Válvulas: en pro del ahorro energético

Por: Héctor Gómez Pérez

El consumo racional de energía es un tema principal en la agenda actual de la industria de la refrigeración. Por tal motivo, los fabricantes se han dado a la tarea de investigar y de lanzar al mercado equipos y sistemas con el mejor rendimiento en la materia. Algo que de un lado demuestra una conciencia por los temas medioambientales y de otro representa un respiro monetario para los usuarios de los equipos al disminuir el pago de servicios públicos.

Quisimos invitar a dos expertos en el tema de válvulas de expansión para que compartan, desde su experiencia, la importancia de estos equipos en los sistemas de refrigeración y su aporte al objetivo común de la industria: ahorrar energía. Ellos fueron Matthieu Ruille, agente de Carel para Latinoamérica y Fernando Becerra, gerente de refrigeración de Danfoss Colombia.

El porqué de las válvulas
La importancia de estos dispositivos en la industria radica en que son adecuados para mejorar el control y el ahorro de energía en los equipos HVAC. O en palabras de Ruille: “Las válvulas de expansión electrónicas junto con los driver que las manejan no sólo permiten un ahorro de energía, sino que pueden aumentar la capacidad de enfriamiento del evaporador y evitar el retorno de líquido en el compresor, controlando de manera muy efectiva el sobrecalantamiento”.

Una válvula de expansión electrónica permite hacer ahorro de energía reduciendo la presión de condensación. Según análisis, el compresor dentro de un sistema de refrigeración es el componente que más energía consume; basados en el artículo “Control Inteligente de Refrigeración – una herramienta potente para el ahorro energético en los supermercados” escrito por Bodil Lindhard de la División de Controles de Refrigeración y A/C de Danfoss, encontramos que en un supermercado corriente el consumo de energía en los sistemas de refrigeración se distribuye de la siguiente manera: condensadores 47%, ventiladores de evaporador 19%, resistencias antivaho 18%, ventiladores de condensador 12% y desescarche 4%.

El trabajo del compresor depende de la presión de succión de descarga o también llamada de condensación. “Si reducimos la presión de condensación, reducimos el trabajo del compresor y, por supuesto, hacemos ahorro de energía”, comentó Ruille. Precisamente eso es lo que hace una válvula de expansión electrónica: ahorrar energía reduciendo la presión de condensación.

¿Termostáticas o electrónicas?
Como lo explicó Fernando Becerra, ambas, las válvulas de expansión termostáticas y las electrónicas cumplen la misma función siempre y cuando sean válvulas de expansión directas: mantener un superheat constante en el evaporador. “Las válvulas de expansión electrónicas cumplen con esta función, pero manejando variaciones de carga grande, hasta un 90% por debajo del diseño; por otro lado, la velocidad de respuesta es rápida, en cambio las válvulas de expansión termostáticas sólo toleran +-20% de variación de carga térmica para mantener el superheat constante en 5oC y las velocidades de respuesta son más lentas”, dijo Becerra.

Entre las diferencias de ambas que más destacó Ruille tenemos que “las válvulas termostáticas están diseñadas para trabajar con un Delta P (presión) fijo, es decir, con las temperaturas de condensación y evaporación fijas. Para el caso de Carel, las electrónicas tienen un asiento de 15 mm en comparación de las termostáticas que tienen solamente 1mm; esto permite a las primeras tener 480 posiciones diferentes y por consiguiente una alta precisión”.

“Si rastreamos en su historia, las válvulas de expansión electrónicas nacieron en 1982 con sistemas modulantes, luego se redujeron costos trabajando con válvulas pulsantes con tiempos de apertura que varían desde tres a seis segundos. Hoy en día el control tiende a combinar los sistemas mecánicos con las ventajas de la presión de la electrónica (mecatrónica), no sólo para mantener lleno un evaporador conservando un superheat, sino también para regular presiones, deshielos, compresores, condensadores, etc”, explicó Becerra.

Por su parte Ruille apuntó que “en la actualidad existen dos tipos de válvulas de expansión electrónicas: las que funcionan con pulsos y las que lo hacen con pasos. Éstas últimas tienen una mayor precisión ya que las de pulsos actuán de manera similar a las termostáticas porque tienen posiciones on/off. Es cierto que las válvulas electrónicas con pulso permiten ahorro de energía, pero su desempeño permite choques de presión que constituyen un peligro importante para los evaporadores hechos de cobre, sobre todo si se aumenta la capacidad de los mismos”.

Mantenimiento y precauciones
Al indagarles a nuestros invitados acerca de las precauciones al momento de utilizar válvulas en los equipos o a la hora de hacerles mantenimiento, nos encontramos con varios aspectos a destacar. El primero en opinar fue Fernando Becerra, de Danfoss, quien dijo que “lo primero que hay que hacer es diseñar una secuencia de control adecuada para lograr precisión y seguridad para los productos a refrigerar y para los componentes del sistema de refrigeración. En segundo lugar se debe hacer una buena selección de controles de acuerdo a las condiciones y necesidades del sistema”, dijo además que una vez cumplidos los dos primeros puntos, el mantenimiento de los elementos de control mecánicos se reduce al mínimo. “Para elementos electrónicos se deben hacer rutinas de verificación de lecturas, conexiones, etc”, añadió.

Para el caso de las válvulas de expansión por pulsos se debe diseñar una tubería con un diámetro inmediato superior a lo requerido por capacidad, para bajar la velocidad y disminuir el efecto del pulso en el sistema. Además, ubicar el sensor de presión en la parte superior de la tubería para evitar que se genere condensación en su caja terminal.

“Toda válvula de expansión directa debe ser seleccionada para que la capacidad requerida sea de un 70 a 80% de la capacidad nominal de la válvula a las condiciones de diseño. Esto lo muestra el programa o la tabla de selección”, explicó Becerra.

Por su parte Matthieu Ruille, agente de Carel para Latinoamérica, dijo que “cuando se usa una válvula Carel se debe poner antes un filtro para evitar que las impurezas entren en el dispositivo. Recomendamos también poner la válvula de manera vertical u horizontal para evitar que la parte electrónica quede hacia abajo”.

Las ventas y el futuro
Sobre las ventas de estos dispositivos, Ruille dijo que fueron muy buenas, a pesar del periodo de crisis del que varias economías ya empezaron a salir. En la región los países que más se destacaron en ventas de válvulas de expansión fueron Chile, Costa Rica, Colombia, Uruguay y Brasil. En el ámbito internacional destacó a Australia como un gran comprador.

Fernando Becerra informó que precisamente en épocas de crisis las empresas buscan ahorrar energía y mejorar la calidad. “Las válvulas de expansión electrónicas son sólo una opción, ya que ofrecen un ahorro de 10-15% en aplicaciones de alta y 20-25% en aplicaciones de baja temperatura”.

En cuanto a los retos venideros, el representante de Carel coincide con la política extendida en la industria desde hace un par de años, de ser más amigables con el medio ambiente. Considera fundamental para alcanzar este objetivo mejorar las tecnologías y multiplicar iniciativas como el Laboratorio y Centro de Capacitación para el uso del CO₂ de Bitzer en Brasil.

Para Becerra, el reto para la industria también tiene un fuerte componente económico al considerar que “actualmente la industria no analiza objetivamente las opciones de ahorro de energía, hay un cortoplacismo muy alto para los retornos de inversión en el gremio de la refrigeración. El empresario quiere retornos menores a un año, mientras que en Europa hacen inversiones con retornos de dos a tres años”.