Kapilarne cijevi rade kao ekspanzioni uređaji s fiksnim otvorom unutar klimatizacijskih sustava, omogućujući pasivno smanjenje tlaka tekućeg rashladnog sredstva. Kada rashladno sredstvo pod visokim tlakom ulazi u ove uske cijevi (najčešće oko 0,5 do 2 mm debljine), otpor koji se stvara uz njihove zidove uzrokuje postepeni pad tlaka. Dalje se događa nešto vrlo zanimljivo – prehladjena tekućina pretvara se u mješavinu pare i tekućine na nižem tlaku i temperaturi, što je priprema za učinkovito upijanje topline u isparivaču sustava. Jedna velika prednost je upravo u tome što nema pokretnih dijelova. Ova mehanička jednostavnost pokazala se kao pouzdana tijekom vremena, što su mnogi tehničari mogli primijetiti kroz svoje iskustvo s raznim klimatizacijskim instalacijama.
Male jedinice za klimatizaciju u potpunosti ovise o fizičkom obliku kapilarne cijevi za kontrolu protoka rashladnog sredstva. Količina rashladnog sredstva koja prolazi stvarno ovisi o duljini i širini cijevi. Ako netko napravi cijev 20% dulju, obično će se vidjeti otprilike jedna trećina manje rashladnog sredstva koje prolazi kroz nju jer se unutar nje stvara više trenja. Kada cijevi postanu pre uske, stvaraju slične probleme otpora kao i one skuplje mehaničke ekspanzione ventile. Zanimljivo je kako ove jednostavne konstrukcije automatski prilagođavaju promjene tlaka unutar sustava. Uzmimo primjerice toplije vanjske temperature. Kako se vremenska temperatura povećava, tlak u kondenzatoru raste, a to uzrokuje veći protok rashladnog sredstva kroz kapilarnu cijev, bez potrebe za kompliciranom elektronikom ili senzorima koji to upravljaju.
Kada rashladno sredstvo prolazi kroz kapilarnu cijev, dolazi do značajnog pada tlaka, ponekad čak i preko 100 psi, tijekom prijelaza iz tekućeg stanja u mješavinu tekućine i pare koju nazivamo dvofazna mješavina. Većina ovog gubitka tlaka događa se već na početku – zapravo, oko 90% pada se dogodi unutar prve trećine duljine cijevi. Do trenutka kada rashladno sredstvo stigne do ulaza isparivača, tlak se obično stabilizira negdje između 60 i 80 psi za standardna rashladna sredstva poput R-410A ili sličnih koji se danas često koriste. Način protoka rashladnog sredstva u osnovi slijedi ovu formulu: Q je proporcionalno delta P pomnoženom s D na četvrtu potenciju podijeljenom s L. U ovoj formuli, D predstavlja unutarnji promjer cijevi, dok L označava njenu ukupnu duljinu.
Učinak kapilarnih cijevi stvarno ovisi o pravilnom geometrijskom oblikovanju. Kada cijevi postaju dulje, stvaraju veću otpornost koja smanjuje količinu rashladnog sredstva koje kroz njih prolazi. Cijevi većeg promjera omogućuju prolazak veće količine rashladnog sredstva. Pogrešne mjere dovode do problema, bez obzira da li pada tlaka premalo ili se troši prevelika količina energije. Ovo je posebno važno za one minijaturne klima uređaje koji koriste kapilarne cijevi jer prostora za manevre jednostavno nema. Čak i male promjene dimenzija imaju veliki utjecaj kada je prostor ograničen. Kako bi sve funkcionalno radilo, tehničari moraju izmjeriti sve do nivoa milimetra kako bi osigurali da sve odgovara zahtjevima sustava u pogledu kapaciteta i učinkovitosti.
Unutarnji promjer zajedno s duljinom cijevi igra glavnu ulogu u određivanju koliko pada tlaka nastaje između komponenti kondenzatora i isparivača. Kada pogledamo stvarne brojke iz ASHRAE-ovog izvješća iz 2022. godine, nalazimo da povećanje promjera za svega 0,5 mm dovodi do približno 40% bolje protocne sposobnosti. S druge strane, dodavanje još jednog metra duljini cijevi općenito rezultira povećanjem pada tlaka između 15% i 22%. Većina inženjera koji rade na ovim sustavima prvo mijenjaju promjere kada prave veće promjene protoka, a zatim ulaze u detalje podešavajući duljine. Takav pristup pomaže im da postignu bolje efekte podhlađivanja i istovremeno održavaju cijeli sustav glatko u radu bez neočekivanih fluktuacija.
Prekomjerno dugačke cijevi smanjuju tlak u isparivaču, povećavajući rad kompresora, dok preveliki promjeri povećavaju rizik od poplave zbog tekućeg udara. Maksimalni COP sustava postiže se kada se pad tlaka održava između 1,8–2,5 MPa i usklađuje s odgovarajućim razlikama zasićenih temperatura.
Inženjeri koriste dva glavna pristupa: empirijske tablice koje povezuju protok rashladnog sredstva s razlikama tlaka i analitičke modele koji uključuju bezdimenzionalne brojeve poput Reynoldsovog i Machovog. Moderno projektiranje sve više ovisi o dinamičkom modeliranju strujanja fluida (CFD), koje postiže točnost do 97% u predviđanju masenog protoka u usporedbi s tradicionalnim metodama dimenzioniranja.
Maseni protok u tim manjim jedinicama za klimatizaciju ovisi o nekoliko čimbenika, uključujući oblik i veličinu cijevi, vrstu rashladnog sredstva koje se koristi i razliku tlakova unutar sustava. Ako se konkretno pogledaju sustavi s R134a, ako dođe do povećanja ulaznog tlaka za samo 1 bar, to obično poveća ukupni protok između 18 i 22 posto, prema ASHRAE priručniku iz 2006. godine. Kada govorimo o uvjetima začepljenja protoka, oni nastaju kada tlak na izlazu padne na oko 35 do 40 posto onoga što je bio na ulazu, što zatim zaustavi daljnjeno povećanje protoka. Kako bi se dali konkretni brojevi, uzmimo u obzir tipičnu konfiguraciju gdje netko može instalirati cijev promjera 1,0 mm i duljine otprilike 3,3 metra. Pod normalnim radnim uvjetima s primijenjenim tlakom od 15 bara, takva bi konfiguracija propuštala otprilike 16 kilograma rashladnog sredstva po satu kroz sustav. Tehničari koji rade na ovim sustavima moraju imati na umu sve ove odnose tijekom instalacije i održavanja.
Faza na ulazu znatno utječe na učinak. Ulazak podhladenog likvida omogućuje 35% veće brzine protoka u odnosu na dvofazne mješavine zbog smanjene tvorbe pare i povezanih gubitaka. Na primjer:
Prematurna isparavanje unutar cijevi uzrokuje oscilacije tlaka (2–3 bara), smanjujući stabilnost. Studije modeliranja strujanja potvrđuju da održavanje barem 8 K podhlade sprječava rano isparavanje u 89% malih AC primjena.
Nakon inicijalne metastabilne tekuće faze, brzo irenje ubrzava u posljednjoj trećini cijevi, gdje gradijenti temperature mogu premaÅ¡iti 50°C/m. To istiÄe važnost taÄnog punjenja rashladnog sredstva i projektovanja sistema.
Kapilarni cijevi imaju ključnu ulogu u sustavima kompresije pare tako što djeluju kao ekspanzijski uređaji s fiksnim otvorom koji povezuju dijelove kondenzatora pod visokim tlakom s dijelom isparivača pod niskim tlakom. Kada rashladno sredstvo uđe u ove uske cijevi, dolazi do naglog pada tlaka što uzrokuje isparavanje. Ono što se događa ovdje je prilično zanimljivo – visokotlačna podhladjeni tekućina pretvara se u hladniju zasićenu smjesu koja zatim može učinkovito apsorbirati toplinu unutar komponente isparivača. Jedna velika razlika između kapilarnih cijevi i termostatskih ekspanzijskih ventila je ta što ove cijevi uopće ne zahtijevaju senzore ili pokretne dijelove. To ih čini posebno prikladnima za primjene gdje je potrebno minimalno održavanje, a sustavi su potpuno zatvoreni i zaštićeni od vanjskog utjecaja.
Kapilarni cijevi često se koriste u aplikacijama osjetljivim na troškove i s fiksnim opterećenjem zbog svoje pouzdanosti i jednostavnosti. Uobičajeni sustavi uključuju:
The mala kapilarna cijev za klimu dizajn je posebno učinkovit u kompaktnim instalacijama gdje su prostor i pouzdanost ključni. Ovi sustavi obično rade ispod 5 tona i najbolje se pokazuju u stabilnim vanjskim uvjetima. Njihova samokompensacijska priroda omogućuje prilagodbu manjim promjenama opterećenja bez elektroničkih kontrola, čime se povećava izdržljivost u trajno zapečaćenim sustavima.
Kapilarni cijevi donose stvarne pogodnosti kada su u pitanju manji sustavi grijanja i hlađenja. Budući da uopće nema pokretnih dijelova, to znači da se mehanički trošenje ne događa tijekom vremena, čime se smanjuju potrebe za održavanjem i kvarovi. Činjenica da ove cijevi zauzimaju vrlo malo prostora čini ih lako ugradivima u prostorima s ograničenim prostorom. Također, njihova sposobnost preciznog reguliranja protoka tekućine pomaže u održavanju stabilnog rada sustava u različitim uvjetima. Nedavna studija iz 2024. godine o pouzdanosti sustava grijanja i hlađenja pokazala je nešto zanimljivo - sustavi koji koriste kapilarne cijevi imali su otprilike 32 posto manje poziva za servis zbog problema s ekspanzionim uređajima u usporedbi s onima koji su koristili elektroničke verzije.
Kapilarni cijevi automatski prilagođavaju protok rashladnog sredstva kada se promijeni opterećenje sustava. Kada isparivač ima veće opterećenje, povećava se razlika tlaka, što gura više rashladnog sredstva kroz cijev. Naprotiv, kada opterećenje opadne, protok se prirodno smanjuje bez vanjskog djelovanja. Ono što čini ove cijevi vrlo korisnima je da održavaju stabilan rad tijekom ovih promjena, a da ne zahtijevaju nikakve složene senzore ili sustave upravljanja. Međutim, postoji jedna mana. Budući da kapilarne cijevi imaju fiksne dimenzije, loše se ponašaju u situacijama gdje varijacije opterećenja premašuju otprilike 40% iznad ili ispod projektirane vrijednosti. Ovo ograničenje znači da operateri moraju pažljivo uskladiti zahtjeve primjene s tehničkim specifikacijama cijevi.
Odabir odgovarajuće kapilarne cijevi uključuje usklađivanje triju ključnih faktora:
Danas je vrlo važno odabrati prave kombinacije materijala, posebno kada se koriste noviji rashladni sredstva poput R-454B ili R-32. Standardne bakrene cijevi dobro funkcioniraju s mnogim uobičajenim rashladnim sredstvima, iako ponekad zahtijevaju sloj nikalnog premaza ako se koriste za amonijakne otopine. Kada se materijali ne usklade kako treba, s vremenom dolazi do oštećenja unutar samih cijevi i rashladne smjese. Prema istraživanju ASHRAE-a iz 2023. godine, takvo nepoklapanje može smanjiti učinkovitost sustava čak 19%. Dakle, odabir kompatibilnih materijala nije samo dobra praksa, već ključno za dugotrajno i pouzdano funkcioniranje sustava i očuvanje njihovih termalnih performansi.
Vruće vijesti
EN
