En cualquier sistema de refrigeración, es esencial contar con un dispositivo que reduzca la presión y dosifique el flujo del refrigerante desde el lado de alta presión al de baja presión de acuerdo con la demanda de la carga. Para sistemas de un solo compresor y un solo evaporador, como refrigeradores y congeladores domésticos, deshumidificadores y acondicionadores de aire, el uso de tubos capilares es muy popular. Incluso, en sistemas más grandes, como los acondicionadores de aire unitarios de hasta 35 kW de capacidad, se puede emplear el tubo capilar.
El tubo capilar es un pequeño tubo de cobre con un diámetro interno reducido. En el control del flujo de refrigerante, conecta la salida del condensador con la entrada del evaporador. El término "tubo capilar" es en realidad un nombre inapropiado, ya que el diámetro interno, aunque estrecho, es demasiado grande para permitir la acción capilar.
Un tubo capilar permite el paso del líquido mucho más fácilmente que el vapor debido al mayor volumen de este último; por lo tanto, es un dispositivo práctico para la dosificación. Cuando se dimensiona un tubo capilar para permitir el flujo deseado de refrigerante, el líquido sella su entrada. Si el sistema se desequilibra, algo de vapor (refrigerante sin condensar) ingresa al tubo capilar. Este vapor reduce considerablemente el flujo másico del refrigerante, lo que aumenta la presión del condensador y provoca la subenfriamiento en la salida del condensador y la entrada del tubo capilar. Como resultado, aumenta el flujo másico del refrigerante a través del tubo capilar. Si se dimensiona correctamente para la aplicación, el tubo capilar compensa automáticamente las variaciones de carga y del sistema, ofreciendo un rendimiento aceptable en un rango limitado de condiciones de funcionamiento.
Una condición de flujo común es tener líquido subenfriado en la entrada del tubo capilar.
Con líquido subenfriado entrando al tubo capilar, la distribución de presión a lo largo del tubo es similar a la que se muestra en la Figura En la entrada del tubo, sección 0-1, dado que el fluido está en fase líquida, se produce una ligera caída de presión.
Desde el punto 1 hasta el punto 2, la caída de presión es lineal. En la porción del tubo 0-1-2, el refrigerante está completamente en estado líquido, y en el punto 2 se forma la primera burbuja de vapor.
Desde el punto 2 hasta el final del tubo, la caída de presión no es lineal, y la caída de presión por unidad de longitud aumenta a medida que se acerca al final del tubo. En esta parte del tubo, están presentes tanto las fases de líquido saturado como de vapor saturado, con un aumento del porcentaje y el volumen de vapor en la dirección del flujo. En la mayoría de las corridas, se produjo una caída de presión significativa desde el final del tubo hasta el espacio del evaporador.
La temperatura es constante durante la primera parte del tubo 0-1-En el punto 2, la presión ha caído a la presión de saturación correspondiente a esta temperatura. Una caída de presión adicional más allá del punto 2 va acompañada de una caída de temperatura correspondiente, siendo la temperatura la temperatura de saturación correspondiente a la presión. Como consecuencia, las líneas de presión y temperatura coinciden desde el punto 2 hasta el final del tubo. El punto 2 en el que aparece la primera burbuja de gas se denomina punto de burbuja. La porción anterior del tubo capilar se denomina longitud líquida, y la siguiente se denomina longitud bifásica.
La velocidad del flujo de refrigerante a través de un tubo capilar siempre aumenta con el aumento de la presión de entrada. La velocidad del flujo también aumenta con la disminución de la presión de salida externa hasta un cierto valor crítico, por debajo del cual el flujo no cambia (flujo estrangulado). La Figura 1 ilustra un caso en el que la presión de salida dentro del tubo capilar ha alcanzado el valor crítico (punto 3), que es superior a la presión externa (punto 4), que puede considerarse típica para un funcionamiento normal.
Figura 1: Distribución de presión y temperatura a lo largo de un tubo capilar típico.
De acuerdo con el ASHRAE Handbook (2006), existen dos formas de seleccionar o diseñar tubos capilares: una implica el uso de diagramas, mientras que la otra permite un cálculo analítico. El objetivo de estas páginas es ofrecer una breve descripción general de ambos métodos, mostrando algunos ejemplos de selección/diseño.
Figura 2: Velocidad de flujo másico para el tubo capilar de referencia. L=3 m y d=0.8Fluido R134a.
Los dos diagramas se utilizan de la siguiente manera: para una presión de entrada y un nivel de subenfriamiento/calidad de vapor dados, se puede estimar la velocidad de flujo másico para el tubo capilar de referencia a partir de la Figura 2; luego, para una geometría dada, se obtiene la corrección de la velocidad del flujo a partir de la Figura La velocidad de flujo másico elaborada viene dada por el producto de la velocidad del flujo de referencia y el factor de corrección. Por ejemplo, considerando una presión de entrada de 16 bar y un subenfriamiento de 15 K, la velocidad del flujo másico de referencia es de 8 kg/h; por lo tanto, para un tubo capilar de 3 m de largo con un d=1 mm, el factor de corrección es 2 (Figura 3); por lo tanto, la velocidad del flujo másico real para este sistema es igual a 16 kg/h. De forma diferente, si se necesitaran 24 kg/h de velocidad del flujo, deberíamos seleccionar un tubo capilar con un factor de corrección igual a 3, que según la Figura 3 tiene un d=25 mm y una longitud de 625 m.
Figura 3: Factor de corrección para un tubo capilar de referencia.
El ASHRAE Handbook también informa sobre los diagramas relativos a R410A y R2
El segundo enfoque implica la definición de diferentes parámetros adimensionales calculados en función de las propiedades termofísicas, las condiciones de prueba de funcionamiento y las características geométricas. La siguiente tabla enumera la definición de los parámetros adimensionales que se pueden utilizar para diseñar un tubo capilar.
| Parámetro adimensional | Definición |
|---|---|
| Número de Reynolds | Re = (ρ v d) / µ |
| Número de Prandtl | Pr = (Cp µ) / k |
| Número de Nusselt | Nu = (h d) / k |
| Número de Grashof | Gr = (g β ∆T d^3) / (v^2) |
En el caso de líquido subenfriado en la entrada (1 K< ∆ts <17 K) , la ecuación de diseño es:
(L/d) = 35 10^6 (Q/m)^2 (Pr Re)^0.8 (1 / (∆ts ρ Cp)) (1 + 0.012 Gr^0.25) (1 + (0.15 / (Re Pr))) (1 + 0.0018 (Tsat (pin) / (Tin))^2)
En el caso de una mezcla bifásica en la entrada (0.03
(L/d) = 35 10^6 (Q/m)^2 (Pr Re)^0.8 (1 / (∆ts ρ Cp)) (1 + 0.012 Gr^0.25) (1 + (0.15 / (Re Pr))) (1 + 0.0018 (Tsat (pin) / (Tin))^2) (1 + 0.25 x)
Las ecuaciones anteriores (válidas también para R410A y R22) son las que le permiten diseñar un tubo capilar; por otro lado, los siguientes ejemplos pueden ser útiles para describir el procedimiento anterior.
Por ejemplo, considerando un tubo capilar de 5 m de largo con d=0 mm. La presión de entrada es de 15 bar y el subenfriamiento es de 15 K. Calcule la velocidad del flujo másico de R134a elaborada.
La temperatura de entrada de saturación correspondiente a 15 bar es de 523 °C, pero debemos estimar las propiedades termofísicas a: Tin= Tsat (pin) – Fts= 523 – 15= 40.23 °C. Las propiedades termofísicas son:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| ρ (kg/m3) | 750 |
| Cp (kJ/kgK) | 5 |
| k (W/mK) | 0.085 |
| µ (kg/ms) | 0.00018 |
El mismo tubo capilar puede ser alimentado con una mezcla bifásica con X=0.10; en este caso, las propiedades termofísicas deben estimarse a 15 bar o a 523 °C de temperatura de saturación y son:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| ρ (kg/m3) | 700 |
| Cp (kJ/kgK) | 6 |
| k (W/mK) | 0.09 |
| µ (kg/ms) | 0.00019 |
Estos dos ejemplos resaltan el efecto de las condiciones de entrada en la velocidad del flujo másico del refrigerante elaborada por el mismo tubo capilar. En el proceso de diseño, para condiciones de entrada dadas, a través de un procedimiento iterativo, es posible calcular diferentes soluciones en función de la relación entre L y d.
Considerando una presión de entrada de 14 bar y 10 K de subenfriamiento, el tubo capilar, que garantiza 15 kg/h de R134a en la entrada del evaporador, es el que tiene L/d=1450. Por lo tanto, las siguientes soluciones son válidas: L=45 m y d= 1mm, L=0.945 m y d=0.65 mm; L=9 m y d=2 mm, etc.
Referencias
¿Cuál es la fórmula del capilar?
La altura h a la que ascenderá un líquido en un tubo capilar de radio r viene dada por h = 2 S cos θ r ρ g, esto también se conoce como fórmula de ascenso. Aquí S es la tensión superficial, ρ es la densidad del líquido y θ es el ángulo de contacto. Vemos que h ∝ 1 r, lo que implica que cuanto más fino sea el capilar, es decir, cuanto menor sea el radio del capilar, mayor será la altura a la que ascenderá el líquido en el tubo. Por lo tanto, tanto la Afirmación como la Razón son correctas y la Razón es la explicación correcta de la Afirmación.
¿Cómo se elige el tamaño del tubo capilar?
El tubo capilar se selecciona de acuerdo con la capacidad del sistema de condensador posicionado entre el evaporador y el diámetro interno que varía entre 0.76 y 16 mm es a menudo un tubo de diámetro muy pequeño.
El diámetro interno del tubo capilar es muy pequeño porque el nombre se da. Hay esencialmente dos tareas. Reducir la presión del fluido en el fluido desde el caso del condensador y medir la cantidad (la cantidad requerida) llega al evaporador. Cuando el compresor está viendo un puente entre el circuito de fluido de baja y alta presión permite el cambio al lado bajo del lado de alta presión. Así, la presión es igual en ambos circuitos (evento de equilibrio) y el compresor no se encuentra de nuevo con una gran carga de presión mientras que. El tubo capilar mejor refrigera la carga es menos estable y, congeladores e incluso relacionados con la vivienda y pequeños, utilizados en sistemas de aire acondicionado comerciales. Si el sistema necesita funcionar en un amplio rango de carga; La caída de presión del refrigerante y el control de volumen deben hacerse de manera más apropiada. En este caso, el dispositivo propuesto es una válvula de expansión termostática.
Ventajas de usar el tubo capilar
El capilar reduciendo el costo de los principales objetivos en el desarrollo del uso de materiales de tuberías ha sido reducir el precio de venta. La segunda razón es reducir el par de arranque del tubo capilar en uso. Estas ventajas ocurren cuando la circulación. Al iniciar la circulación del compresor, hará un movimiento en contra de la diferencia de presión del compresor que se produce y se necesita un par de arranque adicional.
Desventajas de usar el tubo capilar
No existe la capacidad de ajustar el flujo de refrigerante de la tubería capilar. Por lo tanto, la carga en la unidad o disminuye, el número de aumento de la eficiencia del sistema, en comparación con los sistemas que utilizan una válvula de expansión termostática indica una disminución mayor. El ciclo se detiene, la puerta de la unidad no detiene el flujo de las tuberías de refrigerante. Esto es una ventaja para el requisito de par de arranque del compresor, pero puede ser desventajoso para la vida útil mecánica del compresor. La cantidad de refrigerante en el sistema puede acortar la vida útil del compresor seriamente.
Reemplazo del tubo capilar
El enfriador también utiliza el tubo capilar está dañado, reemplácelo con un tubo capilar que tenga un diámetro interno y la misma longitud que el original. Para reemplazar las tuberías con diferente longitud o tamaño.
Selección del tubo capilar (tubo capilar)
Por las siguientes razones, ampliamente utilizado como herramienta en la expansión de aplicaciones de refrigeración pequeñas de capilares. Características:
- Fácil de entender
- Costos más bajos
- Fiabilidad: Sin parte conjunta
- Funcionamiento normal de los compresores utilizados como ecualizador de presión antes de volver a funcionar.
Sin embargo, puede afectar todas las partes de las aplicaciones y el rendimiento no se puede conocer, sigue siendo un proceso de selección sensible. Si los principales elementos de la instalación son el compresor, el evaporador, el condensador, se debe lograr con aplicaciones limitadas y las condiciones de funcionamiento requieren un medio de expansión física, la cantidad de parámetros para cumplir.
El evaporador del tubo capilar debe permitir un cierto flujo de gas y el parámetro principal para determinar eso:
- Calor de evaporación
- Temperatura de condensación
- Calor de subenfriamiento del líquido capilar que entra
Estos parámetros varían según las condiciones de funcionamiento. Funcionamiento continuo, "funcionamiento encendido/apagado", "arranque" la selección de un tubo capilar para optimizar el rendimiento con bajo consumo de energía, la situación es muy difícil. Por lo tanto, la selección siempre formará un compromiso entre estos parámetros. La selección del tubo capilar no se puede basar en una fórmula matemática precisa. Adecuado para su uso en los siguientes diámetros:
- 0.8 mm
- 0 mm
- 2 mm
- 5 mm
- 0 mm
- 2 × 2 mm
- 2 × 5 mm
A veces, un diámetro intermedio es claro que mejores resultados (por ejemplo, 1 a × 2 mm). En estos casos, la longitud capilar intermedia de aproximadamente 'pulgada' se calcula como. Se recomienda que no se seleccione un capilar demasiado largo o demasiado corto. La longitud ideal está entre 5 m y 5 m. Aumenta el riesgo de una deflexión del tubo capilar corto. El tubo capilar largo (excepto algunos casos), particularmente en el sistema de ciclo corto, provocará una presión excesiva y no podrá beneficiarse del cambio en las condiciones de funcionamiento sincronizando el tiempo. Esto también se basa en las condiciones de funcionamiento, lo que provoca que se alcance un tiempo más largo. En todos los casos, la longitud del capilar nunca debe exceder las cinco mil veces el diámetro interno del capilar. La importancia del gas que llena el sistema capilar no está conectada a su elección. Un llenado menor conduce a temperaturas de funcionamiento más bajas y reduce la capacidad de enfriamiento. Un llenado mayor provoca una alta presión de descarga, un llenado excesivo del compresor hacia el transporte de líquido, congelación y provoca una capacidad de enfriamiento como resultado de la reducción en el evaporador.
Ajuste del tubo capilar
Se requiere la máxima atención durante la muestra de montaje del tubo capilar. Debido a que el diámetro del tubo capilar, como implica el término, es especialmente un diámetro interno muy pequeño de la tubería de cobre. Demasiada obstrucción de la curva debido al pequeño diámetro interno o grietas durante la flexión y torsión del lugar, puede haber problemas como rotura.
Se desgastaría o el tubo capilar no tiene partes móviles que deban cambiarse, porque el pequeño diámetro de la longitud adecuada está diseñado para continuar con la carga de refrigeración es un tubo hecho de cobre. La reparación del tubo capilar no está en cuestión, debe reemplazarse por uno nuevo. Durante el proceso de reemplazo debe haber fluido refrigerante en el sistema. Los capilares tapados con un secador de salida lo reemplazan con un nuevo evaporador que se fabrica a partir de una marca cerca del punto de entrada y mediante la eliminación de la herramienta de corte de tubería de cobre cortada o las cortadoras laterales. No debemos intentar cambiar el tubo capilar dentro del sistema para cambiar la longitud o el tamaño. Tenemos que determinar qué sucedió antes de cambiar el diámetro interno del tubo capilar. Lo que importa es que la longitud física del inserto sea el método más preciso para dejar al menos 5 cm de ambos extremos. El tubo capilar, con la misma longitud que el original, y debemos cambiarlo con un tubo capilar del mismo tamaño.
¿Cuántos metros de capilar lleva una nevera?
Los tubos capilares son dispositivos de expansión en sistemas de refrigeración pequeños, como el aire acondicionado residencial, refrigeradores domésticos, vitrinas de refrigeración de media temperatura comercial, enfriadores de botellón, etc.
Los refrigerantes, R22, R404A, R502, R134a, entre otros, siguiendo el ciclo normal de refrigeración, entrarán al capilar. Podemos señalar las medidas de capilares más comunes, que son de 1 a 6 metros de largo x 0.5 a 2 mm de diámetro. Estos datos deben ser de acuerdo a la capacidad del compresor y temperatura del sistema.
El capilar cumple dos tareas: reducir la presión del refrigerante líquido que sale del condensador hacia el evaporador y regular el flujo másico (la cantidad de líquido) del refrigerante que va hacia el evaporador para el efecto de enfriamiento.
De esta forma, si el vapor refrigerante no está completamente en forma de líquido, el flujo másico será reducido, teniendo por consiguiente un bajo enfriamiento y recalentamiento del refrigerante que llega al compresor. Por otra parte si existiera exceso de refrigerante acumulado en el condensador, la presión y la temperatura en el condensador aumentarán y la capacidad en el evaporador disminuirá.
"Una vez que se ha definido bien un capilar, nuestro sistema trabajará eficientemente y con buena capacidad de enfriamiento"
La presencia de humedad dentro del sistema, residuos de sólidos, tubo capilar obstruido o doblado, podrá ocasionar variación del flujo refrigerante teniendo como resultado bajo desempeño del equipo. Por esta razón se debe tener cuidado en el manejo del capilar, estos deben estar tapados y se debe retirar el tapón apenas lo utilice. Las dimensiones son de acuerdo a su operación en el sistema; Por lo tanto, variaciones de temperatura de condensación o cambio de carga térmica reducen su eficiencia.
LA CARGA INSUFICIENTE DE REFRIGERANTE:
Este efecto traerá como consecuencia utilizar el evaporador parcial y menor capacidad de refrigeración.
LA CARGA DE REFRIGERANTE EXCESIVA:
La presión del condensador se elevará, sobrecargando la función del compresor y bajando la capacidad del condensador.
En algunos casos el refrigerante puede llegar líquido al compresor dañándolo.
Para sistemas que trabajan con 134a, como este refrigerante, posee un efecto de refrigeración superior al R1Se reduce el flujo másico para una determinada capacidad. Como resultado, se necesita tener un diámetro interno menor o su largo de entre 10 a 20% más al mismo capilar del R1
Para sistemas con refrigerante como el R 404A, que posee un efecto de refrigeración superior al R502, se reduce el flujo másico requerido para una determinada capacidad. Como consecuencia, el capilar necesita aumentar su largo hasta un 15% y su diámetro al mismo que el R50
Aquí algunas tablas para selección del capilar. Esta información fue tomada del manual de buenas prácticas en refrigeración y aire acondicionado.
Para mayor información un asesor de servicio técnico lo ayudará: [email protected]
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