Válvula de expansão em câmaras frigoríficas

A válvula de expansão mais utilizada em câmaras frigoríficas é a válvula de expansão termostática. O tipo de equalização (interna ou externa) deverá ser definido em função do evaporador selecionado. A seleção da válvula é função da capacidade requerida (carga térmica) e da temperatura de evaporação e de condensação em que deverá operar, além do tipo de refrigerante utilizado no sistema. A capacidade que aparece indicada na válvula é denominada de capacidade nominal, para definir a capacidade real da válvula é preciso definir a temperatura de evaporação e de condensação em que a válvula opera e consultar o catálogo da válvula.

A válvula de expansão com equalização externa deverá ser utilizada quando a perda de carga no evaporador for significativa. Neste caso a temperatura (𝑡𝑒′) na saída do evaporador por conta da queda de pressão é menor do que a temperatura de evaporação após a saída, orifício da válvula (𝑡𝑒). Como o bulbo sensor está medindo a temperatura na saída do evaporador (𝑡𝑒′) que está mais baixa, caso se utilize equalização interna a válvula só vai abrir com um superaquecimento maior para compensar a perda de carga no evaporador.

O efeito final é um superaquecimento exagerado que é obtido com o evaporador operando mais a seco do que o normal. Este efeito provoca a redução da capacidade do evaporador e por fim da eficiência da máquina (COP). Por esta razão deve-se utilizar a válvula correta.

Para distinguir uma válvula com equalização externa é só observar a presença do equalizador externo – tubo capilar – que é ligado no corpo da válvula e na tubulação na saída do evaporador.

Nas câmaras frigoríficas como em outros equipamentos de refrigeração e ar condicionado existe uma tendência de busca de eficiência. As unidades plug-in que já incorporam um controlador programável (CLP) são uma resposta a esta tendência. Existe a possibilidade de se utilizar válvulas eletrônicas ao invés de válvulas de expansão termostáticas.

As válvulas eletrônicas controlam a temperatura na saída do evaporador através de um sensor eletrônico (Pt-100 ou termístor). Não há necessidade de leitura de pressão, uma queda na temperatura na saída da válvula indica excesso de líquido provocando o fechamento da válvula. Nas unidades tipo Chiller estas válvulas já são utilizadas porque o custo das válvulas não é significativo, ao contrário das câmaras em que ainda representa um custo exorbitante. O uso das válvulas eletrônicas permite superaquecimentos da ordem de 2 ºC em comparação com o superaquecimento usual de uma válvula mecânica termostática que é da ordem de 7 ºC. Ou seja, com as válvulas eletrônicas o evaporador é melhor aproveitado.

A escolha de uma válvula de expansão com capacidade muito maior ou menor que a da instalação (compressor/evaporador/condensador) pode resultar em operação deficiente. Uma válvula excessivamente grande pode inundar o evaporador, com risco de golpe de líquido para o compressor. Uma válvula de capacidade menor do que a capacidade do sistema alimenta com deficiência o evaporador, produzindo uma condição de equilíbrio de baixa pressão de evaporação (o compressor succiona bem mais do que a válvula fornece de refrigerante), o que reduz a capacidade do sistema e pode comprometer o funcionamento da câmara no verão – temperatura de conservação do produto. Em alguns casos se a diferença for muito grande o pressostato de baixa pode ser acionado e o sistema não consegue operar.

A pressão de condensação é influenciada pelas condições ambientais. No Verão a tendência é o sistema operar com pressões de condensação mais altas tanto na condensação a água quanto na condensação a ar. O COP do sistema é menor no verão.

No inverno há um aumento do rendimento pela queda da pressão de condensação, no entanto se a pressão de condensação cair demasiadamente pode vir a interferir no funcionamento da válvula de expansão. A válvula passa a liberar menos refrigerante do que o sistema necessita podendo levar ao desarme do sistema. Para evitar este inconveniente é comum controlar a pressão de condensação do sistema. Nos sistemas com condensação a ar controlam-se os ventiladores dos condensadores e nos sistemas a água regula-se através de uma válvula a quantidade de água que entra no condensador mantendo a pressão de condensação dentro dos limites admissíveis.

Não é rara a ocorrência de alimentação deficiente da válvula de expansão em virtude da ocorrência de vapor na entrada da válvula (bolhas). Este vapor prejudica a passagem da quantidade certa de refrigerante para o evaporador reduzindo a sua capacidade. A principal razão para esta ocorrência é a falta de fluido. Mas outros problemas podem influenciar, como por exemplo, o bloqueio do filtro secador que provoca uma expansão do fluido antes de chegar a válvula.

De forma generalizada, podemos realizar a seleção da válvula verificando o refrigerante a ser utilizado, as temperaturas de evaporação e externa, além da capacidade de refrigeração. É importante verificar na tabela de seleção do equipamento de que forma estas variáveis se relacionam e quais são as unidades.

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