La función de la válvula de expansión es que el evaporador sea utilizado de una forma óptima. Eso supone, en principio, que el paso del refrigerante líquido a vapor se haga hasta el final del evaporador. Si se terminara antes, sólo conseguiríamos que el vapor de refrigerante se recalentase en exceso, disminuyendo la capacidad de la cámara y empeorando el rendimiento. Por el contrario, si la cantidad de refrigerante que entra en el evaporador es excesivo, podría no dar tiempo de evaporarse en su totalidad y llegar al compresor en estado líquido, con el peligro que supone para el compresor, ya que los líquiddos son incompresibles. Por lo que debemos garantizar que a la salida del evaporador sólo haya vapor. Para ello deberemos utilizar un ligero recalentamiento que nos asegure la salida en vapor. El valor de ese recalentamiento suele ser de unos 5-10 ºC
En el siguiente vídeo puedes ver una animación con el funcionamiento de una válvula de expansión simple;
Como es fácil de entender, el proceso real en una cámara frigorífica es dinámico. El sistema sufre perturbaciones al meter nuevos alimentos. Al introducir nuevos alimentos que se encuentran más calientes que la temperatura de la cámara, cambia la carga del evaporador. El aire está más caliente y al pasar por el evaporador consigue que hierva con mayor rapidez el refrigerante. El punto a partir del cual se termina la evaporación se alcanza antes. Esto hace que el recalentamiento sea mayor. La fuerza que ejerce el bulbo abre la válvula haciendo pasar mayor cantidad de refrigerante. Esto se producirá hasta que se alcance de nuevo el equilibrio.
Por el contrario, si las necesidades térmicas son menores, por ejemplo porque la temperatura exterior de la cámara es menor, el evaporador tiene menos aporte de calor para poder evaporar el líquido que se le inyecta. El punto de finalización de la evaporación se retrasa; se termina de evaporar más cerca de la salida del evaporador, por lo que le recalentamiento es menor. El bulbo de la válvula de expansión detecta esta menor temperatura, se enfría y baja la presión en la parte superior de la válvula, con lo cual el muelle vence la fuerza y manda cerrar paulatinamente hasta que se equilibren las fuerzas.
Para que el número de válvulas de distintas capacidades no sea muy alto, algunos fabricantes ofrecen subconjuntos intercambiables de orificio y asiento de aguja que permiten con un mismo cuerpo de válvula cubrir una amplia gama de de potencias frigoríficas. A mayor diámetro del orificio mayor cantidad de refrigerante y mayor potencia frigorífica. En la imagen vemos uno de estos "orificios".
Las partes de una válvula de expansión termostática son las siguientes
- Bulbo. Contiene refrigerante en estado vapor del mismo tipo que la cámara. Se coloca a la salida del evaporador y está unido por un tubo fino en espiral.
- Diafragma. Transmite la presión al sistema de obturación y aísla el circuito del bulbo del circuito del refrigerante
- Resorte. La fuerza de este muelle está regulada
- Tornillo de regulación del resorte. Con este tornillo se regula el recalentamiento deseado
- Aguja. Es un obturador de regulación fina
