Kapilarne cevi delujejo kot ekspanzijske naprave s stalnim premerom odprtine v klimatskih sistemih, kar omogoča pasivno zmanjšanje tlaka tekočega hlajenca. Ko visokotlačni hlajenec vstopi v te ozke cevi (praviloma debelih okoli 0,5 do 2 mm), upor, ki ga povzroča stik s stenami cevi, povzroči postopno zmanjšanje tlaka. Nato se zgodi nekaj zanimivega – predhlajena tekočina se pretvori v mešanico pare in tekočine pri nižjem tlaku in temperaturi, kar omogoča učinkovito absorpcijo toplote v izparilnem delu sistema. Pomembna prednost je, da naprava v celoti vsebuje nepomične komponente. To mehansko preprostost so v praksi že dolgo potrdili mnogi tehnični delavci pri različnih vgradnjax klimatskih sistemov.
Majhne klimatske naprave popolnoma temeljijo na fizični obliki kapilarne cevi za nadzor pretoka hladilnega sredstva. Količina hladilnega sredstva, ki prehaja skozi cev, resnično zavisi od njenega premera in dolžine. Če nekdo podaljša cev za 20 %, bo običajno pretok hladilnega sredstva zmanjšan za približno tretjino, saj se zaradi daljše cevi poveča notranji trenje. Ko cevi postanejo preozke, povzročajo podobne težave z uporom, kot jih povzročajo tudi zapletena mehanska ekspanzijska ventila. Zanimivo pri teh preprostih sistemih je, da se samodejno prilagajajo spremembam tlaka znotraj sistema. Vzemimo za primer toplejše zunanje temperature. Ko se segreje, se poveča tlak v kondenzatorju, kar povzroči večji pretok hladilnega sredstva skozi kapilarno cev, in sicer brez potrebe po zapleteni elektroniki ali senzorjih, ki bi to nadzorovale.
Ko hladilo prehaja skozi kapilarno cev, se pojavi precejšnje zmanjšanje tlaka, včasih celo več kot 100 psi, medtem ko prehaja iz tekočega stanja v mešanico tekočine in pare, ki jo imenujemo dvofazna mešanica. Večina tega izgube tlaka se dejansko pojavi že na začetku, okoli 90 % se zgodi v prvem tretjini cevi. Ko hladilo doseže vstopno šobo izhlapevalnika, se tlak običajno ustali med 60 in 80 psi za standardna hladila, kot je R-410A ali podobna, ki se pogosto uporabljajo danes. Način pretoka v bistvu sledi tej formuli: Q je sorazmeren z delta P pomnoženim z D na četrto potenco, deljenim z L. Pri tem D predstavlja notranji premer cevi, medtem ko L predstavlja njeno skupno dolžino.
Učinkovitost kapilarnih cevi resnično temelji na pravi geometriji. Ko cevi postanejo daljše, ustvarijo več upora, kar zmanjša količino hladila, ki teče skozi njih. Cevi večjega premera pa omogočajo prehod večjega množstva hladila. Če te meritve niso prave, lahko pride do težav – tlak se bodisi premalo zmanjša bodisi porabi preveč energije. To je zelo pomembno za te majhne klimatske naprave s kapilarnimi cevami, ker preprosto ni veliko prostora. Tudi majhne spremembe v dimenzijah imajo velik vpliv, kadar je prostor omejen. Da bi vse delovalo pravilno, morajo tehniki izmeriti dimenzije do milimetra, da ustrezajo zahtevam sistema glede zmogljivosti in učinkovitosti.
Notranji premer skupaj z dolžino cevi ima pomembno vlogo pri določanju stopnje padca tlaka med komponentama kondenzatorja in izhlapevalnika. Če pogledamo dejanske številke iz poročila ASHRAE osnove 2022, ugotovimo, da povečanje premera za samo 0,5 mm privede do približno 40 % boljše pretokovne zmogljivosti. Nasprotno pa dodajanje še enega metra dolžine cevi praviloma povzroči povečanje padca tlaka med 15 % in 22 %. Večina inženirjev, ki delajo na teh sistemih, se prvo prilagaja premeru cevi, ko naredijo večje spremembe pretoka, nato pa se ukvarjajo z natančnejšimi prilagoditvami dolžine. Ta pristop jim pomaga dosegati boljše učinke podhlajevanja, hkrati pa zagotavlja gladko delovanje celotnega sistema brez nepričakovanih nihanj.
Preveč dolge cevi zmanjšajo tlak v izparilniku, kar povečuje delo kompresorja, medtem ko prevelike premeri povečujejo tveganje poplave zaradi tekočega udarja. Največja COP sistema se doseže, ko se tlak ohranja med 1,8–2,5 MPa in je usklajen z ustrezno razliko temperatur nasičenosti.
Inženirji uporabljajo dva osnovna pristopa: empirične tabele, ki povezujejo pretok hladilnega sredstva s tlačnimi razlikami, in analitične modele, ki vključujejo brezrazsežna števila, kot so Reynoldsovo in Machovo število. Pri sodobnem načrtovanju se vse bolj zanašajo na računalniško dinamiko tekočin (CFD), ki dosegla do 97 % natančnost pri napovedovanju masnega pretoka v primerjavi s tradicionalnimi metodami dimenzioniranja.
Masni pretok v teh manjših klimatskih napravah je odvisen od več dejavnikov, vključno z obliko in velikostjo cevi, vrsto uporabljenega hlajenca ter razliko v tlakih znotraj sistema. Če se osredotočimo na sisteme z R134a, se pri povečanju vstopnega tlaka za samo 1 bar skupni pretok poveča za nekaj med 18 do 22 odstotkov, kar navaja Ročnik ASHRAE iz leta 2006. Ko govorimo o pogojih zoženega pretoka, ti nastanejo, ko izstopni tlak pade na približno 35 do 40 odstotkov vstopnega tlaka, kar nato prepreči nadaljnje povečanje pretoka. Za bolj konkretne številke si oglejmo tipično konfiguracijo, kjer bi nekdo namestil cev s premerom 1,0 mm in dolžino približno 3,3 metra. Pri normalnih delovnih pogojih z uporabo 15-barvnega tlaka bi ta konfiguracija omogočila pretok približno 16 kilogramov hlajenca na uro skozi sistem. Tehniki, ki delajo na teh sistemih, morajo med namestitvijo in vzdrževanjem upoštevati vse te medsebojne odnose.
Vhodna faza pomembno vpliva na učinkovitost. Vhod podhlajene tekočine omogoča za 35 % višje pretokne hitrosti v primerjavi z dvofaznimi zmesmi zaradi zmanjšane nastajanja pare in povezanih izgub. Na primer:
Predčasna uparjanje znotraj cevi povzroča nihanje tlaka (2–3 bar), kar zmanjšuje stabilnost. Študije modeliranja pretoka potrjujejo, da ohranjanje vsaj 8 K podhlajenosti prepreči zgodnje uparjanje v 89 % majhnih klimatskih napravah.
Po zaÄetni metastabilni tekoÄi fazi se hitro razÅ¡irjanje pospeÅ¡i v zadnjem tretjini cevi, kjer lahko temperaturni gradienti presežajo 50°C/m. To poudarja pomembnost natanÄne polnitve hlajenca in naÄrtovanja sistema.
Kapilarne cevi pri parno-kompresijskih sistemih igrajo pomembno vlogo, saj delujejo kot naprave s stalnim odsekom za ekspanzijo in povezujejo visokotlačni kondenzator s t. i. nizkotlačnim uparjalnikom. Ko hladilno sredstvo vstopi v te ozke cevi, pride do nenadnega zmanjšanja tlaka, kar povzroči pojav takozvane hitro uparjanje. Zanimivo je, da se visokotlačna podhlajena tekočina pretvori v hladnejšo nasičeno zmes, ki lahko nato v komponenti uparjalnika učinkovito prevzame toploto. Glavna razlika med kapilarnimi cevmi in termostatskimi ekspanzijskimi ventili je v tem, da te cevi ne potrebujejo senzorjev ali premikajočih se delov. Zaradi tega so zlasti primerne za uporabo v aplikacijah, kjer je potrebno čim manj vzdrževanja in kjer so sistemi popolnoma zaprto od zunanjega vplivanja.
Kapilarne cevi se zaradi svoje zanesljivosti in preprostosti pogosto uporabljajo v aplikacijah z omejenimi stroški in stalnim obremenitvam. Pogoste naprave vključujejo:
The majhna kapilarna cev načrtovanje je zlasti učinkovito v kompaktnih sistemih, kjer sta prostor in zanesljivost ključna. Ti sistemi običajno delujejo pod 5 tone in najbolje delujejo v stabilnih okoljskih pogojih. Zaradi svoje samokompenzacijske narave omogočajo prilagoditev manjšim spremembam obremenitve brez elektronske kontrole, s čimer povečajo vzdržljivost v stalnih tesnih sistemih.
Kapilarne cevi prinašajo resne prednosti, kadar gre za manjše sisteme za ogrevanje, hlajenje in prezračevanje. Ker v njih ni premikajočih se komponent, s tem ni mehanske obrabe v času, kar zmanjša potrebo po vzdrževanju in okvare. Dejstvo, da te cevi zasedejo zelo malo prostora, olajša vgradnjo v tesna mesta. Poleg tega njihova sposobnost natančnega reguliranja pretoka tekočine pomaga ohranjati stabilno delovanje sistema v različnih pogojih. Nedavna poročila iz leta 2024 o zanesljivosti sistemov za ogrevanje, hlajenje in prezračevanje so pokazala zanimivost - sistemi, ki uporabljajo kapilarne cevi, so imeli okoli 32 odstotkov manj servisnih klicev zaradi težav s širitvenimi napravami v primerjavi s tistimi, ki so se zanašali na elektronske različice.
Kapilarne cevke samodejno prilagajajo pretok hladila, ko se spremeni obremenitev sistema. Ko ima izhlapevalnik višjo obremenitev, se poveča tudi diferenčni tlak, kar potisne več hladila skozi cevko. Nasprotno, ko obremenitev upade, pretok naravno upade brez kakršnega koli zunanjega posega. Kar dela te cevke tako uporabne, je dejstvo, da ohranjajo stabilno delovanje skozi vse to, brez potrebe po naprednih senzorjih ali kontrolnih sistemih. Vendar obstaja ena težava. Ker imajo kapilarne cevke fiksne dimenzije, ne delujejo dobro v primerih, kjer se obremenitev razlikuje za več kot približno 40 % od prvotno predvidene vrednosti. To omejitev pomeni, da morajo upravljavci biti previdni pri prilagajanju zahtevanih pogojev aplikacij specifikacijam cevke.
Izbira ustrezne kapilarne cevke vključuje uravnoteženje treh ključnih dejavnikov:
Danes je zelo pomembno izbrati prave kombinacije materialov, še posebej pri uporabi novih hladilnih sredstev, kot sta R-454B ali R-32. Standardne bakrene cevi ustrezajo za mnogo običajnih hladilnih sredstev, včasih pa potrebujejo sloj nikeljevega prevleka, če uporabljamo amonijeve raztopine. Če se materiali ne prilagodijo pravilno, se sčasoma začnejo razpadati tako znotraj cevi kot v mešanici hladilnega sredstva. Kot je razvidno iz raziskav ASHRAE iz leta 2023, lahko ta neprilagoditev zmanjša učinkovitost sistema skoraj za 19 %. Zato izbira združljivih materialov ni zgolj dobra praksa, temveč ključ do zanesljivega delovanja sistemov letos in letos ter ohranjanja njihovih termalnih zmogljivosti.
Tople novice
EN
