A válvula de expansão termostática (VET) é um modelo de dispositivo de expansão largamente utilizado em sistemas de refrigeração e climatização, geralmente comercial e industrial.
O objetivo da VET é proporcionar uma queda de pressão e temperatura do fluido refrigerante sub-resfriado oriundo do condensador (entrada da VET) e controlar o fluxo de vazão em massa do fluido refrigerante que está a baixa pressão e baixa temperatura (saída da VET) no evaporador.
A circulação do fluido refrigerante nessas condições absorverá o calor do ambiente ou dos produtos refrigerados por meio da evaporação.
Como a VET funciona?
A VET “mede” a temperatura e, geralmente, a pressão no final da serpentina do evaporador com um bulbo e um tubo chamado de equalizador externo. O bulbo mede a temperatura e fornece uma força de abertura, ao passo que o equalizador mede a pressão e fornece uma força de fechamento.
Há também uma mola que pode ter uma tensão ajustável, responsável por fornecer força de fechamento adicional. Quando estão em sintonia, essas forças mantêm o superaquecimento do evaporador nos níveis recomendados de fábrica no final do evaporador. O trabalho da VET é manter o superaquecimento dentro de certos intervalos e condições operacionais.
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“Dependendo do evaporador, poderá ser aplicada uma VET com equalização interna ou externa. Quem determina a utilização da versão é o fabricante do evaporador, que, inclusive, em muitas vezes, já indica em seu próprio catálogo. Uma forma prática de saber qual é a VET a ser utilizada é verificar se há ponto de tomada de pressão de equalização no evaporador. Se houver, então é provável que deve utilizar uma VET com equalização externa”, explica o professor Anderson Oliveira, da escola paulistana Intac Treinamentos.
Segundo ele, a VET utiliza duas referências para controle do fluxo de massa do fluido refrigerante, sendo a temperatura no final do evaporador (sentida pelo bulbo termostático) e a pressão na saída do evaporador (sentido pelo tubo de equalização).
“No corpo da válvula há um parafuso de ajuste que fornece um grau de pressão de uma mola, que age como força de fechamento da VET”, diz.
Três forças, prossegue o técnico em refrigeração e ar condicionado, atuam simultaneamente numa VET, sendo:
P1 = Força de abertura pela expansão do gás contido no bulbo termostático;
P2 = Força de fechamento pela pressão da equalização no final do evaporador;
P3 = Força de fechamento pela pressão exercida no ajuste do parafuso (mola).
“Para que o sistema fique estável, é necessário a interação dessas forças, a fim de fazer com que o controle o fluxo do fluido refrigerante seja o mais eficaz possível, de forma a manter os níveis de superaquecimento dentro das condições de projeto”, detalha.
“Quando não se faz nenhum tipo de ajustes na VET, no geral ela sai com um valor de superaquecimento estático de 4 K (conforme dados da Sanhua), o que, em muitos casos, já é muito satisfatório. Com essas informações, considera-se que, além de proporcionar a queda de pressão e temperatura e manter o fluxo de massa do fluido refrigerante, a VET ainda mantém o superaquecimento útil em níveis aceitáveis para qualquer sistema”, acrescenta.
Como ela pode falhar?
Uma VET pode falhar quando estiver muito aberta ou muito fechada. Uma abertura exagerada também é conhecida como “superalimentação” e significa que o refrigerante em ebulição está sendo enviado muito além da serpentina do evaporador; a consequência disso seria um superaquecimento baixo.
Se a VET falhar no fechamento, pode-se dizer que está “subalimentada”, e implica que não há refrigerante em ebulição suficiente através serpentina do evaporador e o superaquecimento será muito alto na saída do evaporador.
Essas falhas podem acontecer e acontecem, mas geralmente são causadas por agentes contaminantes ou umidade no sistema que acabaram chegando à válvula, deixando-a imobilizada ou atrapalhando seu funcionamento.
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Outra causa de problemas é o desgaste no tubo do bulbo e um equalizador externo sem um depressor de núcleo instalado em uma porta equipada com um núcleo Schrader.
Quando uma válvula está superalimentando o sistema, a primeira coisa a ser verificada é o isolamento, posicionamento e a fixação do bulbo. Se não estiver detectando adequadamente a linha de sucção, isso pode fazer com que a válvula fique aberta demais.
“A abertura excessiva de VET pode inundar o evaporador de fluido refrigerante no estado líquido a baixa pressão, que será succionado pelo compressor, causando o que muitos profissionais chamam de golpe/retorno de líquido, que é o superaquecimento baixo. Nesse caso, a quebra mecânica do compressor é certa”, alerta.
“Já o fechamento em excesso acarretará numa perda de rendimento do sistema num aumento da temperatura a ser controlada e, consequentemente, o aquecimento do compressor (superaquecimento alto), caso em que o fluido é utilizado como resfriamento adicional do motor elétrico”, diz.
De acordo com o Oliveira, falhas de instalação também são muito comuns. “O próprio manuseio incorreto da válvula e, consequentemente, a quebra do bulbo termostático farão a válvula fechar, visto que o responsável pela força de abertura não está atuando de forma correta. Além disso, falta de vácuo, utilização de agentes contaminantes, falhas nos processos de brasagem (fuligem) e ausência de fixação e isolamento térmico do bulbo termostático são fatores que interferem diretamente no funcionamento da VET”, completa.
Por que os diagnósticos incorretos ocorrem com frequência?
As VETs geralmente levam a culpa em casos de baixo fluxo de ar ou carga no evaporador. Isso ocorre porque os técnicos encontram um sistema com baixa pressão de sucção e assumem que isso significa baixa carga de refrigerante.
Eles, então, irão começar a adicionar refrigerante e a VET responderá fechando-se ainda mais conforme a quantidade do composto aumenta. Irão notar que a sucção não está aumentando e concluirão que a VET apresenta uma falha. Isso acontece porque o refrigerista está se concentrando demais na pressão de sucção sem considerar outras leituras.
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“Imagine um evaporador de uma câmara bloqueado de gelo, uma baixa vazão de ar de insuflamento ou um condicionador de ar com filtro do retorno obstruído. Nesses casos, o diagnóstico também será pressão baixa. Mas para válvula isso é um superaquecimento baixo. Portanto, quanto mais fluido o técnico adicionar, mais a válvula fecha, pois, como mencionado há pouco, o controle do superaquecimento é função da VET”, diz Oliveira.
Qual é o jeito correto de diagnosticar uma VET?
Considerando que uma grande parcela dos profissionais de refrigeração aqui do Brasil tem mais conhecimentos práticos do que teóricos, vai aqui uma forma simples, prática e eficaz de diagnosticar se há defeito ou não na VET.
“Uma vez que, aparentemente, todos os cuidados de instalação foram tomados e que a capacidade da VET, bem como seu orifício, está compatível com o evaporador e, mesmo assim, constatado baixa pressão de evaporação pelo manifold logo na saída do evaporador, retire o bulbo termostático da VET e aqueça-o utilizando o calor do próprio corpo, ou seja, segure o bulbo com a mão por uns cinco minutos e perceberá que o ‘chiado’ característico de falta de fluido irá reduzir e, consequentemente, a pressão de baixa irá subir”, orienta.
“Com uma temperatura alta, o gás do bulbo se expande, faz força de abertura e a válvula alimenta o evaporador com mais fluido. Assim que você retirar a mão do bulbo e fixá-lo na saída do evaporador (agora mais frio), a válvula volta a se fechar e a pressão volta a cair. Se isso acontecer, a válvula está funcionando perfeitamente”, explica.
“Mas para que isso seja verdade, é necessária uma tubulação limpa internamente e a presença de sub-resfriamento, pois se na entrada da VET não houver fluido refrigerante sub-resfriado, o seu funcionamento também é afetado. Um sub-resfriamento aceitável fica em torno de 3 K”, diz.
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Segundo Oliveira, a utilização de um tanque de líquido também é aconselhado por qualquer fabricante quando se utiliza uma VET, pois na retomada do compressor, já haverá fluido refrigerante líquido no tanque abastecendo a válvula, enquanto que o condensador faz o seu papel de condensação e sub-resfriamento do restante da carga.
“Aquela prática de olhar o visor de líquido também funciona, pois por ele você pode diagnosticar, por exemplo, a falta de sub-resfriamento ou até mesmo uma obstrução de alguma válvula ou filtro antes do visor, desde que o condensador esteja funcionando 100%”, orienta.
As VETs realmente falham?
Eles podem falhar internamente, mas, na maioria das vezes, falham devido a uma entrada de ar bloqueada (se houver), agentes contaminantes que entram na válvula, perda de carga do cabeçote de alimentação, localização do bulbo e problemas de posicionamento e superaquecimento da válvula. Em aplicações de refrigeração comercial, pode-se substituir ou limpar a grelha e substituir o cabeçote, em vez de substituir a válvula inteira.
Por fim, antes do diagnóstico, o refrigerista precisa se assegurar de que suas ferramentas estão bem calibradas e funcionando, assim como checar se a pressão está sendo medida corretamente. Muitos diagnósticos incorretos ocorrem simplesmente porque uma válvula Schrader estava com defeito ou uma válvula de múltiplas vias havia quebrado.
Oliveira explica que “o simples erro no número do orifício pode subdimensionar ou superdimensionar a capacidade da VET. Instalações malfeitas (fixação, isolamento) e sujidade na tubulação fazem com que a ela apresente falhas no funcionamento”.
“A VET é um componente muito sensível e cada ‘ajuste’ que se faz em campo deve ser minucioso e o mais preciso possível, sem ter pressa, pois a resposta pode parecer lenta, mas é extremamente precisa, de acordo com o que o profissional deseja fazer. Na dúvida, sempre siga as instruções do fabricante”, arremata.
Confira, no vídeo abaixo, um teste prático realizado numa válvula de expansão instalada em câmara fria:
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