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Como funcionam as válvulas de expansão eletrónica Como funcionam as válvulas de expansão electrónicas? Neste artigo, discutiremos o funcionamento das válvulas de expansão electrónicas, abordando o princípio básico de funcionamento, onde localizá-las num sistema de refrigeração e por que motivo deve utilizá-las.
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Todos os sistemas AVAC/R podem beneficiar da série mais abrangente de válvulas de expansão electrónicas do mercado. O portfólio da Danfoss permite acompanhar as crescentes preocupações ambientais e os regulamentos mais rigorosos em matéria de emissões de CO2, permitindo simultaneamente poupanças de energia e reduções de custos significativas.
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As válvulas de expansão electrónicas são utilizadas em sistemas de refrigeração para controlar com precisão o fluxo de refrigerante para o evaporador.
- Unidades VRF
- Inverter mini splits
- Bombas de calor
- Refrigeradores
- Serpentinas AHU
etc.
Anteriormente, abordámos o funcionamento das válvulas de expansão térmica, que são muito comuns nos sistemas de refrigeração, mas não são nem de perto nem de longe tão eficientes ou precisas como uma válvula de expansão eletrónica. Se ainda não viu o vídeo sobre o seu funcionamento, recomendo vivamente que o faça clicando aqui
Válvula de expansão térmica vs. válvula de expansão eletrónica As válvulas de expansão electrónicas são uma evolução da válvula de expansão térmica. São muito mais sofisticadas e permitem que o sistema de refrigeração funcione de forma muito mais precisa e eficiente. Normalmente, as válvulas de expansão electrónicas são indicadas com a sigla EEV ou EXV. Ambas significam a mesma coisa, variando apenas consoante o fabricante.
Vantagens da utilização de uma válvula de expansão eletrónica
Existem muitos benefícios na utilização de uma válvula de expansão eletrónica e enumerei alguns dos principais no ecrã agora. No entanto, o foco é geralmente que, ao utilizar estas válvulas de expansão, irá reduzir o consumo de energia do sistema de refrigeração e obter um melhor desempenho.
- Controlo preciso
- Resposta rápida e precisa à mudança de carga
- Maior variação em carga parcial do que o TXV
- Mantém o controlo da capacidade máxima mesmo com cargas parciais
- Injecta exatamente a quantidade certa de refrigerante
- Poupanças de energia ~15%
Qual é o aspeto das válvulas de expansão electrónicas?
Exemplos de válvulas de expansão electrónicas A diferença de design depende do tipo de sistema, do refrigerante utilizado e das pressões com que trabalha. Como pode imaginar, uma pequena unidade de ar condicionado split não vai precisar da mesma válvula que uma aplicação industrial de alta pressão, pelo que o design éserão diferentes, embora o princípio básico de funcionamento seja essencialmente o mesmo.
Principais peças de uma válvula de expansão eletrónica
Como acabámos de ver, existem muitas concepções diferentes para as válvulas de expansão electrónicas. Vamos concentrar-nos numa conceção simplificada para construir o seu conhecimento de base. Esta conceção utiliza um motor passo a passo de ímanes permanentes. Na cabeça da válvula temos o corpo do motor passo a passo que contém as bobinas de cobre, que são utilizadas para gerar um campo eletromagnético que será utilizado para controlar a posição da válvula.
Este íman permanente é afetado pelo campo eletromagnético das bobinas e a mudança de polaridade do campo eletromagnético provoca a rotação do íman permanente.
Alguns modelos utilizam um conjunto de engrenagens entre o motor e o eixo, mas como estamos apenas a analisar um modelo simples, vamos optar por um eixo diretamente acoplado.
No eixo há uma rosca, esta rosca fica dentro de um suporte que está preso ao corpo da válvula. Na extremidade do eixo está a agulha da válvula. Depois temos a sede da válvula, na qual a agulha se move para dentro e para fora para fechar e abrir a válvula e controlar o fluxo de refrigerante.
Teremos também alguns sensores de temperatura e pressão para efetuar medições do refrigerante, a fim de calcular o superaquecimento, e estes serão ligados a um controlador. O controlador é depois ligado ao motor passo a passo e dir-lhe-á quanto deve abrir ou fechar.
Como funcionam as válvulas de expansão eletrónica
Animação do funcionamento do sistema de refrigeração Se olharmos para um sistema de refrigeração, podemos ver que as partes principais são o evaporador, o compressor, o condensador e a válvula de expansão. O evaporador recolhe todo o calor indesejado do edifício e transfere-o para o refrigerante, o que faz com que o refrigerante ferva e evapore.
O compressor aspira este refrigerante evaporado, que é um vapor de baixa pressão e baixa temperatura ligeiramente sobreaquecido, e depois comprime-o num volume mais pequeno, o que faz com que se torne um vapor sobreaquecido de alta pressão e alta temperatura.
O refrigerante desloca-se então para o condensador, onde o calor indesejado é retirado do refrigerante e rejeitado para a atmosfera. Isto faz com que o refrigerante se condense num líquido, pelo que, quando sai do condensador, será um líquido saturado de alta pressão e temperatura média. Passa então para a válvula de expansão.
A válvula de expansão provoca uma diferença de pressão entre o condensador e o evaporador, retém o líquido refrigerante de alta pressão e decide a quantidade a deixar passar para o evaporador.
Animação do funcionamento de uma válvula de expansão eletrónica À medida que o refrigerante líquido de alta pressão irrompe através do pequeno espaço entre a sede da válvula e a agulha, a pressão diminui, o que fará com que parte do refrigerante se vaporize e o restante continue como líquido.
Se quisermos visualizá-lo, é semelhante a um bico de pulverização de uma garrafa de água. Ao premirmos o gatilho, o líquido a alta pressão é forçado a passar através de um pequeno orifício para uma atmosfera de pressão muito mais baixa, o que faz com que a água se torne parte líquida e parte vapor.
Esta mistura de vapor de líquido refrigerante é pulverizada no evaporador, onde absorve o calor do ar ou da água que rodeia o exterior do tubo que forma a bobina do evaporador.
À medida que o refrigerante passa através da bobina do evaporador, é exposto a energia térmica que fará com que sofra uma mudança de fase completa de um líquido para um vapor saturado, ainda a uma pressão e temperatura baixas. Durante esta mudança, haverá pouca ou nenhuma mudança de temperatura devido ao calor latente e, em vez disso, aumentará a entropia e a entalpia. Como a energia térmica ainda está a seraplicada ao vapor em direção à saída do evaporador, não resta líquido para se transformar em gás, pelo que o refrigerante aumentará de temperatura e ficará sobreaquecido.
Como funciona uma válvula de expansão eletrónica - princípio de funcionamento Nem todas as válvulas de expansão eletrónica utilizam este método, depende do fabricante e do sistema, algumas simples utilizam um único termistor à saída do evaporador, outras utilizam dois termistores, um à entrada e outro à saídae depois utilizar o diferencial de temperatura como superaquecimento, mas vamos concentrar-nos no método da pressão e da temperatura neste exemplo, uma vez que é um método muito fiável e que provavelmente irá encontrar no mundo real.
A pressão é medida e convertida pelo controlador, utilizando dados armazenados para o refrigerante que está a ser utilizado no sistema para encontrar a temperatura de saturação, que é depois comparada com a medição da temperatura real, a diferença entre as duas é o superaquecimento de funcionamento. O controlador decide então se a válvula de expansão deve abrir para deixar entrar mais refrigerante no evaporador ou fechar parareduzir a quantidade de entrada.
Como funciona um motor passo a passo - animação de trabalho Uma vez decidido, o controlador envia então sinais eléctricos para o motor passo a passo das válvulas de expansão para energizar as bobinas e criar um campo eletromagnético e variar a sua polaridade, o que força o íman permanente a rodar no sentido dos ponteiros do relógio ou no sentido contrário, dependendo da polaridade gerada.ajustes exactos do sobreaquecimento.
O eixo que está ligado ao íman permanente também rodará e, ao fazê-lo, a secção roscada no interior do suporte fará com que o conjunto seja puxado para baixo. À medida que o conjunto é puxado para baixo, fará com que a agulha da válvula atinja a sede, reduzindo a folga entre elas e restringindo o fluxo de refrigerante.
Quando o sinal é enviado para abrir a válvula, o conjunto roda na direção oposta e a secção roscada puxa o conjunto para cima, o que abre a válvula e afasta a agulha da sede, permitindo o fluxo de mais refrigerante. O controlador está constantemente a efetuar medições de pressão e temperatura e a enviar sinais para ajustar a posição da válvula de acordo com a carga.
Quando a carga de arrefecimento aumenta, o refrigerante dentro do evaporador vai ferver muito mais rapidamente e a pressão e a temperatura da linha de sucção aumentam, a válvula de expansão detecta isto e abre-se para permitir a entrada de mais refrigerante.
Quando a carga de arrefecimento diminui, o refrigerante ferve mais lentamente e a pressão e a temperatura da linha de sucção diminuem, a válvula de expansão começa a fechar para permitir a entrada de menos refrigerante no evaporador e manter o superaquecimento correto.
