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Refrigeración comercial : Válvulas solenoide.

Válvulas de Tres Vías (Desviadoras)

Temas relacionados : ¿Qué es una Válvula de Solenoide?

Las válvulas de tres vías, tienen una conexión de entrada que es común a dos diferentes conexiones de salida, como la que se muestra en la figura 10. Las válvulas de tres vías son, básicamente, una combinación de la válvula de dos vías normalmente cerrada y de la válvula de dos vías normalmente abierta, en un solo cuerpo y con una sola bobina. La mayoría son del tipo "operadas por piloto". Estas válvulas controlan el flujo de refrigerante en dos líneas diferentes.

Figura 10 - Válvula de solenoide de tres vías típica.

Se usan principalmente en unidades de refrigeración comercial y en aire acondicionado, para recuperación de calor, para reducción de capacidad en los compresores y para deshielo con gas caliente, ya que están diseñadas para cumplir con los requerimientos en altas temperaturas y presiones que existen en el gas de descarga del compresor. Recuperación de Calor.- Las válvulas de solenoide utilizadas para recuperación de calor, están diseñadas, específicamente, par desviar el gas de descarga a un condensador auxiliar. Se instalan conectando la entrada común a la descarga del compresor. Las dos salidas van conectadas una al condensador normal, y la otra, al condensador auxiliar, como se muestra en las figuras 11 y 12. Como es una válvula operada por piloto, depende de la presión del gas refrigerante para deslizar el ensamble del pistón, y su operación, está gobernada por la posición del émbolo.

Figura 11 - Sistema de recuperación de calor, condensadores en serie.

Cuando la bobina solenoide es desenergizada (figuras 11A y 12A), la válvula opera de manera normal y el refrigerante es enviado al condensador normal. En la parte superior del ensamble del pistón, se tiene la presión de succión del compresor, la cual llega a través de la conexión piloto externa. La parte inferior está expuesta directamente a la presión de descarga, a través de la conexión de entrada. Esta diferencia de presiones sobre ambos lados del pistón lo desliza hacia arriba, cerrando el puerto hacia el condensador auxiliar, y abriendo el puerto hacia el condensador normal. Para desviar el gas hacia el condensador auxiliar, se energiza la bobina, con lo cual se levanta la aguja y se abre el orificio piloto (figuras 11B y 12B). De esta manera, se permite que el gas de descarga pase por el tubo capilar de ¼", hacia la parte superior del ensamble del pistón. Teniendo la misma presión arriba y abajo del pistón, un resorte arriba del pistón es el que ejerce la fuerza para deslizarlo hacia abajo. Así, se cierra el puerto hacia el condensador normal y se abre el puerto hacia el condensador auxiliar.

Figura 12 - Sistema de recuperación de calor, condensadores en paralelo.

Reducción de Capacidad del Compresor.

Comúnmente, la reducción de capacidad de un compresor, se lleva a cabo descargando el gas de los cilindros, durante los períodos de baja demanda, y desviándolo hacia la succión. Cuando están desenergizadas, el gas de descarga del compresor sigue su ciclo normal hacia el condensador. Cuando se energiza la bobina, el gas de la descarga es entonces desviado al lado de baja del sistema, reduciendo la capacidad. También, el gas de la descarga puede utilizarse para el deshielo del evaporador. Las válvulas de solenoide de tres vías que se utilizan para descargar los cilindros, como la que se muestra en la figura 13, generalmente son pequeñas, y se diseñan para montarse directamente sobre la cabeza del compresor.

Figura 13 - Válvula de solenoide de tres vías pequeña.

Deshielo con Gas Caliente.

En la figura 14 se muestra una válvula de tres vías como se usaría en un supermercado, en una aplicación para deshielo por gas caliente. En esta aplicación, la válvula se usa para admitir gas caliente hacia las líneas de succión. Cuando está desenergizada la bobina (A), el émbolo está cerrando el orificio piloto y está cerrada la línea piloto, permitiendo que se iguale la presión a través del pistón. La presión de descarga mantiene cerrado el puerto superior, y el flujo es del evaporador a la succión del compresor. Esta es la posición en que el sistema opera normalmente.

Figura 14 - Válvula de solenoide de tres vías para deshielo por gas caliente.

Cuando está energizada la bobina (B), se abre el puerto piloto y entra la presión de descarga a través de la línea piloto, creando un desbalance de presión suficiente para mover el pistón, cerrando el flujo del evaporador a la succión y desviando la carga hacia el evaporador. Entonces, el gas de alta presión fluye de la línea de descarga hacia el evaporador, aumentando la temperatura y presión dentro del evaporador y deshielando el serpentín.

Figura 15 - Válvula de solenoide de tres vías utilizada para mantener la VTE herméticamente cerrada durante los ciclos de paro del compresor.

Una válvula de solenoide de tres vías, como la que se muestra en la figura 15, se usa para mantener la válvula de termo expansión herméticamente cerrada, durante los ciclos de paro. Cuando el compresor está trabajando (A), la válvula de solenoide está energizada, el émbolo es accionado hacia arriba, cerrando el puerto que conecta a la alta presión. La presión de la línea de succión es transmitida a la válvula de termoexpansión, a través del tubo igualador. Cuando el compresor se detiene (B), la válvula de solenoide se desenergiza, el émbolo cae y cierra el puerto conectado a la línea de succión. El refrigerante de alta presión entra a la válvula de solenoide y pasa hacia la válvula de termoexpansión a través del tubo igualador, forzando el diafragma a subir, para así mantener cerrada la válvula de termoexpansión durante los ciclos de paro.

Ciclo de Calefacción

En la figura 17, el sistema está en el ciclo de calefacción, con el gas de descarga fluyendo a través de los puertos de la válvula reversible "D" a "2", haciendo que el serpentín interior funcione como condensador. El gas de succión fluye del serpentín exterior (evaporador), a través de los puertos de la válvula reversible "1"a "S", y de regreso al compresor. Con la válvula de solenoide piloto desenergizada, el pistón deslizante está posicionado, de tal forma, que conecta los puertos "D1" con "B", y "A" con "S1". Cuando el piloto está desenergizado, el gas de descarga de alta presión se acumula sobre la parte superior del deslizante principal. El otro extremo del deslizante principal, está aislado de la alta presión mediante un sello, y expuesto al gas de succión de baja presión. Así, la fuerza desbalanceada debida a la diferencia entre las presiones de descarga y succión, actuando sobre el área total del deslizante principal, mantiene a éste último en la posición "abajo", como se muestra en la figura 17.

Figura 17 - Ciclo de calefacción.

Ciclo de Enfriamiento

Cuando la bobina está energizada, el émbolo de la válvula de solenoide piloto se eleva, comunicando ahora los puertos "D1" con "A", y "B" con "S1". Con la solenoide piloto en esta posición, la presión de descarga impuesta sobre el otro extremo del deslizante principal, fluirá a través del solenoide piloto, hacia el lado de succión del sistema. En el extremo inferior del deslizante principal, se acumulará la alta presión del gas de descarga, de tal manera, que aumentará la presión. Nuevamente, la fuerza desbalanceada en esa dirección, se debe a la diferencia entre las presiones de succión y descarga, actuando sobre los extremos opuestos del deslizante principal. La fuerza desbalanceada mueve el deslizante principal a la posición "arriba", ilustrada en la figura 18, y el desbalance de fuerzas a través del área del deslizante principal lo mantiene en esa nueva posición. El sistema ha cambiado ahora el ciclo de enfriamiento, y el gas de descarga fluye a través de los puertos de la válvula reversible "D" a "1", haciendo que el serpentín exterior funcione como condensador, el gas de succión funcione a través de los puertos "2" a "S", y el serpentín interior es el evaporador.

Figura 18 - Ciclo de enfriamiento.

Aplicación de las Válvulas de Solenoide

El control automático de flujo de líquidos, tales como refrigerantes, salmuera o agua, depende en muchos casos del uso de válvulas de solenoide. Algunas de las principales aplicaciones en refrigeración de estos útiles dispositivos de control, además de las ya mencionadas, se describen y se ilustran a continuación, bajo los encabezados de "Prevención de Inundación del Compresor", "Control de Vacío (Pump Down)", "Descarga de Gas Caliente", "Control de Nivel de Líquido", "Válvulas de Solenoide para Succión" y "Válvulas de Solenoide Descargadoras".

Prevención de Inundación del Compresor

Probablemente la aplicación más común en refrigeración de una válvula de solenoide, es su uso como válvula de paso automática en la línea de líquido que alimenta un evaporador (figura 19). Aunque las válvulas de termo - expansión son producidas como dispositivos de cierre hermético, no se puede confiar en un cierre positivo, si la superficie de sus asientos están expuestas a polvo, humedad, corrosión o erosión. Además, si el bulbo remoto de una válvula de expansión está instalado en un sitio, donde durante los ciclos de paro puede ser afectado por una temperatura ambiente más alta que la del evaporador, la válvula puede abrir durante una parte del ciclo de paro y admitir el paso de líquido al evaporador. Una válvula de solenoide en la línea de líquido, conectada para cerrar cada que el compresor pare, evitará dicha fuga. En sistemas de evaporadores múltiples, se puede utilizar una sola válvula de solenoide en la línea de líquido principal, para evitar la inundación de refrigerante líquido. En esta aplicación, la válvula de solenoide se conecta de la misma manera, para que cierre cuando pare el compresor.

Figura 19 - Aplicación típica de una válvula de solenoide para línea de líquido.

Control de Vacío (Pump Down)

Una importante variación de la aplicación de la válvula de solenoide para la línea de líquido, es el ciclo de control de vacío, adaptable especialmente para instalaciones de aire acondicionado. El objetivo principal de este sistema de control, es evitar que durante los ciclos de paro, el refrigerante en el evaporador emigre hacia el compresor y diluya el aceite en el cárter. El arreglo se hace de tal forma, que la válvula de solenoide esté controlada por un termostato. Cuando el sistema alcanza la temperatura deseada, el termostato manda una señal y la válvula de solenoide cierra, pero el compresor continúa trabajando y de esta manera, remueve casi la totalidad del refrigerante en el evaporador (figura 20). Al disminuir la presión, un interruptor de baja presión detiene el compresor, pero este mismo interruptor no lo puede arrancar otra vez. Cuando el termostato reclama más enfriamiento, envía una señal a la válvula de solenoide para que abra, se eleva la presión de succión y el interruptor de baja presión arrancará de nuevo al compresor. Se puede utilizar un relevador para el arrancador del motor. Esto evitará que se acumule un exceso de líquido en el evaporador, entre el tiempo en que la válvula de solenoide abra y el compresor arranque.

Figura 20 - Aplicación de una Válvula de Solenoide para control de vacío (Pump Down).

Descarga de Gas Caliente

Si se instala una válvula de solenoide especial para gas caliente, en un desvío alrededor de uno o más cilindros del compresor, proporcionará un control de capacidad para el compresor. La válvula puede ser operada ya sea por un termostato o un interruptor de presión. Otra aplicación para las válvulas de solenoide en control de capacidad, es el uso de una válvula de tres vías en ciertos compresores. En este caso, la válvula de tres vías es un operador piloto del mecanismo de descarga, integrado en el compresor.

Control de Nivel de Líquido

Si desean usarse uno o más evaporadores del tipo inundado como un sistema múltiple "seco", se puede colocar una válvula de solenoide para líquido, seguida de una válvula de expansión manual. La línea de líquido conduce a un recipiente o tambor, en el cual el nivel de refrigerante líquido está controlado por un interruptor de flotador, como se muestra en la figura 21. La válvula de solenoide para líquido es accionada por el interruptor del flotador. Cuando el nivel del líquido baja a un nivel predeterminado, el interruptor abre la válvula. Al alcanzarse el nivel deseado, el interruptor cierra la válvula. También se puede obtener la acción inversa.

Figura 21 - Solenoide para alimentación de líquido.

Válvulas de Solenoide para Succión

Estas válvulas se usan con frecuencia cuando se requiere un aislamiento completo para el deshielo. También se utilizan para desviar la succión en instalaciones con dos o más unidades en serie, alimentadas por una válvula de termo expansión. Si la diferencia de temperaturas entre dos o más unidades refrigeradas es mayor de 7°C, se utiliza con frecuencia una válvula de solenoide para succión en la salida de la unidad menos fria, para evitar la condensación de refrigerante en la unidad más fría, durante el ciclo de paro. En un sistema múltiple, a falta de válvula de solenoide para succión en el serpentín inundado menos frío, la operación continua del compresor para enfriar la unidad más fría, puede vaciar la unidad menos fría haciendo que esta última se enfríe de más. Una buena práctica es usar una válvula check a la salida de la unidad más fría, para evitar la condensación de refrigerante en este serpentín, cuando la unidad menos fría ha estado operando bajo una carga alta con presión de succión alta.

Válvulas de Solenoide Descargadoras

Existen muchas instalaciones en donde es necesario arrancar el compresor descargado, a presiones de succión de arranque descomunalmente altas, a causa del motor que se utiliza, con el consabido alto consumo de energía. Las válvulas de solenoide para descargar compresores, se usan fácilmente en estas aplicaciones, instalándolas en una línea de desvío entre la descarga y la succión del compresor. La válvula se abre automáticamente cuando arranca el compresor, esto corta la carga en el arranque. Cuando el compresor alcanza su velocidad completa, la válvula de solenoide que descarga al compresor cierra y el compresor queda funcionando normalmente. La operación puede hacerse totalmente automática, mediante el uso de un relevador retardador de tiempo para cerrar la válvula, después que el compresor ha llegado a su velocidad máxima . En éste caso, la válvula de solenoide deberá conectarse en el lado de la línea del arrancador del motor, o en paralelo con el relevador de arranque del motor. Se requiere una válvula check en la línea de descarga.