Um dos meios de se controlar a eficiência de sistemas de refrigeração e também o conforto térmico de zonas, é controlando a quantidade de fluido refrigerante que entra no evaporador.
Para que isso seja feito de forma precisa, utiliza-se um dispositivo chave e que ganha a nossa atenção neste texto: a válvula de expansão.
A válvula de expansão está presente, principalmente, nas instalações de médio e grande porte (visto que instalações de pequeno porte utilizam, comumente, o capilar).
Mas, não basta decidir utilizar essa válvula nas instalações dos portes descritos. É preciso considerar que existem tecnologias distintas para realizar esse controle por válvulas.
As duas tecnologias que aparecem com frequência em instalações industriais e comerciais são a válvula de expansão termostática (VET) e a válvula de expansão eletrônica (VEE).
Sim, elas têm a mesma função. Contudo, seus princípios e forma de controle são diferentes. Entender essa diferença pode trazer mais impacto do que você imagina.
E, visto que seus princípios de controle são diferentes, este texto vem como um ponto de esclarecimento para a sua decisão de escolha entre uma tecnologia ou outra.
Onde se utiliza válvula de expansão e por que ela é necessária?
Assim como foi dito há pouco, a válvula de expansão é encontrada nos sistemas de refrigeração (ou arrefecimento).
Neste sistema, ela está instalada entre o lado de alta e o lado de baixa pressão do circuito frigorífico.
E, relembrando novamente o que foi dito, a sua função se resume ao controle da passagem do refrigerante para o evaporador, de modo que provoque uma redução de pressão (expansão) e permita que o fluido entre no evaporador nas condições necessárias para absorver calor.
O equilíbrio
Controlar a quantidade de fluido refrigerante que vai para o evaporador é essencial para que não ocorra uma alimentação excessiva ou insuficiente.
- A alimentação excessiva aumenta o risco do líquido refrigerante chegar até o compressor, resultando no golpe de líquido ou liquid slugging;
- Já a alimentação insuficiente faz com que parte da capacidade do evaporador fique inutilizada.
O superaquecimento
Visto a sua função a válvula de expansão opera conforme o superaquecimento na saída do evaporador.
Este parâmetro é a referência para saber o quanto a temperatura do vapor está acima da temperatura de saturação correspondente à pressão de evaporação.
Essa aplicação é vista em operações como:
- câmaras frigoríficas;
- unidades de refrigeração industrial;
- chillers;
- sistemas de ar-condicionado;
- balcões e expositores refrigerados;
- processos industriais que precisam controlar temperatura;
- sistemas de refrigeração para alimentos e bebidas.
Válvula de expansão termostática x Válvula de expansão eletrônica
Como funciona a válvula de expansão termostática?
A válvula de expansão termostática (VET) é conhecida por sua pronta adaptação a qualquer tipo de aplicação, sendo o dispositivo de expansão mais utilizado em sistemas de refrigeração de expansão direta.
A sua função é regular o fluxo de refrigerante que chega ao evaporador de forma que seja mantido um determinado grau de superaquecimento do vapor que deixa o mesmo.
Essa válvula é constituída, principalmente, por corpo, mola, diafragma, parafuso de ajuste e bulbo sensível.
Este bulbo contém em seu interior fluido refrigerante saturado e está conectado com a parte superior do diafragma por um tubo capilar e deve estar em contato com a saída do evaporador. Já a saída da VET é conectada à tubulação de entrada do evaporador.
Vamos ao seu funcionamento característico:
- Se o refrigerante passa pelo orifício da válvula, sua pressão reduz até a pressão de vaporização. O refrigerante líquido escoa ao longo dos tubos do evaporador e se vaporiza ao receber calor.
Como ocorre o superaquecimento
Quando o fluido já foi completamente vaporizado após percorrer determinado comprimento do tubo, ele adquire calor caso receba qualquer fluxo adicional de calor a partir dali.
Este aumento de temperatura faz com que, na saída do evaporador, o fluido apresente certo grau de superaquecimento para a pressão de vaporização e considerando a temperatura de saturação.
Assim:
- Se a carga aumenta, mais refrigerante vaporiza;
- A posição em que termina a vaporização se move em direção à entrada do evaporador;
- Aumento da temperatura em que o bulbo da válvula está em contato;
- A pressão do refrigerante saturado do bulbo aumenta, devido ao aumento da temperatura;
- A agulha obturadora move para baixo e aumenta a vazão de fluido refrigerante (mais líquido entra no evaporador para suprir aquela carga térmica);
- Se a carga térmica diminui, menor o superaquecimento na saída do evaporador e menor será o fluxo de fluido refrigerante.
Como funciona a válvula de expansão eletrônica?
A válvula de expansão eletrônica é conhecida também como “microprocessada”.
Elas movem uma quantidade mais precisa de fluido refrigerante para o evaporador, favorecendo a economia de energia.
Para entender como ela funciona, é preciso saber que ela pode ser acionada por motores de passo, pulsos de largura modulada ou analogicamente.
Os motores de passo proporcionam frações de rotação que se tornam movimento de translação graças a engrenagens e cremalheiras.
Utilizando pulsos de largura modulada, utiliza-se válvulas solenóide para abertura e fechamento. Como elas são válvulas on/off (completamente aberta ou completamente fechada), controla-se a vazão das válvulas por largura de pulso, tempo ou duração de abertura.
- O fechamento repentino da válvula pode causar golpes de fluido, gerando vibração excessiva, mas soluciona-se com a introdução de um amortecimento acima ou abaixo do êmbolo da válvula.
O controle analógico, por fim, utiliza uma válvula analógica e varia a intensidade do campo magnético aplicado à sua bobina.
A agulha ou êmbolo da válvula, pode então assumir (parar) posições intermediárias. Embora pareça ser ótima para precisão, gerar o sinal digital para o controle é mais complicado, fazendo com que a sua eficiência não seja tão boa.
Qual escolher: VET ou VEE?
A resposta para essa pergunta vem com aquele “depende da aplicação”.
Ambas possuem benefícios e malefícios que as colocam como melhores em determinadas situações.
Então, vamos resumir o que achamos:
Se você quer um sistema mais:
- Simples (sem integração com automação);
- Robusto;
- Combinada a boa eficiência energética;
- Menor custo inicial;
- Facilidade na manutenção;
- Menor complexidade de controle;
- “Pau para toda obra”;
Escolha a válvula termostática.
Mas, se o sistema apresenta:
- Variações frequentes de carga (exigem Controle de temperatura mais preciso);
- Múltiplos evaporadores;
- Requer dados de operação;
- Maior exigência da precisão (melhor controle da temperatura);
- Maior integração com a arquitetura de automação;
- Exigência quanto a operação com menor pressão de condensação (baixa temperatura ambiente);
- Maior controle de superaquecimento.
Opte pela válvula eletrônica.
Conclusão
Bem resumidamente, este texto deixa explícito que não há uma tecnologia mais sofisticada que outra, mas a seleção pela válvula termostática depende do quanto de controle você deseja ter na sua aplicação, bem como a confiabilidade, eficiência e facilidade na manutenção.
