Los Capítulos 7, 8 y 9 recorrieron tres de los cuatro componentes principales del circuito: el compresor eleva la presión, el condensador rechaza calor, el evaporador lo absorbe. Falta el cuarto, y es el que cierra el círculo: el dispositivo de expansión es el que baja la presión del refrigerante líquido antes de que entre al evaporador, cumpliendo la etapa que el Capítulo 5 llamó «expansión» dentro del ciclo frigorífico.

Qué es y para qué sirve

Un dispositivo de expansión es una restricción deliberada en el circuito: un punto donde el paso del refrigerante se angosta a propósito. Cumple dos funciones al mismo tiempo, y ambas son igual de importantes:

• Separa la zona de alta presión de la zona de baja presión. Sin esa restricción, la presión se igualaría en todo el circuito y el sistema no podría mantener, al mismo tiempo, una temperatura de condensación alta (Capítulo 8) y una temperatura de evaporación baja (Capítulo 9).
• Dosifica el flujo de refrigerante que entra al evaporador, idealmente en la cantidad justa para que se termine de evaporar por completo —con un sobrecalentamiento adecuado, Capítulo 21— sin que sobre ni falte líquido.

Principio de funcionamiento

El refrigerante llega al dispositivo de expansión como líquido subenfriado (Capítulo 22) a alta presión, procedente del condensador. Al atravesar la restricción, pierde presión de forma abrupta. Como vio el Capítulo 4, esa caída de presión no puede ocurrir sin consecuencias en la temperatura de saturación: parte del líquido se evapora instantáneamente para absorber el calor necesario y enfriar al resto de la mezcla hasta la nueva temperatura de saturación, más baja. Este fenómeno se llama flasheo o evaporación instantánea.

Tipos de dispositivos de expansión

Existen distintas formas de generar esa restricción, y la diferencia entre ellas no es solo constructiva: define si el sistema puede o no adaptarse a cambios en la carga térmica.

Tubo capilar

Es el más simple: un tubo de diámetro interno muy pequeño y longitud calculada, sin ninguna parte móvil. La restricción es fija —está determinada de fábrica por el diámetro y la longitud del tubo— y no se ajusta ni se regula en el campo. Es habitual en heladeras domésticas, freezers y equipos de aire acondicionado de baja capacidad, siempre en sistemas de carga crítica (donde la cantidad de refrigerante está calculada con precisión para esa combinación exacta de capilar y componentes).

Válvula de expansión termostática (TXV)

Es una válvula con un orificio de apertura variable, gobernada por un bulbo remoto sujeto a la línea de succión, a la salida del evaporador. El bulbo contiene un fluido sensible a la temperatura que, al calentarse o enfriarse, genera una presión que se transmite —por un capilar propio— hasta un diafragma dentro de la válvula. Ese diafragma abre o cierra la válvula para mantener constante el sobrecalentamiento a la salida del evaporador, sin importar si la carga térmica sube o baja.

Válvula de expansión electrónica (EEV)

Reemplaza el bulbo mecánico por sensores de temperatura y presión en la línea de succión, y el diafragma por un motor paso a paso que abre o cierra la válvula según la orden de un controlador electrónico. Permite un ajuste mucho más fino y rápido que una TXV mecánica, y es el dispositivo característico de los equipos inverter (Capítulos 62 y 63), donde la capacidad del compresor cambia constantemente y el flujo de refrigerante necesita seguirla de cerca.

Restrictores de orificio fijo

Son, en esencia, primos del tubo capilar: un orificio calibrado de diámetro fijo, sin partes móviles, usado en algunos equipos de aire acondicionado de carga crítica como alternativa al capilar. Comparten su principal limitación: no se adaptan solos a cambios de carga térmica.

Tubos capilares y su dimensionamiento

El diámetro interno y la longitud de un tubo capilar no son arbitrarios: se calculan junto con el resto del sistema —compresor, condensador, evaporador y carga de refrigerante— para lograr el equilibrio de presiones que ese equipo necesita en sus condiciones normales de trabajo. Es, por definición, un componente que no se ajusta en el campo: no existe un «capilar un poco más abierto». Si un capilar se reemplaza, tiene que hacerse con uno de las mismas medidas especificadas por el fabricante para ese modelo.

Comportamiento del sistema según el dispositivo

La diferencia más importante entre estos dispositivos no es de precisión, sino de adaptabilidad:

• Capilar y restrictores fijos: mantienen siempre la misma restricción, sin importar cómo cambie la carga térmica. El sistema completo está diseñado alrededor de esa restricción fija, por lo que suelen usarse en equipos de capacidad constante y carga de refrigerante crítica.
• TXV: ajusta su apertura para mantener el sobrecalentamiento constante frente a variaciones de carga térmica —por ejemplo, una puerta de cámara que se abre y cierra, o un día más caluroso que otro—. Es más tolerante a variaciones en la carga de refrigerante que un capilar.
• EEV: agrega a la respuesta de una TXV la capacidad de seguir, en tiempo real, a un compresor cuya capacidad cambia constantemente —el caso típico de los equipos inverter—, algo que ni el capilar ni la TXV mecánica pueden hacer con la misma velocidad y precisión.

Qué debe medir el técnico

• Sobrecalentamiento a la salida del evaporador (Capítulo 21): el indicador más directo de si el dispositivo de expansión está dosificando bien el refrigerante.
• Presión de descarga y de succión con el manifold, para verificar si la caída de presión es la esperada para ese equipo.
• Temperatura del tubo capilar o del cuerpo de la válvula al tacto, como indicio preliminar de restricción (aunque nunca reemplaza la medición de presión y sobrecalentamiento).
• Señal eléctrica en una EEV —con multímetro o herramientas de diagnóstico específicas—, para verificar que el motor paso a paso responde a las órdenes del controlador (Capítulo 39).

Interpretación de las mediciones

Un sobrecalentamiento por encima de lo esperado sugiere que está entrando poco refrigerante al evaporador: el dispositivo de expansión abre menos de lo necesario, hay una restricción parcial, o falta refrigerante en el sistema. Un sobrecalentamiento por debajo de lo esperado —o refrigerante líquido llegando al compresor— sugiere lo contrario: el dispositivo está dejando pasar más refrigerante del que el evaporador puede evaporar por completo, ya sea porque quedó trabado en una posición muy abierta o porque hay exceso de carga.

Fallas frecuentes y diagnóstico

Procedimiento de diagnóstico

1. Medir presión de succión y de descarga con el manifold, y calcular el sobrecalentamiento a la salida del evaporador.
2. Comparar ese sobrecalentamiento contra el rango esperado para el equipo y sus condiciones de trabajo.
3. Si el sobrecalentamiento está fuera de rango, revisar primero causas más simples y externas al dispositivo: carga de refrigerante, flujo de aire en evaporador y condensador, humedad o contaminación en el circuito.
4. Si esas causas se descartan, inspeccionar el dispositivo en sí: sujeción y aislación del bulbo en una TXV, continuidad y señal del motor en una EEV, o posible obstrucción en un capilar.
5. En equipos con EEV, verificar además la comunicación entre el controlador y los sensores antes de asumir que la válvula está en falla.

Procedimiento de reparación y mantenimiento

Ninguno de estos dispositivos se «repara» en el sentido de ajustarlo pieza por pieza en el campo: se diagnostica y, si está en falla, se reemplaza por uno equivalente al original. Un capilar obstruido generalmente implica revisar y corregir también la causa que generó la obstrucción —humedad, partículas— antes de dar por cerrada la intervención. Un reemplazo de TXV o EEV siempre debería acompañarse de una verificación de sobrecalentamiento posterior, para confirmar que el ajuste quedó dentro de rango.

Errores frecuentes

• Diagnosticar el dispositivo de expansión sin haber medido antes el sobrecalentamiento, guiándose solo por sensaciones al tacto.
• Reemplazar un capilar por otro de medidas distintas «porque es lo que había», sin considerar el desequilibrio que eso genera en el sistema.
• Ajustar el sobrecalentamiento manipulando el sistema en general (por ejemplo, cargando más refrigerante) en lugar de identificar si el problema está realmente en el dispositivo de expansión.
• Dar por fallada una EEV sin antes confirmar que el controlador le está enviando señal.

Buenas prácticas

El sobrecalentamiento es, frente a cualquier dispositivo de expansión, la medición que más información da con menos ambigüedad. Conviene registrar el rango de sobrecalentamiento esperado para cada equipo frecuente, y comparar siempre contra ese valor de referencia en lugar de contra una «sensación» general de si el sistema enfría bien o mal.

Manual de Refrigeración Ceridono — Parte II: El circuito frigorífico. Capítulo 10 de 96 · Nivel: básico-intermedio.