Țevile capilare funcționează ca dispozitive de expansiune cu orificiu fix în cadrul sistemelor HVAC, permițând reducerea pasivă a presiunii agentului frigorific lichid. Atunci când agentul frigorific sub presiune ridicată curge în aceste țevi subțiri (de obicei cu grosimea de aproximativ 0,5 până la 2 mm), rezistența creată de pereții țevii determină o scădere treptată a presiunii. Ceea ce urmează este destul de interesant - lichidul subrăcit se transformă într-un amestec de vapori și lichid la o presiune și temperatură mai scăzută, ceea ce îl pregătește pentru a absorbi eficient căldura în partea de vaporizare a sistemului. Un mare avantaj în acest caz este faptul că nu există niciun component mecanic mobil implicat. Această simplitate mecanică s-a dovedit eficientă de-a lungul timpului, fiind confirmată de numeroși tehnicieni în urma experiențelor lor practice în diverse instalații HVAC.
Unitățile mici de aer condiționat depind complet de forma fizică a tubului capilar pentru controlul fluxului de agent frigorific. Cantitatea de agent frigorific care trece prin tub depinde cu adevărat de lungimea și lățimea acestuia. Dacă cineva face tubul cu 20% mai lung, de obicei va observa aproximativ o treime mai puțin agent frigorific trecând prin el, deoarece apare o frecare mai mare în interior. Atunci când tuburile devin prea înguste, ele creează probleme similare de rezistență, asemănătoare cu cele produse de valvele mecanice sofisticate de expansiune. Ceea ce este interesant în legătură cu aceste designuri simple este modul în care se ajustează automat atunci când presiunile se schimbă în interiorul sistemului. Luați, de exemplu, temperaturile mai mari ale aerului exterior. Pe măsură ce devine mai cald, presiunea din condensor crește, iar acest lucru duce, de fapt, la trecerea unui volum mai mare de agent frigorific prin tubul capilar, fără nicio intervenție, fără componente electronice complicate sau senzori care să gestioneze acest proces.
Când agentul frigorific se deplasează prin tubul capilar, acesta suferă o cădere semnificativă de presiune, uneori chiar peste 100 psi, în timpul tranziției sale din starea lichidă către acea combinație de lichid și vapori pe care o numim amestec bifazic. Majoritatea acestor pierderi de presiune au loc chiar la început, de fapt circa 90% se produc în prima treime a lungimii tubului. Până când ajunge la intrarea în vaporizator, presiunile se stabilizează de obicei între 60 și 80 psi pentru agenți frigorifici standard precum R-410A sau alții similari, frecvent utilizați în prezent. Modul în care fluidul curge urmează în esență această formulă: Q este proporțional cu delta P înmulțit cu D la puterea a patra, împărțit la L. Aici, D reprezintă diametrul interior al tubului, iar L lungimea sa totală.
Performanța tuburilor capilare depinde cu adevărat de obținerea corectă a geometriei. Atunci când tuburile devin mai lungi, ele creează o rezistență mai mare, ceea ce reduce cantitatea de agent frigorific care circulă prin ele. Tuburile cu diametru mai mare permit trecerea unei cantități mai mari de agent frigorific. Dacă aceste măsurători sunt incorecte, pot apărea probleme indiferent dacă scăderea de presiune este prea mică sau se consumă mult prea multă energie. Acest aspect este foarte important pentru acele sisteme mini de aer condiționat cu tuburi capilare, deoarece spațiul disponibil este foarte limitat. Chiar și modificările mici ale dimensiunilor contează foarte mult atunci când spațiul este restrâns. Pentru ca lucrurile să funcționeze corect, tehnicienii trebuie să măsoare la nivel de milimetru, astfel încât toate dimensiunile să se potrivească cu cerințele sistemului privind capacitatea și eficiența.
Diametrul interior împreună cu lungimea tubului joacă un rol major în determinarea cantității de scădere a presiunii dintre componentele condensatorului și evaporatorului. Analizând datele reale din raportul ASHRAE din 2022 privind fundamentalele, constatăm că mărirea diametrului cu doar 0,5 mm duce la o capacitate de curgere cu aproximativ 40% mai bună. Pe de altă parte, adăugarea încă unui metru la lungimea tubului duce, în general, la creșteri ale scăderii de presiune undeva între 15% și 22%. Majoritatea inginerilor care lucrează la aceste sisteme tind să ajusteze mai întâi diametrele atunci când fac modificări majore ale curgerii, iar apoi intră în detaliile mai fine prin ajustarea lungimilor. Această abordare îi ajută să obțină efecte de subrăcire mai bune, în timp ce întregul sistem funcționează fără întreruperi și fără fluctuații neașteptate.
Tuburile prea lungi reduc presiunea în vaporizator, crescând munca compresorului, iar diametrele prea mari măresc riscul de inundații cauzat de loviturile de lichid. Coeficientul maxim de performanță (COP) al sistemului este atins atunci când căderea de presiune este menținută între 1,8–2,5 MPa și este corelată cu diferențialele corespunzătoare ale temperaturii de saturație.
Inginerii folosesc două abordări principale: diagrame empirice care corelează debitul de agent frigorific cu diferențialele de presiune și modele analitice care includ numere adimensionale precum Reynolds și Mach. Proiectarea modernă se bazează din ce în ce mai mult pe dinamica fluidelor computațională (CFD), care atinge o acuratețe de până la 97% în previzionarea debitului masic comparativ cu metodele tradiționale de dimensionare.
Debitul masic în aceste unități mai mici de climatizare depinde de mai mulți factori, inclusiv de forma și dimensiunea tuburilor, tipul de agent frigorific utilizat și diferența de presiune din interiorul sistemului. Privind în mod specific sistemele cu R134a, dacă există o creștere cu doar 1 bar în presiunea de intrare, aceasta tinde să crească debitul general cu aproximativ 18 până la 22 la sută, conform ASHRAE Handbook din 2006. Atunci când vorbim despre condiții de blocare a curgerii, acestea apar atunci când presiunea de ieșire scade la aproximativ 35-40 la sută din ceea ce era la intrare, ceea ce oprește creșterea suplimentară a debitului. Pentru a oferi niște cifre concrete, analizați un sistem obișnuit unde cineva ar putea instala un tub cu diametrul de 1,0 mm și o lungime de aproximativ 3,3 metri. În condiții normale de funcționare, cu o presiune aplicată de 15 bari, o astfel de configurație ar furniza aproximativ 16 kilograme pe oră de agent frigorific prin sistem. Tehnicienii care lucrează la aceste sisteme trebuie să țină cont de toate aceste relații în timpul instalării și întreținerii.
Faza de intrare afectează semnificativ performanța. Intrarea cu lichid subrăcit susține un debit cu 35% mai mare decât în cazul amestecurilor bifazice, datorită reducerii formării vaporilor și pierderilor asociate. De exemplu:
Vaporizarea prematură n interiorul tubului provoacă fluctuații de presiune (2–3 bar), reducând stabilitatea. Studiile de modelare a curgerii confirmă faptul că menținerea unei subrăciri de cel puțin 8K previne vaporizarea timpurie în 89% dintre aplicațiile mici de AC.
După o fază lichidă metastabilă inițială, expansiunea se accelerează rapid în ultima treime a tubului, unde gradientele de temperatură pot depăși 50°C/m. Aceasta subliniază importanța unei încărcături corecte de agent frigorific și a proiectării sistemului.
Tuburile capilare au un rol esențial în sistemele de comprimare a vaporilor, acționând ca dispozitive de expansiune cu orificiu fix care conectează secțiunea condensatorului la presiune ridicată cu partea evaporatorului la presiune scăzută a sistemului. Atunci când agentul frigorific curge prin aceste tuburi înguste, apare o scădere bruscă a presiunii, ceea ce duce la vaporizarea instantanee. Ceea ce se întâmplă aici este destul de interesant – lichidul subrăcit la presiune ridicată este transformat într-un amestec saturat mai rece, care poate absorbi apoi eficient căldura în componenta evaporatorului. O diferență majoră între tuburile capilare și valvele termostate de expansiune este că aceste tuburi nu necesită deloc senzori sau componente mobile. Acest lucru le face potrivite în special pentru aplicații unde întreținerea trebuie să fie minimă, iar sistemele sunt complet sigilate împotriva interferențelor externe.
Tuburile capilare sunt utilizate pe scară largă în aplicații cu costuri sensibile și sarcină fixă datorită fiabilității și simplității lor. Sistemele comune includ:
The țeavă capilară pentru AC de dimensiune mică designul este deosebit de eficient în instalații compacte unde spațiul și fiabilitatea sunt prioritare. Aceste sisteme funcționează de obicei sub 5 tone și își fac treaba cel mai bine în condiții ambientale stabile. Natura lor autocompensatoare permite adaptarea la schimbări minore ale sarcinii fără control electronic, crescând durabilitatea în sistemele etanșate permanente.
Tuburile capilare aduc unele beneficii reale atunci când vine vorba de sisteme HVAC mai mici. Deoarece nu există nicio componentă în mișcare, acest lucru înseamnă că nu apare uzură mecanică în timp, ceea ce reduce atât nevoile de întreținere, cât și defecțiunile. Faptul că aceste tuburi ocupă foarte puțin spațiu le face ușor de montat chiar și în instalații strâmte. În plus, capacitatea lor de a regla destul de precis fluxul de fluid ajută la menținerea unei performanțe constante a sistemului în diferite condiții. Un raport recent din 2024 privind fiabilitatea sistemelor HVAC a arătat ceva interesant - sistemele care folosesc tuburi capilare au avut cu aproximativ 32% mai puține apeluri de service pentru probleme legate de dispozitive de expansiune decât cele care se bazează pe versiuni electronice.
Tuburile capilare își ajustează automat debitul agentului frigorific atunci când apar modificări ale sarcinii sistemului. Atunci când evaporatorul are o sarcină mai mare, diferența de presiune crește, ceea ce determină trecerea unui agent frigorific mai mare prin tub. În mod contrar, atunci când sarcina scade, debitul se reduce pur și simplu în mod natural, fără nicio intervenție exterioară. Ceea ce face aceste tuburi atât de utile este faptul că mențin o funcționare stabilă pe tot parcursul acestui proces, fără a necesita senzori sofisticați sau sisteme de control. Există totuși o limitare. Deoarece tuburile capilare au dimensiuni fixe, nu funcționează bine în situațiile în care variațiile de sarcină depășesc cu aproximativ 40% nivelul pentru care au fost inițial proiectate. Această limitare înseamnă că operatorii trebuie să fie atenți la potrivirea cerințelor aplicației cu specificațiile tubului.
Selectarea tubului capilar potrivit implică echilibrarea a trei factori principali:
Alegerea combinațiilor potrivite de materiale este foarte importantă în prezent, în special atunci când se lucrează cu refrigerente mai noi, cum ar fi R-454B sau R-32. Țeava standard din cupru funcționează bine pentru multe refrigerente obișnuite, deși uneori are nevoie de un strat de nichel dacă se lucrează cu soluții pe bază de amoniac. Atunci când materialele nu se potrivesc corespunzător, lucrurile încep să se deterioreze în timp, atât în interiorul țevilor, cât și în amestecul de refrigerent. Conform unui studiu realizat de ASHRAE în 2023, această neconcordanță poate reduce eficiența sistemului cu aproape 19%. Așadar, alegerea materialelor compatibile nu este doar o practică bună, ci este esențială pentru ca sistemele să funcționeze în mod fiabil, an de an, menținându-și capacitatea de performanță termică.
Știri Populare
EN
