Válvulas de Expansión Electrónicas

Las válvulas de expansión electrónicas ya hace muchos años que existen y están extensamente probadas pero en estos últimos tiempos se han popularizado debido a las necesidades de este tipo de válvulas en sistemas de CO2 (R-744) y también debido a los cambios en los gases refrigerantes.

EXPANSIÓN ELECTRÓNICA. ¿QUÉ ES?

Como válvula de expansión electrónica entendemos a un conjunto de elementos que nos permiten controlar el flujo de entrada del refrigerante en un evaporador. Básicamente está compuesto de:

• Electroválvula de expansión. Puede ser de pulsos o de paso-a-paso.
• Sonda presión. Montada en la salida del evaporador. Puede ser una sonda electrónica con señal de 4-20mA o ratiométrica.
• Sonda recalentamiento. También montada en la salida del evaporador. Es una sonda de temperatura y suele ser NTC, PTC o PT100. Para un buén funcionamiento debe de ser de lectura rápida y estar en perfecto contacto con el tubo. Se recomienda instalarla con pasta térmica para un mejor contacto con el tubo.
• Driver o controlador. El cerebro del sistema es el driver de la válvula que analiza los datos de presión, temperatura y recalentamiento para ajustar la apertura de la electroválvula al valor óptimo de funcionamiento.

La válvula de expansión electrónica nos viene a substituir la ya conocida válvula de expansión termostática (VET) que tan buenos resultado ha dado pero la electrónica nos aporta un plus de eficiencia y mejoras en el rendimiento y funcionamiento de los equipos.

¿HACE LO MISMO QUE UNA TERMOSTÁTICA?

La válvula de expansión termostática de toda la vida ha funcionado, y funciona, muy bien. Es fácil de montar y fácil de regular. Y lo mejor de todo es que la montamos desde siempre y la conocemos perfectamente. La válvula electrónica nos aporta funcionalidades que la regulación mecánica es muy complicado, o imposible, de hacer como:

• Ajuste muy preciso del recalentamiento. Con una válvula termostática regulamos el recalentamiento y la válvula lo ajusta perfectamente cuando detecta la presión y temperatura a la salida del evaporador. Con la electrónica y un buen ajuste PID se puede ajustar muchísimo más el recalentamiento debido a que el driver puede ser capaz de anticipar la regulación. Incluso hay equipos como el Eliwell Domino Zero que puede ajustar sistema con el mínimo recalentamiento sin que salga refrigerante líquido del evaporador gracias a un algoritmo matemático.
  Gracias a que podemos reducir el recalentamiento, con una válvula de expansión electrónica conseguiremos ahorros de energía al mejor aprovechamiento del evaporador, aumentando el COP del circuito frigorífico.
• Posibilidad de regular el MOP. Existen válvulas termostáticas con un MOP prefijado pero estas válvulas no suelen estar en stock en los distribuidores y normalmente siempre son bajo pedido. Pero la válvula electrónica es la misma y simplemente la opción de regular el MOP, o no, es un parámetro ajustable desde el driver. Además se puede ajustar al valor que queramos, no como en la termostática que es fijo.
• Posibilidad de aumentar la evaporación y bajar la condensación en una central frigorífica. Gracias a las características de la válvula electrónica y debido a la mejora del ajuste del recalentamiento, será posible aumentar la presión de evaporación de un sistema con central frigorífica, pero también, debido a su diseño, será posible reducir muchísimo la presión de condensación en sistemas que lo permitan, puesto que para su funcionamiento no necesita una gran presión diferencial. Es por esto que está muy aconsejada en sistemas de condensación en cascada.
• Facil cambio de refrigerante. Si tenemos una instalación con válvulas termostáticas y donde queremos cambiar el gas refrigerante, deberemos cambiar todas las válvulas debido a que la termostática está diseñada para un solo refrigerante. En una válvula de expansión termostática, la parte "mecánica" sirve para todos los gases refrigerantes compatibles y el cambio de gas refrigerante se modifica en el driver. Por lo tanto, para cambiar el gas refrigerante de una válvula electrónica solo debemos mirar si el driver acepta el nuevo fluido.
• Ajuste desde fuera de la cámara. Parece una tontería pero hay veces que para ajustar una válvula de expansión termostática debes de desmontar piezas del evaporador para acceder a la válvula o te la encuentras en sitios muy inaccesibles. En cambio la válvula electrónica se ajusta desde el driver que normalmente estará montado en el cuadro eléctrico y de fácil acceso. El operario tampoco padecerá las bajas temperaturas de la cámara cuando regule un sistema.

Debido a todas estas ventajas, en muchos sistemas frigoríficos es preferible el montaje de una Válvula de Expansión Electrónica gracias a las ventajas que nos aporta y sobre todo a la mejora del rendimiento que tendremos.

MONTAJE

Para su montaje debemos de pensar como si montásemos una válvula de expansión termostática:

• La Electroválvula de expansión la montaremos en la entrada del evaporador, justo antes del distribuidor. Aunque los fabricantes dicen que se pueden montar en cualquier posición, yo soy partidario de montar la electroválvula con el flujo vertical, directamente al distribuidor y sin ninguna curva entre la válvula y el distribuidor. Tendremos en cuenta que la bobina eléctrica no pueda mojarse.
• La sonda de presión la montaremos justo a la salida del evaporador, antes del sifón. Para evitar acumulaciones de aceite en la toma, el pinchazo lo haremos en la parte superior del tubo y es muy aconsejable montar una válvula de corte manual para cerrar la sonda en las operaciones de pruebas de presión donde la presión de prueba será muy superior al valor de la sonda y con esto evitaremos que se estropee. También nos ayudará en tareas de mantenimiento donde no tendremos que vaciar el circuito para desmontarla.
• La sonda de recalentamiento la montaremos justo al lado del pinchazo de la sonda de presión. A la salida del evaporador, antes del sifón y es indiferente si la montamos antes o después del pinchazo. La colocación será como si fuese el bulbo de la termostática y la montaremos en una posición como de las 4 del reloj en tubos hasta 1 1/8" y a las 5 del reloj en tubos de 1 3/8· a 2 5/8·.

TIPOS

Básicamente existen 2 tipos de válvulas:

• Válvulas de pulsos. Son similares a una válvula de solenoide pero adaptada para un funcionamiento a pulsos con una bobina especial para este uso. En el interior de la válvula hay un orificio calibrado para restringir el paso del refrigerante. Este orificio será el que nos limitará la potencia frigorífica de la válvula.
  Este tipo de válvulas son las que tienen el funcionamiento más simple, puesto que son todo-nada y además el precio de la válvula es más ajustado.
  Debido al carácter pulsante de su funcionamiento, producen unos continuos golpes de ariete en la línea de líquido con lo que hay que tener especial cuidado con la sujeción de este tubo. Para minimizar los golpes de ariete hay que dimensionar correctamente tanto la línea de líquido como la capacidad de la válvula.
  Con la instalación de este tipo de válvula nos ahorraremos la instalación de la válvula de expansión termostática y de la electroválvula de líquido, puesto que esta válvula de expansión electrónica nos hace estas dos funciones. En caso de corte de tensión, se queda cerrada.
  La válvula de pulsos nos la encontraremos básicamente en sistemas de poca potencia.
  

  

• Válvulas paso a paso PWM. Para describirlas digamos que son como una válvula manual de bola con un motor encima que gira en dos direcciones para abrir y cerrar. Incorporan un cabezal motor PWM que se puede abrir proporcionalmente a la capacidad requerida.
  Al ser proporcional el paso de refrigerante nos proporciona una regulación más fina, sin pulsos y esta válvula es la que encontraremos mayoritariamente en potencias grandes.
  El hecho de funcionar continuamente el motor interno de la válvula provoca un desgaste en su mecanismo y nos obligará a hacer revisiones periódicas para comprobar que el funcionamiento es óptimo y en caso contrario se tendrá de substituir.
  Al quedarse sin tensión, la válvula se queda en la posición en que estaba con lo que para evitar inundaciones de líquido en los evaporadores hay que tomar una de las siguientes medidas:
  
  1. Montar un solenoide antes de la válvula. Este solenoide se automatizará de forma que siempre abra antes que la válvula de expansión y siempre cierre después de la válvula de expansión. No es aconsejable este método para sistemas de CO₂.
  2. Montar unas baterías en el driver electrónico. Con estas baterías, si el driver se queda sin alimentación nos cerrará la válvula automáticamente. Este método es mejor porque evita el problema de que se nos quede líquido encerrado entre el solenoide y la válvula de expansión.

El driver para una válvula de pulsos no es válido para una de paso-a-paso y viceversa.

¿ES MÁS CARA LA ELECTRÓNICA QUE LA TERMOSTÁTICA?

Si y no. Todo dependerá del prisma desde que lo miremos.

Si miramos el coste de instalación de una nueva, la mayor parte de veces será más cara una electrónica que una termostática, aunque nos encontraremos que algunas válvulas de pulsos resultaran más baratas.

Las válvulas de paso-a-paso suelen tener un precio mayor y debido a que para evitar inundaciones de líquido en el evaporador en caso de fallo de tensión tendremos que adoptar medidas como el montaje de un solenoide o unas baterías, este tipo de válvula suele valer más dinero, pero las válvulas de pulsos nos ahorrarán el montaje del solenoide y si le sumamos que muchas veces montaremos un driver integrado con el propio termostato, hay veces que nos saldrá más barata una válvula electrónica a pulsos que una termostática con su solenoide.

Pero lo que realmente debemos de mirar es la mejora en el rendimiento que tendremos y que nos ahorrará dinero desde el mismo momento en que la pongamos en marcha y durante toda su vida útil. Primero un ahorro por el tema del aumento del COP general debido a una mejora en el rendimiento del evaporador, aumento del rendimiento de los compresores debido a poder evaporar más arriba y condensar más abajo. A esto le debemos de sumar que el evaporador nos hará menos escarcha y los desescarches durarán menos.

Es por esto que si contemplamos todas las variables, una válvula de expansión electrónica, a la larga sale más barata que un sistema mecánico con termostáticas.

COMO SE REGULA UNA VÁLVULA DE EXPANSIÓN ELECTRÓNICA

Normalmente nos vendrá un driver preconfigurado con los parámetros más usuales para el funcionamiento estandar y al poner en marcha la nueva válvula tendremos que revisar:

• La correcta configuración de la sonda de temperatura. En el driver tendremos que indicarle el tipo de sonda (PTC, NTC, etc)
• La correcta configuración de la sonda de presión. Configurar los valores de presión y el tipo de sonda.
• El gas refrigerante utilizado en el sistema.
• El recalentamiento.

En principio no hace falta más para ponerla en marcha. Lo que vamos a regular es simplemente el recalentamiento y solo un parámetro és el que tocaremos. Es verdad que hay más parámetros pero son los relativos a las funcionalidades "extra" del driver y que si no los utilizamos ni los tocaremos y con esto quiero decir que el ajuste es simple y rápido. Como todo ajuste de válvula de expansión, se debe de hacer con paciencia y observando el sistema para evitar de que un mal ajuste nos provoque un golpe de líquido en el compresor o un mal riego de refrigerante en el evaporador, pero esto lo dejaremos para otro artículo!

MARCAS QUE HAY EN EL MERCADO

En el mercado encontraremos que casi todos los fabricantes de electrónicas específicas para refrigeración tienen un driver para válvula de expansión electrónica. En cuanto a la válvula propiamente dicha, hay fabricantes de válvulas que las fabrican para los de la electrónica para que tengan la gama de producto completa.

Las más usuales que nos encontraremos seran Danfoss, Eliwell, Alco / Emerson, Castel y Sanhua. Esta última muy implantada en aire acondicionado.

PROBLEMAS CON LOS QUE ME HE ENCONTRADO

Primero que todo tengo que aclarar que he tocado, manipulado o ajustado pocas válvulas de expansión electrónicas. La primera que toqué fue una Danfoss a pulsos hará unos 15 años. A partir de entonces he probado las Carel, Eliwell i Alco con unos resultados similares en todas. Básicamente la diferencia está en la electrónica donde te puedes encontrar con algún driver que no tiene en su programa el gas refrigerante que utilizas u otros drivers con una configuración muy extensa, pero complicada de ajustar.

Este resumen que haré será de mi experiencia en este campo y espero que sirva para los que empiecen a tocar este tipo de válvulas.

1. Dificultad en conectar la sonda de presión. Cuando compras un sistema completo te viene la electroválvula, el driver y sus sondas pero hay veces que no te viene el manual o el manual es muy escaso. Cuando la sonda de presión es de 4-10mA solo tienes dos cables y no hay muchas opciones de conexión, pero si tienes una Ratiométrica, que tiene 3 cables, la cosa cambia y más si en el manual te dice que tienes que conectar los cables rojo, negro y amarillo y en la sonda te vienen el azul, gris y verde. Este problema me lo encontré hace poco y para no palos de ciego llamé al fabricante que me lo aclaró rápidamente. 
   Creo que aquí los fabricantes deberían de unificar colores para evitar estos inconvenientes.
2. Dificultad en seleccionar la válvula. Hay fabricantes, como Danfoss, que tienen APP's o programas para la correcta selección de sus válvulas pero hay otros que no encuentras nada, o solo una pequeña tabla con 2 o 3 gases. 
   Esto me pasó una vez que quería una válvula para R-513A y en las tablas del fabricante el más parecido era el R-13a con lo que utilicé este gas para la selección de la válvula. 
   Una vez en marcha, la válvula era pequeña y tuve que cambiar el orificio por uno de mayor.
   Recomiendo que antes de seleccionar una válvula, que te pongas en contacto con el fabricante para acertar con la selección.
3. Poca rapidez en la lectura de las sondas. En un mueble frigorífico con R-290 y válvula paso-a-paso, con una carga inferior a 150gr de gas refrigerante, me encontré que al ponerse en marcha el compresor, bajaba de golpe la presión de aspiración y la sonda de presión no era tan rápida como para decirle a la válvula que se abriese con lo que el compresor me paraba por baja.
   Hablado con el fabricante del Driver y la válvula, me comentó que el problema era la tan poca carga de gas refrigerante que había en el circuito y que se necesitaba un poco más de inercia para que esto no pasase. Yo me lo creo, pero también he de decir que el mismo fabricante tiene otro mdelo de driver que montado en el mismo mueble frigorífico no me daba este problema.
   Es por esto que la precisión de la regulación está en escoger un buen driver.
4. Suciedad en la válvula. Esto no es nuevo porque también nos la podemos encontrar en las termostáticas de toda la vida. Pero el problema está en que según que tipo de suciedad tengamos, se nos puede estropear la válvula.
   Con una válvula paso-a-paso de una instalación industrial, me encontré que había una viruta de cobre (procedente de una mala praxis en el montaje) que se encalló en el medio de la válvula. Esta, al intentar cerrar no podía al tener esa viruta, y la viruta dañó el asiento de la válvula con lo que tuve que cambiarla.
   Es por esto que recomiendo que mires si la válvula que vayas a montar lleva un filtro de partículas. Hay válvulas que lo llevan como las PXV de Eliwell, pero las EX de Alco no llevan ningún filtro. En todos los casos recomiendo montar un filtro de partículas o deshidratador en la entrada de la válvula pero si lo encuentro obligatorio en los casos en que la válvula no lleve filtro de partículas.
5. Mala lectura de la sonda de recalentamiento. Tal y como he comentado, la sonda de recalentamiento debe de estar en perfecto contacto con el tubo de aspiración y mejor montar pasta térmica para evitar falsas lecturas.
   Lo ideal es atar la sonda con una brida metálica con el tubo y en la posición que he dicho anteriormente.
   Una sonda mal colocada nos puede dar un quebradero de cabeza.
6. Mala regulación del PID. Aquí es donde puedo decir que son palabras mayores. Ya he dicho anteriormente que los Drivers vienen preconfigurados y solo tendrás que regular el recalentamiento y ya está. El problema viene cuando la válvula no regula correctamente como por ejemplo que abre y cierra muy rápido o muy lento, provocando desajustes en el circuito frigorífico. 
   Si la tienes montada en un evaporador con una central frigorífica, puede ser que no te des ni cuenta del mal funcionamiento pero si está montada en un circuito unitario puedes tener arranques y paradas del compresor que no te explicas.
   Si te encuentras con este problema y no dominas la regulación PID, llama al fabricante que te aconsejará como regularlo.
   A mí me ha pasado y tuve que llamar. Con los consejos que me dieron pude ajustar perfectamente el PID y el sistema se volvió estable y funcionando perfectamente.