Portescap
Nota Técnica
SOLUÇÃO DE MOVIMENTO PARA VÁLVULAS ELÉTRICAS DE EXPANSÃO Motores de passo oferecem melhor desempenho para válvulas elétricas de expansão Válvulas de expansão são dispositivos de restrição de fluxo presentes em qualquer sistema de refrigeração. A agulha da válvula permanece aberta durante o estado estacionário de operação. O tamanho da abertura ou a posição da agulha estão relacionados com a pressão e a temperatura do evaporador. Quando configurada e controlada adequadamente, uma válvula de expansão manterá o evaporador ativo durante toda a sua operação. Há diferentes tipos de tecnologias de válvula de expansão populares no mercado, como:  Solução não motorizada usando um bulbo de sensoreamento de temperatura  Solução motorizada usando: o Um solenoide simples acionado por PWM o Uma combinação de motor e fuso, com a utilização de um motor de passo na maioria dos casos Válvulas de modulação de largura de pulso (PWM) Válvulas de modulação de largura de pulso (PWM) usam um circuito de solenoide simples para controlar o fluxo refrigerante. Estas válvulas podem abrir ou fechar completamente por um período definido ao receber um sinal do controlador. Como por exemplo, uma válvula de expansão PWM permanece aberta nos primeiros cinco segundos e então é desligada pelos próximos cinco segundos para atingir o fluxo de 50% dentro de dez segundos. Tais válvulas são utilizadas em evaporadores multi‐circuitos devido a sua capacidade de se adaptar às cargas em mudança, movendo‐se de uma posição totalmente fechada para uma posição totalmente aberta e vice‐versa, em um período de poucos milissegundos. Uma grande desvantagem de válvulas de modulação de largura de pulso (PWM) é o consumo de energia. Embora a válvula pulse apenas quando mudanças são exigidas, ela usa a energia elétrica de retenção do solenoide durante toda a parte aberta do ciclo. Elas também podem criar pulsação excessiva durante o início se usadas em circuitos simples e sistemas de pequena tonelagem. © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 1/8 Portescap
Nota Técnica
MOLA VÁLVULA CARREGADA BOBINA DE SOLENOIDE ENTRADA SAÍDA VÁLVULA PWM Válvulas de expansão acionadas por motor de passo Ao contrário de motores de corrente contínua que giram enquanto a energia elétrica é fornecida, um motor de passo gira em passos distintos usando campos magnéticos para girar em incrementos fixos. Dependendo do tamanho do passo do motor e do padrão do passo do controlador, os motores de passo podem alcançar um posicionamento extremamente preciso . Como selecionar o motor de passo correto. Um motor de passo convencional fornece movimento rotativo em passos pequenos, que pode ser usado em várias aplicações industriais e médicas. Entretanto, no caso de válvulas de expansão eletrônicas, é necessário não apenas um movimento linear, mas também uma força linear significativa para fechar a porta da válvula contra a pressão elevada do sistema. © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 2/8 Portescap
Nota Técnica
MOTOR ENGRENAGENS VÁLVULA PISTÃO ENTRADA SAÍDA MOTOR DE PASSO BASEADO EM VÁLVULA DE EXPANSÃO ELÉTRICA Vários fatores afetam a escolha de um motor de passo para aplicações de válvulas, tais como: 



Torque / força de saída Velocidade Resolução do passo Sistema de acionamento Torque / força de saída O torque ou força de um motor de passo é uma função do tamanho, do ciclo de trabalho, do enrolamento e do tipo de acionamento usado pelo motor. Em uma folha de dados de um dado fabricante, os torques de entrada e de saída são especificados como a taxa de passo para vários tipos de combinações de motores e de acionamentos. A curva de torque de entrada mostra o torque máximo que o motor pode iniciar a sua operação, em taxas de passos diferentes, sem pular nenhum passo. A curva de saída mostra o torque disponível total quando um motor opera em velocidade constante em um dado índice de passo. O entendimento do requisito exato da força pode ser um desafio, pois a válvula opera contra uma contrapressão significativa e sob condições variáveis de cargas, Muitos projetistas preferem manter um fator de segurança de ao menos 50% acima do torque da aplicação em qualquer dada velocidade. © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 3/8 Portescap
Nota Técnica
Exemplo de seleção de motor Qualquer folha de dados de motor de passo rotativo tem curvas de torque de entrada e de saída versus velocidade. Dependendo do padrão de carga na aplicação, precisamos escolher entre esses torques para o cálculo. Se o motor precisa acelerar com carga desde o início, o torque de saída precisa ser considerado, o que é tipicamente o caso de válvulas de expansão. O exemplo a seguir pode ser considerado para selecionar um motor para uma dada força e velocidade de válvula. Exemplo:  Força mínima a ser alcançada pela válvula: 150 N  Velocidade linear de atuação exigida: 0,4 mm/s  Resolução linear da válvula: 0,002 mm/passo  Tensão: 12 Vcc Como a válvula precisa de uma resolução linear fina, um motor com um grande número de passos por volta é uma seleção ideal. A Portescap oferece motores de 42mm de 100 passos/volta que são adequados para a maioria das aplicações de válvula de expansão. Presuma que um sistema de engrenagens com uma taxa de redução de 12,25: seja usado com o motor para melhorar o torque disponível para uma atuação linear. Um fuso é selecionado para a atuação linear que possa operar com segurança com forças maiores e fornecer melhor eficiência de transmissão e resolução linear desejada. O avanço do fuso neste caso será de 1,25 mm. A folha de dados fornece o torque versus curvas de velocidade. Para determinar o ponto de operação do motor, precisamos calcular a PPS (frequência de entrada) necessária para atingir a velocidade linear desejada. Número de passos por volta do motor = 100 Taxa de redução da engrenagem = 12,25 Velocidade linear de válvula (mm/s) = 0.4 Avanço do parafuso (mm) = 2,45 100 * 12.25 * 0.4
PPS (passo completos/s) do motor = = 200 2.45
© 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 4/8 Portescap
Nota Técnica
Da folha de dados do motor 42M100D2B da Portescap, o torque de entrada disponível é 0,024 N‐m Presumir que a eficiência de transmissão das engrenagens é de 90%, e que a do fuso seja de 50%. Torque disponível no fuso = 0,024*12,25*0,9 = 0,265 N‐m 0.265 * 2 * 0.5
Força de saída da válvula (N) = = 340 2.45 * 10 3
Do exemplo acima, podemos ver que o motor tem um fator de segurança de 3 para alcançar a força desejada à velocidade desejada. A maioria dos sistemas residenciais de baixa capacidade pode utilizar atuadores lineares de transmissão direta, que compreende um motor de passo do tipo "can‐stack" com um rotor de rosca e um fuso integrado, que proporciona movimento linear direto em um encapsulamento menor. Mas os sistemas de tonelagem superior com grandes requisitos de força podem precisar de um sistema de câmbio adicional especialmente projetado. Resolução do passo Para controlar precisamente o fluxo refrigerante durante as condições de carga dinâmica, o motor de passo na válvula é projetado para fornecer o movimento linear para a agulha de válvula em passos menores. A resolução de um sistema de motor de passo é afetada por vários fatores • O comprimento de passo total do motor de passo, ou seja, o ângulo de passo do motor. • O modo do acionador selecionado (passo total, meio passo ou micro‐passo) • A taxa de redução da engrenagem • O passo do fuso Portanto, há várias combinações diferentes que podem ser usadas para obter a resolução desejada. As válvulas de motores de passo podem ter as centenas de passos, possibilitando assim um controle extremamente preciso do fluxo refrigerante e uma adaptação suave. Estas válvulas são comparativamente mais eficazes do que as válvulas de modulação de largura de pulso devido à sua capacidade de responder com precisão às mudanças nas condições de carga. © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 5/8 Portescap
Nota Técnica
Sistema de acionamento Há três modos de excitação comumente usados para motores de passo; passo pleno, meio passo e micro‐passo. Passo pleno Numa operação de passo pleno, o motor gira através de ângulo básico de passo, por exemplo, um motor de passo com um ângulo de passo de 7,5 graus levaria 48 passos para uma rotação do motor. Meio passo A excitação de meio passo resulta em passos que são a metade do ângulo do passo básico. Devido ao movimento menor no passo, este modo proporciona o dobro da rotação e operação mais suave. Para ter um movimento suave e uma manutenção de torque independentemente da posição, é importante acionar o motor a uma potência constante dissipada pelo efeito Joule. Se a corrente for X Ampères na posição de uma fase LIGADA, então a corrente em cada fase deve ser X / √2 na posição de duas fases LIGADAS. Micro‐passos Para aplicações que requerem uma rotação mais suave em velocidades mais baixas, a operação de passo pleno pode não fornecer a rotação necessária; e é neste caso que o controlador de micro‐passo é usado. O controlador de micro‐passo é um acionador que envia impulsos para o motor em um formato de onda ideal para uma rotação suave. A idéia é o acionador enviar corrente na forma de ondas senoidais. Duas ondas senoidais que estejam 90 graus fora de fase formam o acionador perfeito para um motor suave. Se as duas bobinas de passo podem ser acionadas para seguir estas ondas senoidais, isso resulta em um motor perfeitamente silencioso e suave, sem nenhum "passo" detectável. A maioria das válvulas de expansão elétricas de hoje usam micro‐passos extremamente finos para resolver os problemas de ruído e de ressonância, e para aumentar a precisão e resolução dos passos. No que diz respeito á criticidade do sistema, os acionadores são integrados em um controlador sofisticado que aceita entradas de sensores de temperatura e pressão localizados à montante do evaporador para manter um equilíbrio otimizado do sistema. © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 6/8 Portescap
Nota Técnica
Conclusão As principais razões para a utilização de uma válvula de expansão eletrônica é melhorar a eficiência do sistema ao minimizar o superaquecimento (SH) e ao responder mais rapidamente dos requisitos variáveis de capacidades. Embora as tecnologias de válvulas sejam capazes de atender a esses requisitos, válvulas de motores de passo, se projetados corretamente, podem ser mais eficazes em condições de baixas cargas ao se manterem estáveis a apenas alguns poucos porcentos de sua capacidade. O projeto de motor de passo proporciona algumas vantagens exclusivas como custo mais baixo de operação, projeto simplificado e capacidade de responder rapidamente a condições variáveis de carga, tornando‐os a primeira opção para projetistas de sistemas. Capacitações da PORTESCAP A Portescap oferece soluções de motores de engrenagens do tipo can stack e atuadores lineares de acionamento direto com recursos personalizados de sub‐montagem que propiciam uma integração racionalizada ao corpo da válvula, permitindo um controle preciso do fluxo dos fluidos refrigerantes. Nossa vasta experiência com soluções de válvulas personalizadas e nossa compreensão do controle de refrigerantes nos permitem fornecer sistemas inovadores e econômicos que protegem o meio ambiente e são eficientes em termos de espaço. Benefícios 
Econômicos – projeto compacto e baixo custo de integração 
Livre de manutenção ‐ sem desgaste de escovas 
Tecnologia linear can stack ‐ otimiza o espaço de aplicação 
Várias opções de passos de fusos 
Redução de componente mecânico 
Excelência técnica no fornecimento de soluções diversificadas Opções de personalização 
Otimização da bobina – ajuste da resistência e da indutância para uma tensão específica 
Cabos especiais – comprimento dos terminais, isolamento, conectores, tubos termorretráteis 
Diferentes comprimentos de fusos © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 7/8 Portescap
Nota Técnica

Eixos personalizados – partes planas, recartilhamento, comprimento 
Opções com engrenagens para aumentar a força linear 
Flanges de montagem especiais 
Ímãs para gerar mais torque ou nível reduzido de torque de retenção Anant Bhalerao, Gerente Associado de Linha de Produtos Navadeep Mettem, Vice‐Gerente ‐ P&D Motores de Passo Portescap http://www.portescap.com.br © 2015. Portescap. Todos os direitos reservados. Página 8/8