Introdução
Neste artigo, vamos aprender como as válvulas de expansão termostáticas funcionam. Essas válvulas são componentes essenciais em quase todos os ciclos de refrigeração e são amplamente utilizadas em sistemas de HVAC. Veremos os principais componentes dessas válvulas, seu funcionamento e como elas controlam o fluxo de refrigerante em um sistema de refrigeração.
Componentes principais
As válvulas de expansão termostáticas possuem várias variações de design, mas todas seguem o mesmo princípio básico de funcionamento. Dentro da válvula de expansão, você encontrará os seguintes componentes principais:
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Corpo da válvula: responsável por abrigar os componentes e possui um orifício interno para restringir o fluxo de refrigerante.
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Diafragma: um material flexível, geralmente de metal, que se flexiona para aplicar pressão ao pino.
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Pino ou agulha: move-se para cima e para baixo para variar o tamanho da abertura dentro do orifício, controlando o fluxo de refrigerante.
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Mola: contrapõe a força do pino.
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Bulbo sensor e tubo capilar: mede a temperatura do refrigerante na saída do evaporador e reage para abrir ou fechar a válvula.
Funcionamento
A válvula de expansão termostática retém o refrigerante líquido de alta pressão proveniente do condensador e controla a quantidade de refrigerante que pode passar para o evaporador. A válvula reduz a pressão para permitir que o refrigerante evapore em temperaturas mais baixas.
Ao forçar o refrigerante líquido de alta pressão através de um pequeno orifício, ocorre uma redução de pressão à medida que ele passa. Durante essa redução de pressão, parte do refrigerante vaporiza e o restante permanece líquido. Isso é semelhante ao bico de um borrifador de água, onde a água de alta pressão é forçada através do pequeno orifício para um ambiente de pressão muito mais baixa, resultando em uma mistura de líquido e vapor.
Essa mistura de refrigerante líquido/vapor é pulverizada no evaporador, onde absorverá calor do ar ou da água que envolve o tubo. Neste exemplo, um ventilador sopra ar através do evaporador.
Conforme o refrigerante passa pelo evaporador e é exposto a cada vez mais energia térmica, ele sofre uma mudança de fase completa e se torna um vapor saturado em direção ao final da bobina do evaporador. Durante essa mudança de fase, haverá pouca ou nenhuma mudança de temperatura devido ao calor latente. Em vez disso, o refrigerante aumentará em entalpia e entropia.
O refrigerante continuará a absorver energia térmica e, quando isso acontecer após a mudança de fase, começará a aumentar a temperatura. Isso superaquece o vapor de refrigerante. O bulbo sensor da válvula de expansão termostática monitora essa temperatura para controlar o refrigerante no corpo principal da válvula.
Aumento da carga de resfriamento
Se a carga de resfriamento aumentar, mais refrigerante evaporará dentro do evaporador. Isso aumentará o superaquecimento, o que significa que a temperatura do refrigerante aumentará na saída do evaporador.
A temperatura de superaquecimento precisa permanecer dentro dos limites projetados. Portanto, agora é necessário reduzi-la, o que pode ser feito permitindo que mais refrigerante flua para o evaporador. O pino precisa ser pressionado para baixo, comprimindo a mola e permitindo que mais refrigerante flua pelo orifício no corpo principal da válvula.
Dentro do bulbo sensor há uma pequena quantidade de refrigerante separada do restante do sistema e confinada, em um sistema fechado, apenas ao volume dentro do bulbo, tubo capilar e cabeça de potência.
O bulbo sensor detecta o aumento de temperatura à medida que a energia térmica se transfere através da parede do tubo para o bulbo. Essa energia térmica faz com que o refrigerante dentro do bulbo ferva e evapore. Como o refrigerante está confinado a uma pequena área, a pressão aumenta e isso empurra ao longo do tubo capilar e até a parte superior da válvula de expansão. Isso pressiona o diafragma, que pressiona o pino, comprimindo a mola e permitindo que mais refrigerante entre no evaporador.
A válvula se ajustará para encontrar a posição correta, de modo que a força no diafragma seja maior ou igual à força da mola empurrando na direção oposta. Isso permite a quantidade correta de refrigerante, o que diminui a temperatura do refrigerante superaquecido. O bulbo sensor detecta isso e faz os ajustes necessários até que se equilibre.
Diminuição da carga de resfriamento
Se a carga de resfriamento diminuir de volta ao normal, a temperatura de superaquecimento reduzirá. O bulbo sensor detectará isso e começará a reduzir o fluxo de refrigerante para o evaporador. O refrigerante no capilar flui de volta para o bulbo e a válvula principal começa a fechar. A temperatura de superaquecimento também começará a subir à medida que isso acontece.
Eventualmente, a válvula se equilibrará e a quantidade correta de refrigerante fluirá para corresponder à configuração de superaquecimento.
Todas essas operações acontecem automaticamente com esse tipo de válvula, o que explica sua popularidade. Existem outras versões eletrônicas de expansão dessa válvula que oferecem maior precisão, mas abordaremos isso em um post futuro.
Conclusão
As válvulas de expansão termostáticas são componentes cruciais em sistemas de refrigeração. Seu funcionamento eficiente garante o controle adequado do fluxo de refrigerante, permitindo que os sistemas de refrigeração operem de maneira eficaz. Esperamos que este artigo tenha fornecido uma compreensão abrangente de como as válvulas de expansão termostáticas funcionam.
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