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Dispositivos de Expansão

1. Tubo Capilar2. Válvula de Expansão

Tipos:

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Tubo Capilar

� Normalmente aplicados em sistemas de refrigeração de pequeno porte

� Tem duas finalidades

� Reduzir a pressão do refrigerante líquido� Regular a quantidade (vazão) da mistura líquido/gás que entrará no evaporador

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Tubo Capilar

�A redução de pressão deve-se à fricção do gás no interior do capilar

�Quanto maior a fricção maior será a diferença de pressões (condensação → evaporação)

�Um aumento na fricção pode ser obtido com aumento no comprimento e/ou diminuição no diâmetro interno do capilar

�Umidade, resíduos sólidos ou o estrangulamento do componente� Podem ocasionar obstrução parcial ou total na passagem do refrigerante através do capilar� Prejudicam o desempenho do equipamento

�Principal vantagem� Mesmo com a parada do compressor, o refrigerante continua fluindo através do capilar até a equalização das pressões do lado de alta e de baixa, permitindo a utilização de motor com torque normal de partida

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Tubo CapilarR-22�Temp Condensação: 54°c�Comprimento de TC (Capilar e Sucção): 1,2m

Capacidade(BTU/h)

Temperatura de Evaporação (°C)

+7,2 -6,7

L (m) Dint (mm) L (m) Dint (mm)

1400 – 1600- - 5,0

4,61,01,0

1600 – 1800- - 4,5

3,91,01,0

1800 – 2000- - 3,6

3,01,01,0

2000 – 30003,64,2

1,01,2

2,83,5

1,01,2

3000 – 40004,02,3

1,21,2

3,35,4

1,21,5

4000 – 50002,13,6

1,21,5

5,23,2

1,51,5

5

Tubo CapilarR-22�Temp Condensação: 54°c�Comprimento de TC (Capilar e Sucção): 1,2m

Capacidade(BTU/h)

Temperatura de Evaporação (°C)

+7,2 -6,7

L (m) Dint (mm) L (m) Dint (mm)

5000 – 60003,42,4

1,51,5

3,02,1

1,51,5

7000 3,9 1,8 3,3 1,8

8000 2,4 1,8 3,4 2,0

9000 3,3 2,0 - -

10000 2,4 2,0 - -

12000 3,6 2,2 - -

14000 2,2 2,2 - -

16000 3,0 2,5 - -

18000 2,1 2,5 - -

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Válvula de Expansão

� É um dispositivo que tem a função de controlador de maneira precisa a quantidade de refrigerante que penetra no evaporador.

� Os principais tipos de V.E.

�Válvula Manual�Válvula Automática�Válvula de Bóia�Válvula Elétrica/Eletrônica�Válvula Termostática

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Válvula de Expansão Manual

�A quantidade de refrigerante que passa através do orifício da válvula depende da abertura da válvula que é ajustável manualmente

� Vantagem: simplicidade e baixo custo

� Utilizada como válvula de “bypass” (desvio), paralelamente às válvulas automáticas, para assegurar o funcionamento do sistema em caso de falha destas

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Válvula de Expansão Automática

(Pressostática)�Destinam a manter uma pressão de sucção maior e constante no evaporador, independente das

variações de carga de calor

� De funcionamento muito preciso

� Mantém praticamente constante a temperatura do evaporador

� Emprega-se em sistemas em que as cargas são relativamente constantes e em sistemas com

uma única serpentina de evaporador.

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Válvula de Expansão de Bóia

� Mantém o líquido no evaporador a um nível predeterminado

� Oferece um controle muito bom

� Mantém o nível adequado de refrigerante independentemente de variações de carga, períodos

sem carga, condições da carga e outras variáveis de operação

� Devem ser escolhidas em função do refrigerante específico que vai ser usado, devido à

diferença de densidade entre os diversos refrigerantes

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Válvula de Expansão Eletrônica

� Regulam o fluxo de refrigerante por meio de um microprocessador

� Microprocessador controla superaquecimento por meio de termistor e transdutor

� O líquido refrigerante entra a alta pressão pela parte inferior da válvula passando por uma

série de orifícios calibrados

� Uma bucha deslizante abre ou fecha os orifícios, modificando a área de passagem

� Um motor de passo controla a bucha deslizante

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Válvula de Expansão Termostática

(TEV)� É uma válvula de expansão automática

�Tem um dispositivo que corrige a quantidade de líquido a ser evaporado na serpentina

� A quantidade de líquido corresponde sempre à carga no evaporador

� A força necessária para o seu acionamento é obtida do superaquecimentodo estado gasoso do refrigerante no evaporador por meio de um sensor de temperatura

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Superaquecimento e Subresfriamento

x = 1,0 (vapor saturado)

1

23

4

x = 0,0 (líquido saturado)

� 100% líquido

� 0 % vapor

� t = 40 ºC

� 100% vapor

� 0 % líquido

� t = -30 ºC

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Superaquecimento e Subresfriamento

1´

2´3´

4´

Superaquecimento

Subresfriamento

• garante a entrada de líquido na Válvula Expansão

• melhora o rendimento do ciclo (aumenta ∆h)

• garante a entrada de vapor no Compressor

• melhora o rendimento do ciclo (aumenta ∆h)

vapor superaquecido

� 100% vapor

� t = 0 ºC

Líquido Subresfriado

� 100% líquido

� t = 30 ºC

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Superaquecimento e Subresfriamento

Como se faz?

� Colocando em contato parte da linha de líquido com a linha de sucção

� Inserindo um trocador de calor intermediário

Refrigerante LÍQUIDO (quente)

Refrigerante VAPOR (frio)

calor

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Válvula de Expansão Termostática

TIPOS:

• De equalizador interno

• De equalizador externo

Válvulas de Expansão Termostáticas

Válvulas de expansão termostáticas

• A principal finalidade deste dispositivo é proporcionar a redução da pressão do fluido refrigerante e controlar o fluxo de massa que entra no evaporador, mantendo um superaquecimento constante independentemente das condições do sistema, evitando assim a entrada de líquido no compressor.

Princípio de funcionamento

• O funcionamento da válvula depende da pressão do evaporadore da pressão de comando do bulbo termostático.

• O bulbo termostático deve ser instalado na saída do evaporador, em contato térmico com a tubulação de sucção, de modo a captar continuamente a temperatura do fluido refrigerante que sai do evaporador.

Princípio de funcionamento

Tipos de válvulas

Geralmente, em sistemas de condicionamento de ar podemos ter dois tipos de válvulas de expansão termostáticas:

• Válvulas de expansão termostáticas de equalização interna - estas são mais adequadas para instalações com um ou mais evaporadores com pequena perda de carga.

• Válvula de equalização externa - estas são mais empregadas em sistemas com um ou mais evaporadores de injeção simples ou múltipla, com alta perda de carga.

VET Equalização Interna

VET Equalização Externa

Cuidados na instalação

• Bulbo termostático:

1. Deverá ser fixado na saída do evaporador;2. Preso por braçadeiras sobre uma superfície limpa e plana;3. Deverá estar fora das correntes de ar e ser isolado; 4. Ser instalado na saída do coletor que contém a tubulação de sucção,

quando a válvula atender a mais de um evaporador;5. Cuidar para não instalar o bulbo após o intercambiador de calor, quando

existir; 6. Deve ser sempre instalado na parte horizontal da tubulação, evitando-se

colocar em curvas, ou na vertical.7. Gás utilizado (bulbo) = mesmo do circuito de refrigeração

Cuidados na instalação

• Equalizador Externo:

1. Instalar o equalizador após o bulbo termostático, a uma distancia aproximada de 10 a 20 cm;

2. Instalar o equalizador na saída do coletor que contém a tubulação de sucção, quando a válvula atender mais de um evaporador;

3. Cuidar para não instalar o equalizador externo após o intercambiadorde calor, quando este existir.

Identificação

• Uma válvula de expansão termostática com a seguinte identificação:

TAD - 3,0 - R12 - N• Significa:

� TAD - Válvula de expansão termostática com equalização interna;� 3,0 - capacidade nominal de 3,0 TR;� R12 - refrigerante CFC-12;� N - campo de aplicação normal ( temperatura de evaporação de -

30°C a + 10°C).

Seleção de Válvula Termostática

Para selecionar a Válvula Termostática de Expansão é necessário

combinar a capacidade (em toneladas de refrigeração) da Válvula

Termostática de Expansão com a capacidade do evaporador.

� O seguinte procedimento é recomendado:

• Verifique o refrigerante do sistema

• Determine a capacidade do evaporador nas condições de funcionamento

• Determine a temperatura do líquido refrigerante na entrada Válvula Termostática de Expansão

Seleção de Válvula Termostática

• Calcular a queda de pressão através da Válvula Termostática de Expansão subtraindo a pressão de sucção (lado de baixa) da pressão de condensação (lado de alta).

• Subtraia a queda de pressão do distribuidor, se existente. A diferença é a queda de pressão disponível para a Válvula Termostática de Expansão.

• Consulte a tabela de capacidade de expansão adequada no catálogo para o refrigerante correto à temperatura de evaporação da operação.

• Você terá que recalcular a capacidade utilizando a Tabela do Fator de Correção para a temperatura real do líquido se for diferente de 38°C, usada como padrão.

Exemplo

Considere CFC 12 circulando através do sistema ilustrado na figura.

Suponha que a pressão do fluido refrigerante no ponto 3 de 868kPa.O evaporador oferece uma perda de pressão de 50kPa.A válvula provoca uma perda de pressão de 600kPa. A pressão imposta pela mola é de 60kPa.

Qual o grau de superaquecimento na saída do evaporador quando se utiliza uma válvula de expansão termostática com equalizador interno de pressão?

Qual o grau de superaquecimento na saída do evaporador quando se utiliza uma válvula de expansão termostática com equalizador externo de pressão?

SoluçãoEqualização Interna

• Podemos calcular a pressão 4 da forma:

P1 = P3 –∆Pválvula– ∆Pserpentina= 868 - 600 - 50 = 218 kPa

Observe o balanço de pressões no diafragma da válvula com equalização interna de pressão.

No equilíbrio temos:• PB = PM + P4

SoluçãoEqualização Interna

• PB = PM + P4

PB = 60 + 268 = 328 kPa

• TB = Tsat(PB) = 1,9°C (Tabela de propriedades para R12)TB = T1 (em função da instalação)

Mas T• ∆T = T1 – Tsat(P1)

∆T = 1,9 – Tsat(218kPa) = 1,9 – (-10,2°C)= 12,1°°°°C

Segundo Dossat (576) o fluido no bulbo remoto é o refrigerante usado no sistema (com algumas excessões)

Condensador

EvaporadorVET

FR

FR

Bulbo

1

2 3

4

SoluçãoEqualização Externa

• Podemos calcular a pressão 4 da forma:

• PB = PM + P1

PB = 60 + 218 = 278kPa

• TB = Tsat(PB)= -3,1°C

• Como T1 = TB tem-se:

• ∆T = T1 – Tsat(P1) ∆T = -3,1 - (-10,2) = 7,1°°°°C

Nesse exemplo pode-se concluir que a válvula de expansão termostática com

equalização externa é a mais adequada, uma vez que mantém o grau de superaquecimento

dentro do que é considerado normal.

Condensador

EvaporadorVET

FR

FR

Bulbo

1

2 3

4