Tabung kapiler berfungsi sebagai perangkat ekspansi dengan orifice tetisistem HVAC, memungkinkan penurunan tekanan secara pasif pada refrigeran cair. Saat refrigeran bertekanan tinggi mengalir ke dalam tabung-tabung sempit ini (biasanya sekitar 0,5 hingga 2 mm tebalnya), resistensi yang terbentuk di dinding tabung menyebabkan penurunan tekanan secara bertahap. Yang terjadi selanjutnya cukup menarik - cairan terlalu dingin berubah menjadi campuran uap dan cairan pada tekanan dan suhu yang lebih rendah, sehingga siap menyerap panas secara efisien di bagian evaporator sistem. Salah satu keuntungan besar di sini adalah tidak adanya komponen bergerak sama sekali. Kesederhanaan mekanis ini telah terbukti berfungsi dengan baik sepanjang waktu, sebuah pengalaman yang telah diamati secara langsung oleh banyak teknisi selama bekerja dengan berbagai instalasi HVAC.
Unit pendingin udara kecil sepenuhnya bergantung pada bentuk fisik tabung kapiler untuk mengendalikan aliran refrigeran. Jumlah refrigeran yang mengalir benar-benar bergantung pada seberapa panjang dan lebar tabung tersebut. Jika seseorang membuat tabung 20% lebih panjang, biasanya akan terlihat sekitar sepertiga lebih sedikit refrigeran yang mengalir karena memang terjadi lebih banyak gesekan di dalamnya. Ketika tabung terlalu sempit, hal tersebut menimbulkan jenis hambatan yang sama seperti katup ekspansi mekanis canggih. Yang menarik dari desain sederhana ini adalah kemampuan mereka untuk secara otomatis menyesuaikan diri ketika tekanan dalam sistem berubah. Ambil contoh suhu udara luar yang lebih hangat. Saat semakin panas, tekanan kondensor meningkat, dan hal ini secara otomatis menyebabkan lebih banyak refrigeran mengalir melalui tabung kapiler, tanpa memerlukan perangkat elektronik atau sensor rumit untuk mengaturnya.
Ketika refrigeran bergerak melalui tabung kapiler, refrigeran tersebut mengalami penurunan tekanan yang cukup besar, terkadang lebih dari 100 psi, selama perpindahannya dari keadaan cair ke campuran cair dan uap yang kita sebut campuran dua fase. Sebagian besar penurunan tekanan ini terjadi tepat di awal, sebenarnya sekitar 90% terjadi dalam sepertiga bagian pertama tabung itu sendiri. Pada saat refrigeran mencapai inlet evaporator, tekanan biasanya berada di kisaran 60 hingga 80 psi untuk refrigeran standar seperti R-410A atau yang sejenis yang umum digunakan saat ini. Cara aliran fluida tersebut pada dasarnya mengikuti rumus ini Q sebanding dengan delta P dikalikan D pangkat empat dibagi L. Di sini, D mewakili diameter dalam tabung sementara L mewakili panjang keseluruhan tabung.
Kinerja pipa kapiler benar-benar bergantung pada ketepatan geometri. Ketika pipa semakin panjang, hambatan yang dihasilkan meningkat sehingga mengurangi jumlah refrigeran yang mengalir melalui pipa tersebut. Pipa dengan diameter lebih besar memungkinkan lebih banyak aliran melewati. Kesalahan dalam pengukuran ini akan menyebabkan masalah, baik itu penurunan tekanan terlalu sedikit atau penggunaan energi yang terlalu tinggi. Hal ini sangat penting untuk sistem pendingin kecil yang menggunakan pipa kapiler karena ruang yang tersedia sangat terbatas. Perubahan kecil dalam dimensi pipa akan sangat berpengaruh ketika ruang terbatas. Agar sistem bekerja dengan baik, teknisi perlu melakukan pengukuran hingga tingkat milimeter agar semua parameter sesuai dengan kebutuhan kapasitas dan efisiensi sistem.
Diameter dalam yang dikombinasikan dengan panjang tabung memainkan peran penting dalam menentukan seberapa besar penurunan tekanan terjadi antara komponen kondensor dan evaporator. Berdasarkan angka aktual dari laporan ASHRAE tahun 2022 mengenai prinsip-prinsip dasar, kami menemukan bahwa peningkatan diameter sebesar 0,5 mm saja menghasilkan kapasitas aliran sekitar 40% lebih baik. Di sisi lain, penambahan panjang tabung sebanyak satu meter umumnya menyebabkan peningkatan penurunan tekanan antara 15% hingga 22%. Kebanyakan insinyur yang bekerja pada sistem ini cenderung mengatur diameter terlebih dahulu ketika melakukan perubahan aliran secara keseluruhan, kemudian masuk ke detail yang lebih halus dengan menyetel panjang tabung. Pendekatan ini membantu mereka mencapai efek subcooling yang lebih baik sambil menjaga keseluruhan sistem berjalan lancar tanpa fluktuasi tak terduga.
Tabung yang terlalu panjang berlebihan mengurangi tekanan evaporator, meningkatkan kerja kompresor, sedangkan diameter yang terlalu besar menaikkan risiko floodback akibat liquid slugging. Koefisien performa (COP) sistem maksimum dicapai ketika penurunan tekanan dipertahankan antara 1,8–2,5 MPa dan diselaraskan dengan diferensial suhu jenuh yang sesuai.
Insinyur menggunakan dua pendekatan utama: bagan empiris yang menghubungkan aliran refrigeran dengan perbedaan tekanan, dan model analitis yang mencakup angka tak berdimensi seperti Reynolds dan Mach. Desain modern semakin mengandalkan computational fluid dynamics (CFD), yang mencapai akurasi hingga 97% dalam memprediksi laju aliran massa dibandingkan metode perhitungan konvensional.
Laju aliran massa pada unit pendingin udara yang lebih kecil bergantung pada beberapa faktor termasuk bentuk dan ukuran pipa, jenis refrigeran yang digunakan, serta perbedaan tekanan di dalam sistem. Jika kita melihat secara khusus pada sistem R134a, peningkatan tekanan masuk sebesar hanya 1 bar cenderung meningkatkan laju aliran secara keseluruhan sekitar 18 hingga 22 persen menurut ASHRAE Handbook tahun 2006. Saat kita berbicara tentang kondisi aliran terbatas (choked flow), kondisi ini terjadi ketika tekanan keluar turun hingga sekitar 35 hingga 40 persen dari tekanan masuk, yang kemudian menghentikan peningkatan aliran lebih lanjut. Untuk memberikan angka yang konkret, pertimbangkan sebuah instalasi khas di mana seseorang memasang pipa berdiameter 1,0 mm dan panjang sekitar 3,3 meter. Dalam kondisi operasi normal dengan tekanan sebesar 15 bar diterapkan, konfigurasi seperti ini akan mengalirkan sekitar 16 kilogram per jam refrigeran melalui sistem. Teknisi yang bekerja pada sistem-sistem ini perlu memperhatikan semua hubungan ini selama pemasangan dan pemeliharaan.
Fase inlet memengaruhi kinerja secara signifikan. Masukan cair subcooled mendukung laju aliran 35% lebih tinggi dibandingkan campuran dua fase karena berkurangnya pembentukan uap dan kerugian yang terkait. Contohnya:
Penguapan dini di dalam tabung menyebabkan fluktuasi tekanan (2–3 bar), mengurangi stabilitas. Studi pemodelan aliran mengonfirmasi bahwa mempertahankan setidaknya 8K sub-dingin mencegah penguapan dini pada 89% aplikasi AC kecil.
Setelah fase cair metastabil awal, ekspansi berjalan cepat pada sepertiga akhir tabung, di mana gradien suhu dapat melampaui 50°C/m. Hal ini menegaskan pentingnya pengisian refrigeran yang akurat dan desain sistem.
Tabung kapiler memainkan peran penting dalam sistem kompresi uap dengan bertindak sebagai perangkat ekspansi orifice tetap yang menghubungkan bagian kondensor bertekanan tinggi ke bagian penguap bertekanan rendah dalam sistem. Ketika refrigeran mengalir ke dalam tabung-tabung sempit ini, terjadi penurunan tekanan secara mendadak yang menyebabkan terjadinya penguapan mendadak (flash evaporation). Yang terjadi di sini cukup menarik, cairan bertekanan tinggi yang telah didinginkan di bawah titik jenuhannya berubah menjadi campuran jenuh yang lebih dingin yang kemudian dapat menyerap panas secara efektif di dalam komponen penguap. Salah satu perbedaan utama antara tabung kapiler dan katup ekspansi termostatik adalah bahwa tabung-tabung ini sama sekali tidak memerlukan sensor maupun komponen bergerak. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi di mana kebutuhan pemeliharaan harus minimal dan sistem sepenuhnya terlindungi dari gangguan eksternal.
Tabung kapiler banyak digunakan dalam aplikasi dengan beban tetap yang sensitif terhadap biaya karena keandalan dan kesederhanaannya. Sistem umum meliputi:
The tabung kapiler ac kecil desain ini sangat efektif dalam instalasi kompak di mana ruang dan keandalan menjadi sangat penting. Sistem-sistem ini umumnya beroperasi di bawah 5 ton dan bekerja paling baik dalam kondisi lingkungan yang stabil. Sifatnya yang mampu mengkompensasi sendiri memungkinkan adaptasi terhadap perubahan beban kecil tanpa kontrol elektronik, meningkatkan ketahanan dalam sistem segel permanen.
Pipa kapiler memberikan beberapa manfaat nyata dalam penerapan pada sistem HVAC yang lebih kecil. Karena sama sekali tidak memiliki komponen bergerak, hal ini berarti tidak ada keausan mekanis yang terjadi seiring waktu, sehingga mengurangi kebutuhan pemeliharaan dan risiko kerusakan. Fakta bahwa pipa ini membutuhkan ruang yang sangat kecil membuatnya mudah dipasang di instalasi dengan keterbatasan ruang. Selain itu, kemampuan pipa kapiler dalam mengatur aliran cairan dengan cukup akurat membantu menjaga kinerja sistem tetap stabil dalam berbagai kondisi. Sebuah laporan terbaru pada tahun 2024 mengenai keandalan HVAC menunjukkan temuan yang menarik—sistem yang menggunakan pipa kapiler memiliki sekitar 32 persen lebih sedikit panggilan layanan untuk masalah pada perangkat ekspansi dibandingkan sistem yang mengandalkan versi elektronik.
Tabung kapiler menyesuaikan aliran refrigeran secara otomatis ketika terjadi perubahan beban sistem. Ketika evaporator memiliki beban yang lebih tinggi, perbedaan tekanan meningkat sehingga mendorong lebih banyak refrigeran melewati tabung. Sebaliknya, ketika beban menurun, aliran akan berkurang secara alami tanpa memerlukan intervensi eksternal. Yang membuat tabung ini sangat berguna adalah kemampuannya untuk mempertahankan operasi yang stabil sepanjang proses ini tanpa memerlukan sensor atau sistem kontrol yang rumit. Ada satu kelemahan, yaitu karena tabung kapiler memiliki dimensi tetap, maka performanya tidak optimal dalam situasi di mana variasi beban melebihi sekitar 40% dari desain awal, baik di atas maupun di bawah. Keterbatasan ini berarti operator perlu hati-hati dalam memastikan kesesuaian antara persyaratan aplikasi dengan spesifikasi tabung.
Memilih tabung kapiler yang tepat melibatkan keseimbangan antara tiga faktor utama:
Mendapatkan kombinasi material yang tepat sangat penting saat ini, terutama ketika bekerja dengan refrigeran baru seperti R-454B atau R-32. Pipa tembaga standar bekerja dengan baik untuk banyak refrigeran biasa di pasaran, meskipun terkadang membutuhkan lapisan nikel jika kita menggunakan solusi berbasis amonia. Ketika material tidak sesuai, sistem akan mulai mengalami kerusakan seiring waktu, baik di dalam pipa maupun dalam campuran refrigeran itu sendiri. Menurut penelitian dari ASHRAE pada tahun 2023, ketidaksesuaian ini dapat mengurangi efisiensi sistem hingga hampir 19%. Oleh karena itu, memilih material yang kompatibel bukan hanya sekadar praktik yang baik, tetapi juga kunci agar sistem tetap berjalan secara andal dari tahun ke tahun sambil mempertahankan kemampuan performa termalnya.
EN
Berita Terkini