António Santos Engenheiro Mecânico Térmico antoniosantos90@gmail.com
RESUMO Uma instalação frigorífica para produzir frio apenas necessita de quatro componentes (evaporador, compressor, dispositivo de expansão e condensador), ligados por meio de uma tubagem com uma carga de fluido refrigerante. Outros dispositivos são usados para manter o funcionamento equilibrado da instalação, dentro das condições de segurança para o equipamento e operadores. As válvulas termostáticas são os dispositivos de expansão usados em equipamentos de frio, que trabalham por meio de um ciclo de compressão mecânica de vapores. Neste trabalho apresenta-se uma descrição genérica da sua constituição e do seu princípio de funcionamento, seguida das técnicas de instalação e de afinação normalmente usadas. Por fim descreve-se as principais avarias que podem ocorrer neste género de equipamentos.
DESCRIÇÃO As válvulas termostáticas são os dispositivos de expansão mais usados nas instalações que trabalham com evaporadores secos, onde na entrada destes permutadores existe uma mistura de líquido e vapor, e na saída o fluido encontra-se completamente vaporizado. Reduzem a pressão do fluido frigorífico, desde os valores de condensação aos valores de evaporação, e controlam o caudal que entra no evaporador. Isto permite regular a carga térmica que é absorvida no espaço frigorífico, em função das oscilações externas e internas das cargas de calor. São fabricadas com equalização externa, com uma dependência de um sinal de pressão no final do evaporador, e com uma equalização interna, onde o sinal vem do início do evaporador.
robótica 112, 3.o Trimestre de 2018
robótica
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artigo científico
Válvulas de expansão termostáticas
CONSTITUIÇÃO E FUNCIONAMENTO As válvulas sem equalização de pressão externa são constituídas por um corpo metálico e um elemento de trabalho termostático, com um bolbo e um capilar carregado com o mesmo fluido da instalação. Este permite o movimento de flexão necessário para a abertura e fecho da válvula. A equalização da pressão é feita de uma forma interior por meio de um buraco na própria válvula, que permite o contacto direto do fluido na saída da válvula com a parte inferior do diafragma. As ligações de entrada e saída da válvula podem ser de rosca ou de soldadura. O funcionamento é feito de acordo com a ação de três forças exercidas sobre o diafragma: uma pela pressão do bolbo, pb, que atua na parte superior; outra pela pressão do fluido a evaporar, po, que atua na parte inferior; e uma terceira, pela pressão da mola, ps, que também atua na parte inferior e é ajustada manualmente pelo parafuso de afinação. Todas estas forças interagem umas com as outras, deixando entrar, mais ou menos fluido de forma a manter um sobreaquecimento do fluido constante no final do evaporador (na ordem dos 3 a 7ºC).
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Figura 1. Válvula de expansão termostática, sem equalização externa de pressão. 1 - corpo de válvula; 2 - elemento termostático com diafragma; 3 - parafuso de afinação; 4 - bolbo com tubo capilar; 5 - buraco para equalização interna de pressão; 6 - orifício; 7 - filtro [4].
A força do bolbo é influenciada pelo sobreaquecimento na parte final do evaporador; a força da mola é um valor fixo imposto pelo parafuso de afinação; e a força do fluido depende do valor da temperatura de evaporação à saída da válvula. Numa situação de estabilidade, a pressão exercida pelo bolbo é igual à soma da mola mais a de evaporação à saída da válvula (pb=ps+po). Na situação de instabilidade com a variação da pressão do bolbo devido à variação do sobreaquecimento no final do evaporador a válvula tem duas respostas: uma em corte à passagem de fluido, quando a pressão diminuir devido à diminuição do sobreaquecimento; e outra em abertura, quando a pressão do bolbo aumentar devido ao aumento do sobreaquecimento. Por exemplo um evaporador com uma perda de carga de 5ºC [-15 - (-20) = 5ºC] numa situação de equilíbrio de pressões com, po=-15ºC e ps=4ºC, o sobreaquecimento deve ser de 9ºC para se obter no bolbo um valor, pb= -11ºC (-11= -15+4). Quando o sobreaquecimento subir a mais de 9ºC, a válvula tende a abrir e quando descer a válvula tende a fechar. Assim para uma determinada regulação no parafuso de afinação, é imposto um valor de sobreaquecimento de trabalho útil na válvula de expansão, ∆t. Este valor é mantido constante para a gama de temperaturas de evaporação de trabalho da válvula.
Figura 2. Esquema de funcionamento de uma válvula termostática sem equalização externa de pressão [4].