Qual è il principio di funzionamento di una valvola di espansione termica?

Ehilà! Come fornitore di valvole, spesso mi viene chiesto qual è il principio di funzionamento di una valvola di espansione termica. Quindi, ho pensato di analizzarlo in questo post del blog.

Cominciamo dalle basi. Una valvola di espansione termica, spesso abbreviata in TXV o TEV, è un componente cruciale nei sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria. Il suo compito principale è regolare la quantità di refrigerante che fluisce nella serpentina dell'evaporatore. Perché è così importante? Ebbene, se la giusta quantità di refrigerante non raggiunge l'evaporatore, il sistema non si raffredderà o non si riscalderà in modo efficace.

Come tutto inizia

In un sistema di refrigerazione o AC, il refrigerante passa attraverso un ciclo. Inizia come un liquido ad alta pressione e alta temperatura quando lascia il condensatore. Il refrigerante deve quindi entrare nell'evaporatore, dove assorbirà il calore dall'aria circostante (in un sistema AC) o dall'ambiente da raffreddare (in un sistema di refrigerazione).

La valvola di espansione termica si trova tra il condensatore e l'evaporatore. È come un vigile urbano, che controlla la quantità di refrigerante che arriva all'evaporatore. Se entra troppo refrigerante nell'evaporatore, non avrà abbastanza tempo per evaporare completamente e il refrigerante liquido potrebbe rientrare nel compressore, danneggiandolo. D'altra parte, se entra troppo poco refrigerante, l'evaporatore non sarà in grado di assorbire abbastanza calore e il sistema non funzionerà in modo efficiente.

I componenti chiave

Una valvola di espansione termica ha alcune parti chiave che lavorano insieme per farla funzionare.

1. Lampadina: Il bulbo è riempito con un refrigerante o un fluido che ha proprietà simili al refrigerante presente nel sistema. È collegato all'uscita dell'evaporatore. La temperatura del refrigerante in uscita dall'evaporatore influisce sulla pressione all'interno del bulbo.
2. Diaframma: Il diaframma è una membrana flessibile che separa due camere. Un lato del diaframma è collegato al bulbo e l'altro lato è collegato a una molla e alla pressione dell'evaporatore.
3. Sede e ago della valvola: La sede della valvola è il punto in cui scorre il refrigerante e l'ago viene utilizzato per controllare la dimensione dell'apertura nella sede della valvola. Quando l'ago si muove verso l'alto o verso il basso, cambia la quantità di refrigerante che può passare attraverso la valvola.

Il meccanismo di lavoro

Ecco come funziona effettivamente la valvola di espansione termica passo dopo passo:

1. Rilevamento della temperatura: Il bulbo rileva la temperatura del refrigerante in uscita dall'evaporatore. All'aumentare della temperatura del refrigerante all'uscita dell'evaporatore, aumenta anche la pressione all'interno del bulbo. Questo perché il fluido all'interno del bulbo si espande quando diventa più caldo.
2. Pressione sulla membrana: La maggiore pressione proveniente dal bulbo viene trasferita su un lato della membrana. Dall'altro lato del diaframma c'è la pressione dell'evaporatore e la forza di una molla. Il diaframma funge da punto di equilibrio tra queste due pressioni.
3. Muovere l'ago: Se la pressione del bulbo è superiore alla pressione combinata dell'evaporatore e della molla, la membrana verrà spinta verso il basso. Questo movimento verso il basso fa sì che l'ago si muova verso l'alto, aprendo maggiormente la sede della valvola. Di conseguenza, più refrigerante può fluire nell'evaporatore.
4. Regolazione del flusso: Al contrario, se la temperatura del refrigerante in uscita dall'evaporatore diminuisce, la pressione all'interno del bulbo diminuisce. La pressione dell'evaporatore e della molla diventa quindi maggiore della pressione del bulbo, spingendo il diaframma verso l'alto. Ciò fa sì che lo spillo si sposti verso il basso, riducendo la dimensione dell'apertura nella sede della valvola e diminuendo la quantità di refrigerante che fluisce nell'evaporatore.

Applicazioni del mondo reale

Le valvole di espansione termica vengono utilizzate in tutti i tipi di sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria. Li troverai nei condizionatori residenziali, nei frigoriferi commerciali e persino nei sistemi di raffreddamento industriali. Ad esempio, in un supermercato, i sistemi di refrigerazione che mantengono il cibo freddo si basano su valvole di espansione termica per garantire che venga utilizzata la giusta quantità di refrigerante per mantenere la temperatura adeguata.

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Riferimenti

1. Manuale ASHRAE – Refrigerazione. Società americana degli ingegneri del riscaldamento, della refrigerazione e del condizionamento dell'aria.
2. Stoecker, WF e Jones, JW (1982). Refrigerazione e condizionamento dell'aria. McGraw-Hill.