Kapiler borular, HVAC sistemlerinde sabit orijli genleşme cihazı olarak çalışarak sıvı soğutucu akışkanın pasif olarak basıncının düşmesini sağlar. Yüksek basınçlı soğutucu akışkan bu dar borulara (genellikle 0,5 ila 2 mm kalınlığında) girdiğinde, boru duvarlarına karşı oluşturulan direnç nedeniyle basınçta gradu bir düşüş meydana gelir. Bundan sonra olanlar oldukça ilginçtir - aşırı soğutulmuş sıvı, daha düşük basınç ve sıcaklıkta buhar ve sıvı karışımına dönüşür. Bu da sistemin buharlaştırıcı kısmında ısıyı verimli bir şekilde emmeye hazır hale gelir. Burada büyük bir avantaj vardır: hiçbir hareketli parça yoktur. Bu mekanik basitlik zamanla ispatlanmıştır ve birçok teknisyen, çeşitli HVAC kurulumlarıyla saha tecrübeleri sırasında bunu doğrulamışlardır.
Küçük klima cihazları, soğutucu akışkan akışını kontrol etmede tamamen kapiler borunun fiziksel yapısına bağlıdır. Borudan geçen soğutucu akışkan miktarı, borunun ne kadar uzun ve geniş olduğuna gerçekten bağlıdır. Eğer birisi boruyu %20 daha uzun yaparsa, genellikle iç kısımda daha fazla sürtünme oluştuğundan dolayı borudan geçen soğutucu akışkanın üçte biri kadar daha az olduğunu görür. Borular çok daraldığında, meydana gelen direnç problemleri, mekanik genleşme valflerindekine benzer şekilde oluşur. Bu basit tasarımların ilginç yanı, sistem içindeki basınçlar değiştiğinde otomatik olarak nasıl ayar yapabilmeleridir. Örneğin dış ortam sıcaklığının arttığını düşünelim. Hava daha da ısındığında kondenser basıncı artar ve bu artış, kapiler borudan soğutucu akışkanın kendi kendine daha fazla akmasına neden olur; hiçbir elektronik veya sensör ile kontrol gerekmez.
Soğutucu akışkan kapiler tüpten geçerken sıvı halden iki fazlı karışıma (sıvı ve buhar) dönüşüm sırasında bazen 100 psi'nin üzerinde büyük bir basınç düşüşü yaşar. Bu basınç kaybının çoğu tüpün ilk üçte bir kısmında gerçekleşir, yaklaşık %90'ı bu bölgede meydana gelir. Soğutucu akışkan buharlaştırıcı girişine ulaştığında basınç genellikle R-410A gibi yaygın kullanılan standart soğutucu akışkanlar için 60 ila 80 psi arasında sabitlenir. Akışkanın akış şekli temel olarak şu formüle uyar: Q, delta P ile tüpün iç çapının (D) dördüncü kuvveti çarpımının tüpün toplam uzunluğuna (L) bölünmesine orantılıdır. Burada D tüpün iç çapını, L ise toplam uzunluğunu temsil eder.
Kılcal boruların performansı gerçekten geometrinin doğru ayarlanmasına bağlıdır. Borular uzadıkça daha fazla direnç oluşturur ve bu da içinden geçen soğutucu akışkan miktarını azaltır. Daha büyük çaplı borular ise daha fazla akışkan geçişine izin verir. Bu ölçümlerde yapılan hatalar, basınç düşüşünün çok az olmasına ya da çok fazla enerji kullanımına neden olur. Bu durum özellikle kılcal boruların kullanıldığı küçük klima sistemleri için oldukça önemlidir çünkü çalışma alanının sınırlı olması söz konusudur. Dar alanlarda bile küçük boyutsal değişiklikler büyük fark yaratır. Sistemlerin kapasite ve verimlilik ihtiyaçlarına tam olarak uyum sağlanması için teknisyenler, milimetre düzeyinde ölçüm yapmalıdır.
İç çap ve tüp uzunluğu, kondanser ile buharlaştırıcı bileşenler arasında ne kadar basınç düşüşü meydana geldiğini belirlemede büyük bir rol oynar. ASHRAE'nin 2022 Temel İlkeler raporundan elde edilen gerçek rakamlara baktığımızda, çapın sadece 0.5 mm artırılmasının yaklaşık %40 daha iyi akış kapasitesine yol açtığını görüyoruz. Öte yandan, tüp uzunluğuna bir metre daha eklemek genellikle %15 ila %22 arasında değişen oranlarda basınç düşüşü artışına neden olur. Bu sistemler üzerinde çalışan mühendislerin çoğu, genel akış değişiklikleri yaparken önce çapları ayarlamayı tercih eder, ardından ince detaylara inmek için uzunlukları ayarlar. Bu yaklaşım, beklenmedik dalgalanmalar olmadan sistemin sorunsuz çalışmasını sağlarken daha iyi subsoğutma (aşırı soğutma) etkileri elde edilmesine yardımcı olur.
Aşırı uzun borular buharlaştırıcı basıncını düşürerek kompresörün iş yükünü artırır; çok büyük çaplardaki borular ise sıvı sıkışmasından kaynaklanan taşma riskini yükseltir. Sistemdeki en yüksek COP (performans katsayısı) değeri, basınç düşüşü 1.8–2.5 MPa aralığında tutulduğunda ve uygun doyma sıcaklığı farklarıyla eşleştirildiğinde elde edilir.
Mühendisler, soğutucu akışkanın akışı ile basınç farkları arasındaki ilişkiyi gösteren ampirik tablolar ve Reynolds ile Mach gibi boyutsuz sayıları içeren analitik modeller olmak üzere iki ana yöntem kullanmaktadır. Günümüz tasarımları, geleneksel boyutlandırma yöntemlerine kıyasla kütlesel akışı tahmin etmede %97'ye varan doğrulukla hesaplamalar yapabilen hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemine giderek daha çok dayanmaktadır.
Daha küçük klima ünitelerindeki kütlesel debi, boruların şekli ve boyutu, kullanılan soğutucu akışkan türü ve sistem içersindeki basınç farkı gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Sadece R134a sistemlerine bakıldığında, giriş basıncında sadece 1 bar artış olması, genellikle ASHRAE 2006 Kılavuzu'na göre toplam debiyi %18 ila %22 arasında artırma eğilimindedir. Tıkanmış debi koşullarından bahsettiğimizde, bu durum, çıkış basıncı giriş basıncının yaklaşık %35 ila %40'ına düştüğünde meydana gelmekte ve bu da debinin daha fazla artmasını engellemektedir. Somut rakamlarla ifade edecek olursak, örneğin 1,0 mm çapında ve yaklaşık 3,3 metre uzunluğunda bir borunun monte edildiği tipik bir kurulum örneğini ele alalım. Uygulanan 15 bar basınç altında normal çalışma koşullarında, bu yapılandırma sistem boyunca yaklaşık olarak saatte 16 kilogram soğutucu akışkan sağlayacaktır. Bu tür sistemler üzerinde çalışan teknisyenler kurulum ve bakım işlemleri sırasında tüm bu ilişkileri göz önünde bulundurmalıdır.
Giriş fazı performansı önemli ölçüde etkiler. Buhar oluşumunun ve buna bağlı kayıpların azalması nedeniyle aşırı soğutulmuş sıvı giriş, iki fazlı karışımlardan %35 daha yüksek debi sağlar. Örneğin:
Boru içinde erken buharlaşma, stabilitenin azalmasına neden olan basınç dalgalanmalarına (2–3 bar) yol açar. Akış modelleme çalışmaları, küçük AC uygulamalarının %89'unda erken buharlaşmayı önlemek için en az 8K aşırı soğutmanın korunması gerektiğini doğrulamıştır.
Başlangıçta metastabil sıvı fazın ardından, genleşme son boru üçreğinde hızlanır, bu noktada sıcaklık gradyanları 50°C/m'yi aşabilir. Bu, doğru soğutucu şarjı ve sistem tasarımının önemini vurgulamaktadır.
Kapiler tüpler, yüksek basınçlı kondenser bölümünü sistemdeki düşük basınçlı buharlaştırıcı kısmına bağlayan, sabit orijli genleşme cihazı olarak hareket ederek buhar sıkıştırma sistemlerinde önemli bir rol oynar. Soğutucu akışkan bu dar tüplere aktığında, aniden basınç düşer ve buna bağlı olarak flaş buharlaşma meydana gelir. Burada gerçekleşen oldukça ilginç bir süreçtir; yüksek basınçlı subsoğutulmuş sıvı, daha sonra buharlaştırıcı bileşen içinde etkili bir şekilde ısı emebilen daha soğuk doymuş bir karışıma dönüşür. Kapiler tüpler ile termostatik genleşme valfleri arasındaki büyük farklardan biri, bu tüplerin hiç sensör ya da hareketli bileşen gerektirmemesidir. Bu durum, bakımın en az olması gereken ve sistemlerin dış etkilerden tamamen kapalı olduğu uygulamalar için onları özellikle uygun hale getirir.
Kapiller borular, maliyetin önemli olduğu ve sabit yük uygulamalarında güvenilirlikleri ve basitlikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Yaygın sistemler şunları içerir:
The küçük ak kapiler boru tasarımı, özellikle alan sınırlamalarının ve güvenilirliğin ön planda olduğu kompakt tesisatlarda etkilidir. Bu sistemler genellikle 5 tonun altında çalışır ve sabit çevre koşullarında en iyi performansı gösterir. Kendi kendini dengeleyen yapıları, elektronik kontrol sistemleri olmadan küçük yük değişimlerine adapte olmalarını sağlayarak, kalıcı sızdırmaz sistemlerde dayanıklılığı artırır.
Kılcal borular, daha küçük HVAC sistemlerinde bazı gerçek avantajlar sunar. Hareketli hiçbir parçanın olmaması, zamanla mekanik aşınmanın da olmaması anlamına gelir ve bu da bakım ihtiyaçlarını ve arızaları azaltır. Bu boruların çok az yer kaplaması, onları dar alanlara sığdırmayı da kolaylaştırır. Ayrıca sıvı akışını oldukça hassas bir şekilde ayarlayabilme yetenekleri, farklı koşullar altında sistem performansının dengede kalmasına yardımcı olur. 2024 yılında yayımlanan ve HVAC güvenilirliğini inceleyen bir rapor ilginç bir şey ortaya koydu: kılcal boruları kullanan sistemler, elektronik versiyonlara göre yaklaşık %32 daha az keşif çağrısına sahipti.
Kapiler tüpler, sistem yükünde değişiklikler olduğunda kendi başlarına soğutucu akışkan akışını ayarlar. Buharlaştırıcı daha yüksek yüklerde olduğunda basınç farkı artar ve tüp boyunca daha fazla soğutucu akışkan itilir. Tersine, yükler azaldığında akış, hiçbir dış müdahale olmadan doğal olarak azalır. Bu tüplerin bu kadar kullanışlı kılmasının nedeni, hiçbir karmaşık sensör ya da kontrol sistemine ihtiyaç duymadan tüm bu süreçler boyunca kararlı bir çalışma sağlamasıdır. Ancak tek bir sınırlama vardır. Kapiler tüplerin sabit boyutları olduğundan, yükteki değişiklikler orijinal tasarımın yaklaşık %40 üzerine çıktığında ya da altına düştüğünde iyi performans gösteremezler. Bu sınırlama, operatörlerin uygulama gereksinimlerini tüp özelliklerine dikkatlice uydurması gerektiğini anlamına gelir.
Doğru kapiler tüpü seçmek, üç temel faktörün dengelenmesi anlamına gelir:
Günümüzde doğru malzeme kombinasyonlarını seçmek özellikle R-454B veya R-32 gibi yeni soğutucu akışkanlar kullanılırken çok önemlidir. Standart bakır borular birçok yaygın soğutucu akışkan için iyi çalışır; ancak bazen amonyak bazlı çözeltilerle çalışıldığında nikel kaplama gerektirebilir. Malzemeler doğru şekilde uyumlu değilse zamanla hem boruların içinde hem de soğutucu karışımın içerisinde bozulmalar meydana gelir. 2023 yılında ASHRAE tarafından yapılan araştırmalara göre, bu uyumsuzluk sistem verimliliğini neredeyse %19 oranında düşürebilir. Bu nedenle uyumlu malzemelerin seçilmesi sadece iyi bir uygulama değildir; aynı zamanda sistemlerin yıllarca güvenilir şekilde çalışmasını ve termal performans kapasitelerini korumasını sağlayan şeydir.
Son Haberler
EN
