cámara termostática
  5. Presión actuante sobre la parte superior del diafragma
  6. Carcaza
  7. Presión actuante sobre la parte inferior del diafragma, igual a la presión de evaporación
  8. Cámara de baja presión
  9. Ingreso de refrigerante líquido de alta presión
  10. Fuerza generada por el resorte
  11. Cámara de alta presión
  12. Cuerpo de la VET
  13. Tornillo de regulación de la fuerza del resorte
  14. Resorte
  15. Cono de expansión del refrigerante
  16. Orificio de expansión
  17. Eje de apertura/cierre de la VET
  18. Serpentina del evaporador
  19. Aspiración del compresor
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La VET modula su apertura en función de los cambios de temperatura detectados por el bulbo sensor de temperatura, al aumentar la temperatura aumenta la presión sobre el diafragma y la VET abre , al descender la temperatura la válvula cierra por acción del resorte, dependiendo del ajuste dado al resorte cambia el grado de recalentamiento , a mayor tensión del resorte mayor grado de recalentamiento, a menor valor de tensión del resorte, menor grado de recalentamiento.

El grado de recalentamiento viene ajustado de fábrica y es de suma importancia para evitar la llegada de líquido al compresor, las otras formas de alimentación de evaporadores serán explicadas en próximos posteos del Blog Académico de Refrigeración Industrial por Amoniaco.

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Ing. Alejandro d'Huicque

Ingeniero Electromecánico egresado de la Universidad de Buenos Aires - Argentina. Trabajo en el área de refrigeración industrial desde el año 1984. Docente en : Universidad Tecnológica Nacional UTN - Consejo Profesional de Ingeniería Mecánica y Electricista COPIME -Instituto Argentino de Refrigeración y Aire Acondicionado IARAA.

Agradecimientos

Muchas gracias por el tiempo dedicado a la lectura de este articulo, espero que haya sido de interés. Quedo a disposición de todos los lectores, respondiendo a sus preguntas o inquietudes y son bienvenidas aquellas sugerencias para la selección de contenidos a desarrollar en los próximos artículos del blog académico.

Sobre el autor

Ing. Alejandro d’Huicque

Ingeniero Electromecánico egresado de la Universidad de Buenos Aires – Argentina. Trabajo en el área de refrigeración industrial desde el año 1984.

Docente en : Universidad Tecnológica Nacional UTN – Consejo Profesional de Ingeniería Mecánica y Electricista COPIME -Instituto Argentino de Refrigeración y Aire Acondicionado IARAA.

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1 comentario. Dejar nuevo

  • Germán Parola
    enero 19, 2021 8:12 pm

    Con el desarrollo de la electrónica, podemos usarla en amoníaco aportando a los sistemas de “baja carga de refrigerante”
    Gracias

    Responder

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