Les tubes capillaires contrôlent la quantité de frigorigène circulant dans le système grâce à leur diamètre intérieur extrêmement réduit, généralement compris entre demi millimètre et deux millimètres. Lorsque le frigorigène, chaud et sous pression, sort du condenseur et pénètre dans ces tubes minuscules, une importante friction se produit, ce qui réduit la pression d'environ 85 %, selon les recherches de Ponemon en 2023. La chute soudaine de pression provoque une expansion rapide du frigorigène, qui se refroidit au passage, jusqu'à devenir ce mélange froid composé de liquide et de vapeur juste avant d'atteindre le serpentin d'évaporation, où s'effectue la majeure partie du refroidissement.
Les tubes capillaires sont utilisés dans environ 89 pour cent des unités de climatisation domestiques en tant que dispositifs de détente à orifice fixe, remplaçant ainsi les vannes mécaniques complexes que nous voyons ailleurs (selon les données de l'ASHRAE de 2023). Ces petits tubes sont généralement fabriqués en cuivre ou en acier inoxydable. Ils aident à réguler la quantité de frigorigène qui pénètre dans la section d'évaporation, ce qui améliore finalement l'efficacité avec laquelle le système absorbe la chaleur de l'air intérieur. Pourquoi ces composants sont-ils devenus si répandus ? Une conception simple associée à des performances fiables les rend parfaits pour les opérations de fabrication à grande échelle. Cela est particulièrement important pour les fabricants ciblant les consommateurs soucieux de leur budget, qui ont besoin de solutions de refroidissement fiables sans dépenser trop d'argent dans les installations de production de tubes capillaires pour climatiseurs à travers le pays.
La régulation du débit est déterminée par trois facteurs principaux :
Une conception optimisée des tubes capillaires a permis d'améliorer les indices SEER de 12 à 15 % dans les systèmes de climatisation à onduleur grâce à un débit stable du frigorigène, selon une étude récente Améliorations de la conception des systèmes CVC .
Les métaux résistant à la corrosion jouent un rôle essentiel lorsque les matériaux doivent résister à des variations répétées de température et à des produits chimiques agressifs sur le long terme. La plupart des unités de climatisation utilisent encore du cuivre pour leurs composants internes, environ trois systèmes de climatisation sur quatre l'utilisant, car le cuivre conduit très bien la chaleur et peut être facilement façonné pendant le processus de fabrication, selon des données récentes du secteur HVAC datant de 2023. Pour les systèmes de réfrigération spécifiquement amenés à manipuler de l'ammoniac, l'acier inoxydable devient le matériau de choix puisqu'il résiste mieux aux effets corrosifs. Les alliages de laiton trouvent leur place dans certains environnements à basse pression où d'autres matériaux seraient moins efficaces, bien que ces applications soient généralement très spécifiques au sein du secteur industriel.
Les tubes en cuivre sans soudure sont produits par des procédés de tréfilage permettant d'atteindre une tolérance dimensionnelle de 0,5 %. Un système de mesure par radiographie en ligne surveille l'épaisseur des parois pendant le tréfilage, maintenant une uniformité de ± 0,01 mm, essentielle pour une dose précise de frigorigène dans les systèmes de climatisation précis.
Le cuivre à poche résistante électrolytique (ETP) avec une teneur en oxygène ≤ 0,04 % empêche l'embrittlement par l'hydrogène pendant le brasage. Après le recuit, les tubes visent à atteindre 65 HRB à l'échelle Rockwell B, équilibrant ainsi la ductilité et la résistance à la pression. Des systèmes de vision automatisés inspectent tous les tubes pour vérifier leur conformité aux tolérances de diamètre ASME B36.19M avant l'expédition.
Les usines de tubes capillaires AC utilisent un trafilage à froid multipasse pour atteindre des diamètres aussi petits que 0,5 mm avec une précision de ± 0,01 mm. La matière première en cuivre est réduite en 6 à 12 étapes à l'aide de filières en carbure de tungstène, garantissant une épaisseur de paroi constante. Des systèmes de mesures laser en temps réel assurent la stabilité dimensionnelle pendant les productions à grande vitesse supérieures à 25 m/min.
Une géométrie optimisée des filières (angles d'approche de 12° à 16°) et l'utilisation de lubrifiants à base d'acide oxalique et de savon réduisent le frottement au trafilage de 38 % par rapport aux alternatives pétrolières (TheZebra.org 2021). Une séquence progressive des filières maintient les rapports de trafilage entre 1,15 et 1,35 par passe, permettant une réduction totale de la section de 75 % sans provoquer de défauts matériels.
Entre les étapes de tréfilage, les tubes en cuivre subissent un recuit par lots à 450–550°C dans des fours contrôlés à l'azote. Cela restaure la ductilité (allongement ≥35 %) et assure une recristallisation complète en 90 minutes. L'analyse métallographique vérifie l'intégrité microstructurale avant tout traitement ultérieur.
Les tubes sont découpés en longueurs de 1,5 à 6 m avec une précision de ± 2 mm à des vitesses allant jusqu'à 30 m/min par des couteaux volants CNC. Les systèmes de bobinage à servomoteurs produisent des bobines pesant entre 150 et 300 kg, maintenant une constance du diamètre des bobines à 0,5 mm près. Les couches intercalaires en polymère évitent les dommages superficiels pendant la manipulation et le transport.
La qualité de surface influence directement l'écoulement du fluide frigorigène et la fiabilité du système. Un état de surface intérieur lisse (inférieur à 0,8 µm Ra ) réduit la turbulence et empêche l'accumulation de particules pouvant entraîner un micro-blocage. Les imperfections de surface supérieures à 5 % de l'épaisseur de paroi peut réduire la capacité de refroidissement de 12 à 18 % (HVAC Tech Journal, 2023), soulignant ainsi la nécessité de contrôles rigoureux lors de la fabrication.
Après le tréfilage, les tubes subissent un étamage à l'acide nitrique afin d'éliminer les couches d'oxyde, suivi d'un rinçage en trois étapes avec de l'eau déionisée pour retirer les produits chimiques résiduels. Des lames d'air à grande vitesse sèchent les tubes à 65–80°C , réduisant la teneur en humidité à moins de 50 PPM —une étape critique pour prévenir la corrosion interne.
Le conditionnement final s'effectue dans des salles propres de classe ISO 5, les tubes étant scellés dans des récipients purgés à l'azote pour inhiber l'oxydation. Des systèmes automatisés de manutention minimisent le contact humain, tandis que des compteurs de particules laser vérifient la propreté conformément à la norme MIL-STD-1246E. Les installations de haut niveau maintiennent les niveaux de contamination à ≤ 10 particules/cm² pour les particules supérieures à 0,5 µm.
Chaque tube est testé à 2,5 fois sa pression de fonctionnement (généralement entre 500 et 800 psi) pendant 10 à 15 minutes afin de confirmer son intégrité structurelle. Cet essai hydrostatique détecte des microfuites aussi petites que 0,003 mm et garantit une fiabilité sous les pressions réfrigérantes réelles, conformément aux directives ASHRAE 2024.
Des micromètres laser et des jauges ultrasonores vérifient le diamètre extérieur avec une tolérance de ±0,01 mm et l'épaisseur des parois avec une tolérance de ±5 %. Ces mesures assurent des caractéristiques d'écoulement constantes et sont surveillées en temps réel ; les unités non conformes sont automatiquement rejetées afin de respecter la norme ASTM B280.
Les tests accélérés de durée de vie simulent 15 ans de service à travers 50 000 cycles de pression (50–300 psi) et des chocs thermiques allant de -40 °C à 120 °C. Pour être éligible à la garantie, les tubes doivent conserver au moins 95 % de leur résistance initiale à l'éclatement (≥1 200 psi) après les tests.
Chaque tube est marqué d'un code gravé au laser permettant une traçabilité complète jusqu'aux matières premières, aux paramètres de fabrication et aux dossiers d'inspection—répondant aux exigences d'audit sur 10 ans.
Les tubes capillaires s'implantent de plus en plus dans les pompes à chaleur à inversion de cycle de nos jours, notamment parce que les fabricants ont besoin de composants capables de fonctionner de manière fiable sous des conditions de pression variables, allant au-delà de celles requises par les systèmes split traditionnels. Le passage à des alternatives plus écologiques, comme le fluide frigorigène R-290, a poussé de nombreux propriétaires d'usines à revoir leurs modes opératoires. Environ 42 pour cent des entreprises qui fabriquent des tubes capillaires pour la climatisation ont modernisé leurs processus de production depuis le début de l'année dernière. Ces mises à niveau visent principalement à éviter les problèmes d'embrittlement par l'hydrogène, tout en s'adaptant aux nouvelles réglementations de sécurité en constante évolution dans ce secteur.
Les tubes capillaires ont principalement pour fonction d'agir comme des dispositifs d'expansion à orifice fixe, régulant le débit du fluide frigorigène vers la section de l'évaporateur afin d'améliorer l'absorption de la chaleur présente dans l'air intérieur.
Le cuivre est couramment utilisé en raison de sa conductivité thermique élevée et de sa facilité de mise en forme, ce qui le rend adapté aux composants de climatisation de qualité.
La chute de pression est contrôlée par la géométrie du tube, sa longueur et les propriétés du réfrigérant, qui influencent la résistance à l'écoulement et la différence de pression.
La norme ASTM B280 spécifie un cuivre pur à 99,9 %, assurant ainsi sa compatibilité avec les réfrigérants modernes et définissant des propriétés clés telles que la résistance à la traction et les limites de contamination par les oxydes.
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