Kapilarna cev koja se nalazi kod klima-uređaja predstavlja važan deo sistema grejanja i hlađenja, smeštena baš između kondenzatora i isparivača. Funkcija ovog komponenta je da kontroliše količinu rashladnog sredstva koje prolazi kroz sistem tako što izaziva efekat pada pritiska. Ovaj proces pretvara rashladno sredstvo visokog pritiska u sredstvo nižeg pritiska pre nego što stigne do dela isparivača. Pošto nema pokretnih delova, fiksni oblik ovih cevi ih čini prilično pouzdanim u poređenju sa drugim opcijama kao što su ekspanzione slavine, a takođe su i jeftinije. Na primer, uobičajena kapilarna cev prečnika oko 0.031 inča. Tako velika cev u normalnim radnim uslovima obično smanjuje nivoe pritiska za otprilike pola, što pomaže u održavanju stabilnog toka rashladnog sredstva kroz sistem.
Način kretanja rashladnog sredstva kroz te sitne kapilarne cevi sledi osnovne termodinamičke principe koje smo učili još u školi. Kada dođe do pada pritiska sa strane kondenzatora na stranu isparivača, dešava se nešto zanimljivo sa rashladnim sredstvom dok menja stanje. Tekuće rashladno sredstvo zapravo upija skrivenu toplotu dok se širi, što je prilično fascinantno ako se malo razmisli o tome. Dok rashladno sredstvo putuje kroz ove uske prolaze, trenje stvara toplotu na putu. To izaziva primetno smanjenje entalpije negde između 120 i čak 150 kJ po kilogramu u većini standardnih sistema. Svi ovi faktori zajedno omogućavaju efikasno kretanje toplote kroz sistem i pomažu u održavanju stabilnog rada čak i kada se potražnja menja tokom dana.
| Dužina cijevi | Unutarnji prečnik | Pritisak pada | Maseni protok |
|---|---|---|---|
| 1.5 m | 0.8 mm | Visok | Nizak |
| 2,2 м | 1.0 mm | Умерено | Srednji |
| 3,0 m | 1.2 mm | Nizak | Visok |
Oblik i veličina kapilarnih cevi zaista utiču na efikasnost sistema. Duže cevi stvaraju veću otpornost protiv protoka tečnosti, dok cevi većeg prečnika dozvoljavaju prolazak veće količine materijala. Neki testovi izvedeni na cevima prečnika 0,5 mm u odnosu na 1,5 mm pokazali su da šire cevi imaju otprilike 63% bolju kapacitet protoka kada su svi ostali uslovi isti. Biranje prave veličine je u stvari potraga za savršenom ravnotežom između premalog i prevelikog. Ako je cev previše mala, isparivač ostaje bez rashladnog sredstva. Ako je prevelika? Kompresor se previše napuni, što niko ne želi. Tehničari provode sate računajući ove stvari, jer upravo tačan proračun čini razliku između energetski efikasnog klima-uređaja i onog koji troši energiju i brže se kvare.
Temperatura rashladnog sredstva koje ulazi u sistem igra važnu ulogu u tome koliko dobro kapilarne cevi rade, jer utiče na gustinu rashladnog sredstva i na to kako se ono menja između tečnog i gasnog stanja. Kada temperatura na ulazu poraste za oko 12 stepeni Celzijusovih, viskoznost R410A smanji se za oko 18%. To čini da rashladno sredstvo brže teče kroz cevi, ali zapravo smanji razliku u pritisku koja je potrebna za pravilan prenos toplote. Analiza podataka iz komercijalnih HVAC instalacija takođe pokazuje nešto veoma važno. Sistemi kod kojih temperatura na ulazu nije u skladu sa predviđenom vrednošću gube čak 23% rashladne snage, prema nedavnim studijama objavljenim od strane ASHRAE-a još 2023. godine. Takvi gubici se tokom vremena značajno akumuliraju za operatere zgrada koji pokušavaju da održe prijatne unutrašnje uslove.
Када се бакарне капиларне цеви загреју, оне се заправо шире за око 0.017% са сваким порастом температуре од 10 степени Целзијуса. Ово ширење узрокује смањење унутрашњег пречника за приближно 0.008 милиметара, што ствара проблеме за проток флуида. Проблем постаје примећив када температура околине пређе 45 степени Целзијуса. Према истраживању објављеном прошле године о протоку хладњака, спирални распоред цеви много боље носи температурне промене у односу на праве цеви. Тестови су показали да спирале смањују варијације протока услед термалних промена за две трећине у односу на традиционалне праве цеви, чинећи их паметним избором за системе који се боре са великим температурним осцилацијама.
R407C pokazuje 31% veću zapreminsku varijaciju protoka u odnosu na R410A kada se spoljašna temperatura menja između 20°C i 40°C. Delimično opterećenje pojačava ovaj efekat, pri čemu kapilarne cevi u kompresorima promenljive brzine imaju 2,7 puta više oscilacija masenog protoka u odnosu na one u sistemima sa fiksnom brzinom.
Док температура прелази 35 степени Целзијуса, отпор кретању не само што расте, већ заправо убрзава, повећавајући се око 42% брже са сваким додатним степеном. Зашто се то дешава? Па, неколико фактора утиче када постане врло вруће. Прво, турбуленција почиње када Рејнолдсов број премаши ознаку од 2.300. Постоји и феномен формирања гасних мехурића у средњим деловима цеви. Такође, не треба заборавити како се храпавост површине током времена повећава. Лабораторијска испитивања су показала и нешто занимљиво. Када температура варира за 10 степени, перформансе система варирају скоро 19% више у поређењу са сличним променама само притиска. Ово показује колико су осетљиве ове мини капиларне цеви чак и на мале температурне варијације током рада.
Рад Р22, Р407Ц и Р410А значајно се разликује у системима са капиларним цевима због њихових различитих особина као што су вискозност, густина и карактеристике скривене топлоте. Када су тестиране на температури околине од око 45 степени Целзијуса, студије које су објавиле Ким и сарадници 2002. године показале су да Р22 заправо премешта око 12 до 18 посто више масе кроз идентичне цеви у поређењу са Р407Ц. Али постоји и друга страна приче. Р410А успева да постигне отприлике 15 до 22 посто бољу ефикасност преноса топлоте у односу на добар стари Р22, иако протиче око 8 до 10 посто спорије по запремини. То чини Р410А популарним избором за новије системе, упркос чињеници да захтева виши радни притисак. Недавна истраживања објављена 2022. године истакла су још један проблем у вези са Р407Ц. Њен температурски клизач (температура глайд) ствара мали али примећен пад ефикасности од око 4 до 7 посто у системима са фиксираним отвором у поређењу са једнокомпонентним хладњачама, нешто за шта техничари морају да имају на уму током пројектовања и одржавања система.
Način na koji se različiti rashladni sredstva ponašaju dosta se menja kada temperature rastu i opadaju. Uzmite, na primer, šta se dešava na temperaturi kondenzacije od oko 30 stepeni Celzijusa. R410A održava stvari prilično stabilnim, sa varijacijom u protoku od svega oko plus-minus 3 procenta. Ali R407C priča drugačiju priču zbog svog zeotropskog ponašanja, prikazujući znatno veće oscilacije, oko plus-minus 9 procenata. Kada pogledamo uslove rada pri niskim opterećenjima, gde se ambijentalne temperature spuste na 15 stepeni Celzijusa, pojavljuju se problemi kod R22. Njegova niža kritična temperatura znači da se gas formira ranije nego što je poželjno, što smanjuje rashladnu moć između 14 i 19 procenata u poređenju sa onim što može da postigne R410A. Zanimljivo je da je još 2003. godine Čoi razvio model koji prilično dobro predviđa ove nelinearne pojave. Predviđanja se poklapaju sa stvarnim merenjima u 88 do 92 procenata slučajeva u opsegu rada od 20 do 55 stepeni Celzijusa, iako niko ne tvrdi da je savršen u svim situacijama.
Надоградња система са R22 на R410A захтева промену димензија капиларне цеви како би се приспособила радна притиска која је за 40% већа. Подаци из 85 пројеката надоградње показују да недовољно димензионисане цеви доводе до:
Коришћење алата за термодинамичку симулацију за рекалибрацију смањило је ове неефикасности за 63% у оптимизованим случајевима, према ASHRAE 2023. годишњим правилима о надоградњи.
Праве капиларне цеви имају тенденцију да одржавају бољу стабилност протока хладњака када температура порасте, јер имају константан попречни пресек на целој дужини. Тестови показују да ове праве конструкције имају око 15% мање падова притиска у поређењу са навијеним алтернативама током тестирања термичким оптерећењем. Једноставан прав цевовод смањује проблеме са турбуленцијом који често настају у навијеним цевима када температура околине достigne око 95 степени Фаренхајта или више. Наравно, навијени модели заузимају мање простора, али савијени делови стварају додатни отпор док флуид пролази кроз њих. Ова повећана трења заправо смањује стабилност масеног протока између 8 и 12% у веома високим температурама, према разним симулацијама система за климатизацију и загревање које су спроведене у последњих неколико година.
Postizanje pravog balansa između prečnika i dužine zaista je važno prilikom projektovanja kapilarnih cevi, naročito s obzirom na to kako se materijali šire pri zagrevanju. Većina inženjera smatra da cevi širine oko 0,03 do 0,05 inča daju prilično dobre rezultate, pri dužinama koje se obično kreću od približno 12 stopa do 20 stopa. Ove dimenzije se pokazuju kao pouzdane u skoro svim vremenskim uslovima koji se javljaju u normalnim uslovima rada, od hladnih zimskih jutara pri temperaturama oko 40 stepeni Farenhajta sve do letnjih vrućina koje dostižu 115 stepeni Farenhajta. Današnji projektanti počinju da uključuju veštačku inteligenciju u svoje simulacione alate, što pomaže u predviđanju načina na koji bi cevi mogle da se deformišu pri različitim temperaturama. Ovo omogućava pametnija odlučivanja o prilagođavanju debljine zida, tako da protok fluida ostane stabilan unutar granica od približno plus-minus 3 posto, čak i tokom ekstremnih promena temperature između sezona.
Korišćenje dinamičkog modelovanja omogućilo je predviđanje ponašanja kapilarnih cevi kada se temperatura u njihovoj okolini promeni. Prema istraživanjima objavljenim prošle godine, računarske simulacije poznate kao CFD (simulacija dinamike fluida) mogu prilično tačno predvideti probleme sa protokom rashladnog sredstva, obično unutar 5% u odnosu na stvarne testove. Ono što čini ove modele toliko dobrim jeste da uzimaju u obzir stvari koje su za praksu ključne, poput prelaska rashladnog sredstva iz tečnog u gasovito stanje i obrnuto, kao i činjenicu da bakarne cevi neznatno dilatiraju pri zagrevanju – otprilike 0,02 milimetra po stepenu Celzijusa. Ovaj detaljan pristup pomaže inženjerima da projektuju bolje konstrukcije, posebno za one zahtevne primene gde je preciznost od presudne važnosti.
Mašinsko učenje transformiše optimizaciju kapilarnih cevi analizom decenijama starih operativnih podataka. Izveštaj industrije iz 2024. godine je utvrdio da dizajni generisani pomoću veštačke inteligencije smanjuju potrošnju energije za 12–18% u poređenju sa konvencionalnim metodama. Međutim, inženjeri moraju da verifikuju izlaze veštačke inteligencije uz pomoć fizičkih testova, naročito za ekstremne uslove koji su van standardnih radnih okvira.
Vodeći proizvođači preuzimaju kapilarne sisteme osetljive na temperaturu sa sledećim karakteristikama:
Ova prilagodljiva strategija održava konstantan rashladni učinak uprkos promenama ambijentalne temperature do 25°C, pri čemu premašuje performanse cevi fiksnog dizajna za 19% u ASHRAE testovima ekstremnih uslova.
Vesti
EN
