É fato que o controle sobre as grandezas físicas de processos, como a temperatura e a pressão, em conjunto das propriedades físicas de interesse provenientes do material ou do fluido de trabalho utilizado, possibilitam transformações diversas na matéria prima.
Além disso, sabe-se que essas propriedades físicas dos fluidos, funções da mudança de grandezas físicas de processo, são adquiridas exatamente através dos equipamentos que propõem essa mudança.
Na verdade, o controle das grandezas físicas para obter as propriedades físicas da matéria, por meio de equipamentos e dispositivos, acaba sendo um resumo enxuto dos mais diversos processos industriais.
Em outras palavras, diversos equipamentos são utilizados para quebrar, por etapas, a matéria, transformando-as (sólido, líquido ou gás), até que se torne um produto nas condições desejadas.
Na refrigeração industrial, por exemplo, os diferentes fluidos refrigerantes (ou frigoríficos) se alternam de acordo com as diferentes especificidades de projeto, mas a intenção do sistema é única: utilizá-lo para resfriar algo (sólido, líquido ou gás, mesmo que ambiente).
E, assim como dissemos, isso é possível graças aos diversos equipamentos utilizados no sistema de refrigeração, os quais modificam as grandezas físicas e, consequentemente, o estado físico do fluido refrigerante, até que o mesmo seja útil para a sua proposta.
Neste contexto, apresentaremos um importante dispositivo presente nos sistemas de refrigeração e que possui também a função de modificar as grandezas físicas do refrigerante, assim como alguns outros.
Vamos falar sobre o dispositivo de expansão.
Apesar de comum, muitas pessoas denominam este dispositivo apenas como “válvula de expansão”, o que não é fiel aos outros dispositivos de expansão de refrigerante existentes.
Por isso, além de apresentarmos o que é este dispositivo e qual a sua função, queremos que você conheça também os diferentes dispositivos de expansão na refrigeração industrial.
Conteúdos
O que são os dispositivos de expansão
Pode-se dizer que os dispositivos de expansão são apetrechos que desempenham um papel crucial nos sistemas de refrigeração.
O que faz parte do conhecimento “comum”, é que esse dispositivo faz com que a pressão de condensação seja reduzida até a pressão de vaporização (ajustando as condições do fluido refrigerante para entrar no evaporador).
No entanto, é relevante lembrar que os dispositivos de expansão também regulam a vazão de refrigerante que chega até o evaporador.
Caso essa última função não fosse satisfeita, a carga térmica aplicada ao evaporador seria insuficiente ou demasiada e esses dois extremos são desinteressantes para o sistema e para o foco a ser refrigerado.
Conheça os principais tipos de dispositivos de expansão
A partir de agora, apresentaremos os principais dispositivos de expansão, com o propósito de fazer com que você entenda como o tipo desse dispositivo pode variar de sistema para sistema.
Válvulas de Bóia
Utilizada no evaporador ou no separador de líquido, a válvula de bóia é responsável por fazer com que o nível de líquido nesses equipamentos seja constante.
Além disso, a válvula de bóia pode ser de baixa ou alta pressão, sendo que:
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Válvulas de bóia de Baixa Pressão
Essa válvula é frequentemente utilizada em evaporadores ou serpentinas inundados.
Acerca da sua construção, a válvula possui um componente chamado “flutuador”, o qual se move para baixo caso o nível de líquido do evaporador caia. Este movimento é o suficiente para abrir a válvula e fazer com que mais refrigerante entre no evaporador.
Caso o evaporador tenha alta taxa de evaporação, a possível ocorrência de bolhas fará com que haja um falso nível de refrigerante aumentado e, para que isso seja evitado, o flutuador deve ser posicionado em uma posição adequada para que haja o controle correto do nível.
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Válvulas de bóia de Alta Pressão
Já as válvulas de bóia de alta pressão, são frequentemente utilizadas em sistemas de expansão seca ou evaporadores inundados.
Essas válvulas controlam indiretamente a vazão de refrigerante que é direcionada ao evaporador, mantendo também constante o nível de líquido, mas em uma câmara de alta pressão.
Essa câmara suporta uma pequena quantidade de fluido refrigerante, enquanto a outra parte é armazenada no evaporador.
Quanto às características físicas, a válvula de alta possui um componente chamado “agulha obturadora”, a qual está conectada ao flutuador. Assim, ao elevar o nível da câmara, a válvula será aberta e o fluido refrigerante será acrescentado ao evaporador.
E você quer um conselho? controle significativamente o nível do fluido, pois cargas excessivas faz com que o líquido seja aspirado pelo compressor e baixas cargas podem reduzir a capacidade do sistema.
Válvula de Expansão Termostática
Conhecida também como VET, essas válvulas são as mais utilizadas em sistemas de expansão direta, visto a sua grande adaptação a quaisquer tipos de sistemas e a sua eficiência.
As válvulas de expansão termostáticas, além de variar a grandeza física do fluido refrigerante, também regulam o fluxo de refrigerante que é direcionado ao evaporador.
Esse refrigerante é vaporizado à medida que o evaporador recebe calor e, no final do evaporador, o refrigerante apresenta um pequeno superaquecimento para aquela pressão de vaporização e em relação à essa temperatura de saturação.
Quanto à sua construção, podemos destacar o bulbo, mola, diafragma, parafuso de ajuste e corpo. O bulbo é conectado ao diafragma por meio de um tubo capilar e deve estar em contato com a tubulação da saída do evaporador.
Já a saída da VET deve estar conectada à entrada do evaporador.
Caso a diminuição da carga térmica ocorra, o superaquecimento na saída do evaporador diminui e provoca o fechamento da válvula, diminuindo a vazão de fluido refrigerante, provocando também uma diferença de pressão entre a saída e a entrada da válvula.
O contrário também ocorre, isto é, quando a carga térmica aumenta, mais refrigerante é vaporizado, inclusive o refrigerante saturado que está dentro do bulbo, e ocorre um aumento de pressão no interior do bulbo, o que move a agulha obturadora e libera o fluxo de refrigerante para o evaporador.
E você se lembra da mola que foi mencionada? Pois bem, a mesma serve para ajustar o grau de superaquecimento do vapor que deixa o evaporador.
O superaquecimento de abertura, por exemplo, diz sobre o superaquecimento necessário para que a válvula saia da posição completamente fechada para a completamente aberta, sendo que quando estiver completamente aberta, teremos a carga máxima do evaporador.
Válvula de Expansão Eletrônicas
Essas válvulas são conhecidas como válvulas microprocessadas ou válvulas elétricas e a sua função é a mesma que os outros dispositivos de expansão.
No entanto,o fato dessa ser tecnologicamente mais avançada, possibilita um controle mais preciso e eficiente do fluxo de refrigerante.
O acionamento da válvula pode ser por:
- Motor de passo: possibilita rotação contínua do seu eixo nas duas direções, em forma de frações de rotações. Acontece tudo bem discreto, visto as várias partições de rotações;
- Controle por pulso de largura modulada: utiliza-se válvulas solenoides que, apesar de trabalharem apenas on/off (totalmente aberta ou fechada), tem a largura de pulso ou duração de abertura controlada. O número de pulsos por segundo reduzirá ou aumentará a vazão do refrigerante em uma porcentagem da quantidade nominal;
- Analógicas: variam a intensidade do campo magnético aplicado à bobina, de forma que a agulha da válvula ou êmbolo sejam postas em posições intermediárias de abertura e fechamento. No entanto, a eficiência da abertura das válvulas não é tão boa quanto a do controle por pulso ou motor de passo.
Atenção: cuidado com o fechamento e a abertura repentina das válvulas, para que não causem golpes nas linhas que alimentam as válvulas, gerando vibração excessiva.
Para que isso seja evitado, utilize amortecimento para que o refrigerante seja forçado abaixo ou acima do êmbolo da válvula, para reduzir a abertura ou fechamento da válvula gradativamente.
Contudo, essas válvulas, se comparadas com a de expansão termostática, promovem um controle mais preciso da temperatura e mais consistente do superaquecimento, além de resultar em uma economia de energia e operar com menor pressão de condensação.
Válvula de Expansão Constante
Essa válvula tem esse nome por um propósito: a pressão em sua saída é constante, em função da carga térmica que inunda mais ou menos o vapor.
É importante utilizá-la em ocasiões em que a vaporização deve ser constante para controlar a umidade em câmaras frigoríficas ou evitar o congelamento em resfriadores de água, além de ter vantagens se utilizada para proteger o compressor contra a sobrecarga.
No entanto, a sua eficiência é relativamente baixa se comparada com outros dispositivos de controle de fluxo.
Apesar disso, não podemos deixar de falar sobre a sua construção. A pressão constante, característica desse tipo de dispositivo de expansão, faz com que duas forças opostas que pressionam o refrigerante no evaporador e também pressionam a mola.
A pressão do fluido sobre um lado do diafragma move a agulha na direção do fechamento da válvula, enquanto a pressão da mola age sobre o lado oposto do diafragma (abrindo a mesma).
Tubos Capilares
Na refrigeração, esses dispositivos são utilizados em geladeiras, freezers e outros sistemas de pequena capacidade.
A sua construção consiste em um tubo com um diâmetro que é conectado tanto na saída do condensador quanto na entrada do evaporador.
Já sua instalação exige alguns cuidados, como a presença de umidade e resíduos sólidos que obstruem a passagem de refrigerante, bem como o dobramento do tubo que pode causar a restrição.
Para evitar isso, utiliza-se um filtro antes do capilar, para que os resíduos sejam retidos.
A principal diferença do tubo capilar, se comparado com os outros dispositivos de expansão, vem por meio da sua não obstrução do refrigerante quando o compressor está desligado.
Então, com o compressor desligado, as pressões de alta e baixa são equalizadas pelo tubo e o líquido residual do condensador vai para o evaporador, o que pode causar o degelo no mesmo, caso esteja em temperatura de condensação.
O risco também ocorre caso o líquido passe do evaporador para o compressor, quando este for energizado.
Com isso, você consegue entender que a carga de refrigerante em tubos capilares é algo crítico? Então, nunca empregue um tubo capilar a um sistema que tenha um compressor aberto.
Por fim, foi possível entender as diferenças e as características dos diferentes dispositivos de expansão?
É evidente que esses dispositivos vêm com particularidades que os tornam uns mais eficientes e completos do que outros, mas é sempre importante também lembrar dos requisitos do seu projeto.
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O mesmo vale para adquirir dispositivos e equipamentos de boa qualidade para o seu sistema de refrigeração.
Abaixo, deixamos algumas amostras.
