DISPOSITIVO DE EXPANSIÓN
La expansión es la tercera etapa del ciclo básico de refrigeración. En este proceso, el refrigerante líquido a alta presión proveniente del condensador atraviesa un dispositivo de expansión, donde experimenta una caída brusca de presión. Como consecuencia, disminuye su temperatura y una pequeña parte del líquido se evapora instantáneamente, formando una mezcla de líquido y vapor a baja presión que ingresa al evaporador para iniciar la absorción de calor.
La siguiente animación muestra, paso a paso, cómo el dispositivo de expansión reduce la presión del refrigerante y prepara las condiciones necesarias para que el evaporador pueda absorber calor de forma eficiente.
Restricción HRAA: Dispositivo de Expansión y Caída de Presión
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El refrigerante ha sido comprimido y se ha transformado en líquido subenfriado a alta presión dentro del condensador. Sin embargo, en ese estado es térmicamente inútil para enfriar. La Expansión es la etapa crítica de estrangulamiento, donde el líquido sufre una caída drástica e instantánea de presión. Al liberar esta fuerza, el refrigerante reduce su temperatura por debajo de los cero grados, preparándose para inundar el evaporador.
DISPOSITIVOS DE EXPANSIÓN
Expandir no significa simplemente «estirar» el espacio ocupado por el fluido. En refrigeración, expandir significa hacer pasar el refrigerante líquido a través de una restricción al flujo, como una válvula de expansión, un orificio calibrado o un tubo capilar de pequeño diámetro.
El Principio de la Isoentalpía: En un proceso de expansión por estrangulamiento, como el que ocurre en una válvula de expansión o un capilar, el refrigerante se modela idealmente como un proceso de entalpía constante.Esto significa que, en condiciones ideales, el refrigerante no intercambia calor apreciable con el exterior ni entrega trabajo de eje durante su paso por la restricción. La presión disminuye bruscamente y, como consecuencia de esa caída de presión, una parte del líquido se vaporiza instantáneamente. Esta redistribución de la energía dentro del refrigerante produce las condiciones de baja presión y baja temperatura necesarias para su entrada al evaporador.
A esta evaporación súbita se le conoce en la ingeniería como Flash Gas. El resultado a la salida del dispositivo de expansión es una mezcla de líquido y vapor a baja presión y baja temperatura. La fracción que se ha convertido en vapor flash ya no participa como líquido en la absorción de calor del evaporador; el líquido restante continúa hacia el evaporador, donde podrá absorber calor y evaporarse progresivamente. El resultado a la salida del dispositivo de expansión es una mezcla de líquido y vapor a baja presión y baja temperatura.
Existen dispositivos fijos que no se adaptan a los cambios térmicos y dispositivos modulantes automáticos de alta precisión:
La Válvula Termostática opera como una balanza mecánica gobernada por la interacción de tres fuerzas opuestas sobre su diafragma:
1️⃣ Fuerza 1 (P_b): Presión del bulbo sensor (abre la válvula). Depende de la temperatura del tubo de succión.
2️⃣ Fuerza 2 (P_e): Presión de evaporación (cierra la válvula). Es la presión existente en la salida del evaporador.
3️⃣ Fuerza 3 (P_s): Tensión del resorte de ajuste (muelle) (también cierra la válvula). Se ajusta mediante el tornillo de regulación.
La ecuación de equilibrio de campo es:
Después de atravesar el dispositivo de expansión, el refrigerante entra al evaporador como una mezcla de líquido y vapor a baja presión y baja temperatura. En este punto comienza la etapa más importante del ciclo desde el punto de vista del usuario: la absorción de calor. Allí el refrigerante captará la energía térmica del aire o del producto que se desea enfriar hasta evaporarse completamente, completando así el proceso de refrigeración.