Kapilárne rúrky fungujú ako expanzné prvky s pevným otvorom v klimatizačných systémoch, čo umožňuje pasívne zníženie tlaku kvapalného chladiva. Keď chladivo pod vysokým tlakom prúdi do týchto úzkych rúrok (zvyčajne hrubých 0,5 až 2 mm), odpor vytvorený proti stenám spôsobuje postupné zníženie tlaku. Ďalší dej je veľmi zaujímavý – podchladená kvapalina sa mení na zmes pary a kvapaliny pri nižšom tlaku a teplote, čo zabezpečuje jej efektívne využitie na prijímanie tepla v odparovacom zariadení systému. Jednou z veľkých výhod je, že neexistujú žiadne pohyblivé súčiastky. Táto mechanická jednoduchosť sa osvedčila v priebehu času, čo mnohí technici potvrdili svojimi skúsenosťami pri rôznych inštaláciách klimatizačných systémov.
Malé klimatizačné jednotky závisia úplne od fyzického tvaru kapilárnej rúrky na reguláciu prietoku chladiva. Množstvo chladiva, ktoré prechádza, skutočne závisí od dĺžky a šírky rúrky. Ak niekto predĺži rúrku o 20 %, zvyčajne sa pozoruje približne o tretinu nižší prietok chladiva, pretože vo vnútri vzniká väčšia trenie. Keď rúrky príliš zúžia, vznikajú podobné problémy s odporom, ako pri tých najmodernejších mechanických expanzných ventiloch. Zaujímavé na týchto jednoduchých konštrukciách je, ako sa automaticky prispôsobujú zmenám tlaku v systéme. Vezmime si napríklad vyššie vonkajšie teploty. Keď je horúcejšie, zvyšuje sa tlak v kondenzátore a to spôsobuje, že viac chladiva prechádza kapilárnou rúrkou samo o sebe, bez potreby komplikovanej elektroniky alebo snímačov na jeho reguláciu.
Keď chladivo prechádza kapilárnou trubičkou, dochádza k výraznému poklesu tlaku, niekedy viac ako 100 psi, počas prechodu z kvapalného stavu do zmesi, ktorú označujeme ako dvojfázová zmes. Väčšina tohto tlakového stratového javu sa v skutočnosti odohráva hneď na začiatku – približne 90 % sa uskutoční v prvej tretine dĺžky trubičky. Kedykoľvek dosiahne vstup do vyparovača, tlaky sa zvyčajne ustália niekde medzi 60 a 80 psi pre bežné chladivá ako R-410A alebo podobné, ktoré sa dnes bežne používajú. Spôsob prúdenia tekutiny v podstate sleduje tento vzorec: Q je úmerné delta P vynásobenému D na štvrtú mocninu delenému L. Tu D predstavuje vnútorný priemer trubičky, zatiaľ čo L predstavuje jej celkovú dĺžku.
Výkon kapilárnych rúr v skutočnosti závisí od správneho nastavenia geometrie. Keď sa rúry predlžujú, vytvárajú väčší odpor, čo obmedzuje množstvo chladiva, ktoré nimi prechádza. Rúry s väčším priemerom však umožňujú prechod väčšieho množstva látky. Nesprávne určenie týchto rozmerov vedie k problémom – buď tlaková strata je príliš malá, alebo sa spotrebuje príliš veľa energie. To má veľký význam najmä pre tieto malé klimatizačné systémy s kapilárnymi rúrami, pretože priestor na úpravy je veľmi obmedzený. Aj malé zmeny rozmerov majú veľký vplyv, keď je priestor tesný. Aby všetko fungovalo správne, technici musia merať až na milimetrovú úroveň, aby všetky rozmery zodpovedali požiadavkám systému na výkon a účinnosť.
Priemer vnútri a dĺžka trubice zohrávajú hlavnú úlohu pri určovaní veľkosti tlakového poklesu medzi kondenzorom a výparníkom. Pri pohľade na skutočné údaje z ASHRAE správy z roku 2022 sme zistili, že zvýšenie priemeru o len 0,5 mm vedie k približne 40 % zlepšeniu priepustnosti. Na druhej strane, pridanie ďalšieho metra k dĺžke trubice zvyčajne spôsobuje zvýšenie tlakového poklesu medzi 15 % a 22 %. Väčšina inžinierov, ktorí pracujú na týchto systémoch, najskôr menia priemery, keď robia výraznejšie zmeny priepustnosti, a následne doladúvajú detaily úpravou dĺžok. Tento prístup im umožňuje dosiahnuť lepší efekt podchladenia a zároveň udržať celý systém v stabilnej prevádzke bez neočakávaných výkyvov.
Príliš dlhé rúrky znižujú tlak v odparovači, čo zvyšuje prácu kompresora, zatiaľ čo príliš veľké priemery zvyšujú riziko záplavy kvapaliny. Najvyšší koeficient výkonu systému (COP) sa dosahuje, keď sa udržiava rozdiel tlakov v rozsahu 1,8–2,5 MPa a je vhodne prispôsobený rozdielom teplôt nasýtenia.
Inžinieri používajú dva hlavné prístupy: empirické diagramy, ktoré spájajú prietok chladiva s rozdielom tlakov, a analytické modely zahŕňajúce bezrozmerné čísla ako Reynoldsovo a Machovo. Moderný návrh sa čoraz viac opiera o výpočtovú dynamiku tekutín (CFD), ktorá dosahuje až 97 % presnosť pri predpovedaní hmotnostného prietoku v porovnaní s tradičnými metódami určovania veľkosti.
Hmotnostný tok v týchto menších klimatizačných jednotkách závisí od viacerých faktorov, vrátane tvaru a veľkosti rúr, druhu použitého chladiva a rozdielu tlakov v systéme. Ak sa konkrétne pozrieme na systémy s označením R134a, zvýšenie vstupného tlaku o len 1 bar zvyčajne zvýši celkovú rýchlosť toku približne o 18 až 22 percent podľa údajov z ASHRAE Handbook z roku 2006. Keď hovoríme o podmienkach upchatého toku, tieto nastávajú, keď výstupný tlak klesne na približne 35 až 40 percent vstupného tlaku, čo následne zastaví ďalšie zvyšovanie toku. Aby sme poskytli konkrétne čísla, uveďme si bežné usporiadanie, kedy by niekto mohol nainštalovať rúrku s priemerom 1,0 mm a dĺžkou približne 3,3 metra. Pri bežných prevádzkových podmienkach s aplikovaným tlakom 15 barov by takáto konfigurácia preniesla približne 16 kilogramov chladiva za hodinu cez systém. Technici, ktorí pracujú na týchto systémoch, musia mať na pamäti všetky tieto vzťahy počas inštalácie a údržby.
Fáza na vstupe výrazne ovplyvňuje výkon. Vstup podchladenej kvapaliny podporuje o 35 % vyÅ¡Å¡iu prietokovú rýchlosÅ¥ v porovnanà s dvojfázovou zmesou v dôsledku znÞeného tvorenia páry a spojených strát. Napr.:
Predčasné odparovanie vo vnútri rúrky spôsobuje kolísanie tlaku (2–3 bar), čo znižuje stabilitu. Štúdie modelovania toku potvrdzujú, že udržiavanie aspoň 8 K nedochladenia zabráni skorému odparovaniu v 89 % malých klimatizačných aplikácií.
Po počiatočnej metastabilnej kvapalnej fáze sa rýchle rozširovanie urýchľuje v poslednej tretine rúrky, kde teplotné gradienty môžu presiahnuť 50°C/m. To zdôrazňuje význam presného dávkovania chladiva a návrhu systému.
Kapilárne rúrky zohrávajú kľúčovú úlohu v systémoch kompresie pár, kde pôsobujú ako rozdielové expanzné zariadenia s pevnou škrticou, ktoré spájajú vysokotlakovú časť kondenzátora s nízkotlakovou časťou vyparovacej jednotky systému. Keď chladivo prúdi do týchto úzkych rúrok, dochádza k náhlemu poklesu tlaku, čo spôsobuje vznik tzv. škrticového odparovania. Zaujímavé je, že tu dochádza k transformácii vysokotlakového podchladeného kvapalného chladiva na chladnejšiu nasýtenú zmesť, ktorá je následne schopná efektívne pohlcovať teplo vo vnútri vyparovacej jednotky. Jedným z hlavných rozdielov medzi kapilárnymi rúrkami a termostatickými expanznými ventilmi je, že tieto rúrky vôbec nepotrebujú žiadne senzory ani pohyblivé súčiastky. To ich činí obzvlášť vhodnými pre aplikácie, kde je potrebné minimalizovať údržbu a kde sú systémy úplne izolované od vonkajšieho zásahu.
Kapilárne rúrky sa široko používajú v aplikáciách citlivých na náklady a s pevnou záťažou vďaka svojej spoľahlivosti a jednoduchosti. Medzi bežné systémy patria:
The malá ac kapilárna rúrka konštrukcia je obzvlášť účinná v kompaktných inštaláciách, kde sú priestor a spoľahlivosť na prvom mieste. Tieto systémy zvyčajne pracujú pod 5 ton a najlepšie sa osvedčujú za stabilných vonkajších podmienok. Ich samokompenzujúca vlastnosť umožňuje prispôsobenie na drobné zmeny záťaže bez elektronického riadenia, čím sa zvyšuje trvanlivosť v trvalo utesnených systémoch.
Kapilárne trubice prinášajú niektoré reálne výhody, keď ide o menšie systémy HVAC. Keďže sa v nich absolútne nepoužívajú pohyblivé komponenty, znamená to, že nedochádza k mechanickému opotrebuvaniu v priebehu času, čo znižuje potrebu údržby aj počet výpadkov. Skutočnosť, že tieto trubice zaberie veľmi málo miesta, zjednodušuje ich inštaláciu do tesných priestorov. Okrem toho ich schopnosť pomerne presne regulovať tok kvapaliny pomáha udržiavať stabilný výkon systému za rôznych podmienok. Nedávna správa z roku 2024 o spoľahlivosti systémov HVAC odhalila zaujímavú skutočnosť – systémy využívajúce kapilárne trubice mali približne o 32 percent menej výziev na servis kvôli problémom s expanznými zariadeniami v porovnaní s tými, ktoré využívali elektronické verzie.
Kapilárne rúrky automaticky upravujú prietok chladiva, keď sa mení zaťaženie systému. Keď sa zaťaženie vyparovača zvýši, zvýši sa aj rozdiel tlaku, čo spôsobí prechod väčšieho množstva chladiva rúrkou. Naopak, keď zaťaženie klesne, prietok sa bez vonkajšieho zásahu prirodzene zníži. To, čo tieto rúrky činí tak užitočnými, je ich schopnosť udržať stabilnú prevádzku počas týchto zmien bez potreby použitia pokročilých snímačov alebo ovládacích systémov. Je tu však jedna nevýhoda. Keďže kapilárne rúrky majú pevné rozmery, nedokážu dobre fungovať v situáciách, kde sa zaťaženie líši viac než približne 40 % od pôvodne navrhnutého. Toto obmedzenie znamená, že prevádzkovatelia musia byť opatrní pri prispôsobovaní požiadaviek aplikácie špecifikáciám rúrok.
Výber správnej kapilárnej rúrky zahŕňa vyváženie troch kľúčových faktorov:
V súčasnosti veľmi záleží na správnych kombináciách materiálov, najmä keď pracujeme s novšími chladivami, ako je R-454B alebo R-32. Bežné medené rúrky sú vhodné pre mnohé bežné chladivá, niekedy však vyžadujú vrstvu niklového povlaku, ak sa jedná o amoniakálne riešenia. Ak sa materiály nepárujú správne, s časom dochádza k ich rozpadu, a to nielen vo vnútri rúrok samotných, ale aj v zmesi chladiva. Podľa výskumu z roku 2023 od ASHRAE môže takáto nesúlade znížiť účinnosť systému až o 19 %. Výber kompatibilných materiálov preto nie je len dobrým zvykom, ale kľúčovým faktorom, ktorý zabezpečuje spoľahlivý prevádzku systémov rok čo rok a zachováva ich tepelné výkonové schopnosti.
EN
Horúce správy