O dimensionamento correto de componentes em sistemas de refrigeração é, sem sombra de dúvidas, um dos requisitos mais críticos que influencia a eficiência energética, o desempenho térmico e a durabilidade dos equipamentos. A válvula de expansão termostática, por exercer um papel fundamental no controle de injeção de fluido refrigerante no evaporador, deve ser corretamente selecionada, considerando: modelo e dimensões corretas.
Desta maneira, seu sistema de refrigeração fica um passo mais próximo de ter um compressor preservado e uma troca térmica maximizada e, também, um passo mais distante das falhas operacionais. Neste contexto, o presente artigo apresenta os fundamentos técnicos do dimensionamento desse elemento de expansão, além de abordar o seu funcionamento e até os aspectos que influenciam na sua seleção.
O que é uma válvula de expansão termostática?
A válvula de expansão termostática, mencionada na internet e na literatura como VET ou válvula TXV (Thermostatic Expansion Valve, no inglês), é um dispositivo bastante comum em sistemas de refrigeração por compressão com expansão seca.
Esse dispositivo está localizada antes do evaporador e o motivo é bem simples: ela controla o nível de fluido refrigerante que há de entrar nesse trocador de calor, possibilitando que apenas vapor superaquecido chegue até a entrada do compressor (que não pode aspirar líquido, diferente de uma bomba).
Além disso, é importante dizer que a válvula termostática opera de forma automática e mecânica, sem necessidade de alimentação elétrica, mas possivelmente utilizando um bulbo sensor posicionado na saída do evaporador.
Este sensor, por sua vez, tem a função de monitorar a temperatura local e regular a abertura da válvula com base na diferença entre a temperatura medida e a pressão de evaporação correspondente (em outras palavras, conhecido como superaquecimento).
Como dimensionar a válvula de expansão termostática
Agora que você já sabe o que é a válvula de expansão termostática e conhece a sua função, chegou a hora de explorarmos os aspectos que devem ser considerados no seu dimensionamento.
Escolha do fluido refrigerante
Primeiramente, vamos falar sobre a escolha do fluido refrigerante e da sua relevância na escolha da VET. Acontece que cada válvula de expansão termostática é projetada para funcionar de forma precisa com um determinado refrigerante, levando em conta a relação entre pressão e temperatura desse fluido. Mesmo que alguns gases apresentem curvas de saturação semelhantes e possam compartilhar da mesma linha de válvulas, como o R404A e o R507, outros requerem válvulas específicas, como é o caso do R134a em relação ao R404A. Então, tenha atenção: a seleção incorreta da válvula pode resultar tanto na presença de líquido no retorno do compressor quanto na subalimentação do evaporador.
Sub-resfriamento
O sub-resfriamento do líquido refrigerante é outro fator determinante no dimensionamento da válvula, uma vez que faz a diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura do líquido antes da válvula. Então, vamos à regra para este caso: quanto maior esse valor de diferença, menor deve ser a vazão volumétrica necessária, o que implica em válvulas menores.
Não entendeu? Então veja este exemplo: Se um sistema tem sub-resfriamento de 10K, ele pode requerer uma válvula 8% menor do que o mesmo sistema com apenas 4K. Especificamente falando, a redução da vazão necessária é consequência do aumento da diferença de entalpia, uma vez que diminui o fluxo de massa necessário para a mesma carga térmica. Por mais que este assunto pareça complexo, saiba que os fabricantes recorrem a tabelas para chegar nas decisões corretas.
Cálculo da diferença de pressão
Agora, vamos falar da importância da diferença de pressão diferencial entre a linha de líquido e a linha de sucção. Essa diferença, que pode ser obtida subtraindo a pressão de evaporação da pressão de condensação, deve ser ajustada com uma margem adicional de perda de carga, que geralmente é em torno de 1 bar. Neste caso, também são utilizadas tabelas de dimensionamento que apresentam as capacidades da válvula em função da temperatura de evaporação, da carga térmica e da perda de carga esperada. Um exemplo para tornar o aprendizado mais fácil? É pra já!
Suponha que o sistema de câmara fria de sua responsabilidade tem 7 kW de carga térmica, opera com R134a, evaporação a -10 ºC, condensação a 45°C e sub-resfriamento de 10K. Precisamos aplicar, primeiramente, o fator de correção referente ao sub-resfriamento, que neste caso é de 1,08. Lembre-se de dividir a carga térmica por esse valor, o que nos dá, neste caso, o resultado de 6,5 kW.
Agora, a diferença de pressão deve ser considerada. Com uma pressão de condensação de 10,6 bar subtraindo da pressão de evaporação, de 1 bar, e considerando a perda de 1 bar no distribuidor, temos 8,6 bar. A partir daí, meu amigo, utilize a tabela! Busque a tabela correspondente à queda de 8 bar, cruze os dados com a temperatura de -10 °C e encontre uma válvula que seja compatível com o refrigerante R134a.
Linha de líquido
Por fim, vamos considerar um aspecto que é frequentemente negligenciado no dimensionamento de válvulas: a configuração da linha de líquido. Em projetos, a velocidade do fluido nessa linha é controlada para evitar ruídos, cavitação e “gas flash”. Por isso, deve ser mantida em torno de 1 m/s.
Visto que linhas ascendentes e longas podem aumentar a perda de carga e consequentemente a formação de gás, considerar a linha de líquido no dimensionamento de válvulas torna-se essencial.
Afinal de contas, a presença de bolhas antes da válvula pode comprometer a sua capacidade de operação. Isso passa a fazer sentido quando lembramos que a válvula é dimensionada para trabalhar com líquido refrigerante 100% saturado. Mas, caso você queira evitar todo esse problema, simplesmente mantenha a válvula posicionada abaixo do condensador ou do reservatório de líquido, especialmente em sistemas com linhas de líquido descendentes.
