co2piping.com

Dimenzování kapilární trubice

Světlost a délka kapilární trubice pro malé chladicí okruhy – chladničky, mrazničky, lahvové chladiče a malá zařízení.

Chladivo a pracovní bod

Kompresor

Výměna tepla se sacím potrubím

Náplň chladiva

Rozměry a jednotky

Jednotky

Kontrola stávající kapiláry

Projekt

.html
Soubor
Sdílení a tisk

Tento soubor je souborem odkazu: dvojklikem jej otevřete v prohlížeči nebo jej vyberte pomocí funkce Otevřít. Stále lze otevírat i starší soubory .json. Stejně jako soubor projektu obsahuje všechna data projektu – sdílejte jej jen s těmi, kdo je smějí vidět.

Kapilára podle světlosti

Délka, kterou každá světlost potřebuje, aby propustila hmotnostní průtok kompresoru. ★ = doporučeno (délka nejblíže středu požadovaného rozsahu). Kliknutím na řádek jej zobrazíte v profilu a ve schématu proudění.
Rozsah délky: délka pro světlost o 0,02 mm větší – o 0,02 mm menší (typická tolerance; ověřte u dodavatele). Výstup: „kritický“ = proudění dosáhne na konci kapiláry kritické (zvukové) rychlosti, zobrazen je tlak v tomto místě; jinak kapilára končí na vypařovacím tlaku. x výstup = suchost páry (podíl páry) na výstupu. Požadovaný rozsah 1,50 m–4,00 m.

Tlak a teplota po délce kapiláry – 0,6 mm × 5,87 m

Náplň chladiva okruhu

Zobrazit výpočet

Pro každé potrubí

ČástHmotnostní průtok [kg/s]Hustota [kg/m³]Vnitřní průměr [mm]Rychlost [m/s]Ref (Darcy)Délka [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]Poznámka
Vstup3.15e-4528,50,62,11––00,0177–ztráta K = 0,5 plus zrychlení na rychlost kapaliny
Kapalná část3.15e-4528,50,62,115 2800,03735,744,2674 100jednofázová kapalina, dokud není dosaženo tlaku sytosti
Dvoufázová část3.15e-428,660,638,9––0,130,759586 000měrná parní frakce 0 → 0,09; hustota a rychlost na výstupu Udušený průtok na výstupu.

Základ výpočtu

Metoda
Homogenní dvoufázový model pro zvolený průměr a hmotnostní průtok kompresoru: vstupní ztráta, tření jednofázové kapaliny, dokud kapalina nedosáhne svého tlaku sytosti, poté dvoufázové proudění s kapalinou a parami o stejné rychlosti, postupované v 200 tlakových krocích až do odpařovacího tlaku nebo udušeného průtoku.
Rovnice
  • Vstup: Δp = (1 + K)·G²/(2ρ), K = 0,5
  • Hnací síla: −dp = f·G²·v/(2d)·dz + G²·dv
  • Energie: h + w²/2 = konstanta (mínus teplo odebrané výměníkem tepla na sání)
  • Dvoufázové: v = (1 − x)·v_L + x·v_V, 1/μ = x/μ_V + (1 − x)/μ_L (McAdams)
  • Udušeno, když (p_i − p_i+1) − G²·(v_i+1 − v_i) ≤ 0
Faktor tření
Churchill (1977), hladce tažená měď, Re = G·d/μ
Data vlastností
CoolProp 8.0.0
Zdroje
ASHRAE Handbook – Refrigeration, ch. 11 · Stoecker & Jones (1982), ch. 12 · Bansal & Rupasinghe (1998) · Churchill (1977) · McAdams et al. (1942) · Gnielinski (1976) · EN 12900:2013
Poznámky
  • Části se sčítají do tlakové ztráty od 5,03 bar(g) na vstupu do -0,00 bar(g) na výstupu z trubice.
  • S výměníkem tepla na sání zůstává kapalina podlazená déle, takže kapalná část je delší; její teplo je odebráno z bilance energie podél pájené části.

Schéma proudění

Jak aplikace počítá

Oběh: t₀ a tc jsou teploty rosného bodu (EN 12900). Kapalina opouští kondenzátor s teplotou bodu varu mínus podchlazení a vstupuje do kapiláry při kondenzačním tlaku. Z výparníku vystupuje pára při p₀ a t₀ + přehřátí. Vlastnosti z CoolProp 8 (referenční stavové rovnice; směsi s teplotním skluzem).

Kapilára: homogenní model popsaný v ASHRAE Handbook – Refrigeration a autory Stoecker & Jones: vstupní ztráta (K = 0,5), jednofázové tření kapaliny, dokud tlak nedosáhne saturačního tlaku kapaliny, poté adiabatické dvoufázové proudění s kapalinou a párou o stejné rychlosti (h + w²/2 konstantní), počítáno ve 20 krocích tlaku s třením a zrychlením. Dvoufázová viskozita podle McAdamse, koeficient tření podle Churchilla (hladká tažená měď).

Kritické proudění: když další pokles tlaku už nepřidává žádnou délku (−dp/dv = G²), je proudění kritické; nastane-li to nad vypařovacím tlakem, kapilára zde končí a zbytek expanze proběhne v proudu vstupujícím do výparníku – to je normální stav systému s kapilárou.

Výměník tepla sacího potrubí: vypočteno z jeho geometrie – připájené délky, místa, kde začíná, a vnitřního průměru sacího potrubí. Teplo přechází z kapiláry do sacího plynu v protiproudu s UA na metr = 1/(1/(h_i·π·d) + 1/(h_g·π·D)); oba koeficienty přestupu tepla podle Gnielinského (laminární Nu = 3,66), strana sacího plynu je dominantním odporem, pájený spoj je vynechán. Plyn je sledován buňku po buňce od výstupu z výparníku podél vlastního teplotního profilu kapiláry a kapilára a plyn jsou iterovány, dokud se teplota vratného plynu a teplo odebrané z kapiláry neshodují (jako v modelech prvních principů od Hermes, Melo & Gonçalves). Místo toho lze zadat naměřenou teplotu vratného plynu. Výměník tepla, který udržuje kapalinu podchlazenou, zpožďuje odpařování a činí trubici pro stejný průtok podstatně delší.

Omezení: model umožňuje prudké odpaření kapaliny přesně při sytosti (bez metastabilní prodlevy), což činí délku poněkud příliš krátkou při velkém podchlazení; olej, ohyby a vinutí jsou vynechány. Publikovaná porovnání homogenních modelů s měřeními ukazují odchylky řádově 10–20 % v hmotnostním průtoku. Oproti řešeným příkladům v příručce ASHRAE Handbook – Refrigeration 2006, kap. 44, poskytuje aplikace o 4–5 % větší průtok pro adiabatickou trubici R134a a přibližně o 8 % větší s výměníkem tepla na sání; plnění a přehřátí vždy ověřte při zkušebním provozu.

Zdroje

  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2022), kapitola 11 Refrigerant-control devices, oddíl Capillary tubes. ASHRAE, Atlanta.
  • Stoecker, W.F., Jones, J.W. (1982). Refrigeration and Air Conditioning, 2nd ed., McGraw-Hill, kapitola 12 Expansion devices (výpočet kapiláry).
  • Bansal, P.K., Rupasinghe, A.S. (1998). An homogeneous model for adiabatic capillary tubes. Applied Thermal Engineering 18(3–4), 207–219.
  • Bolstad, M.M., Jordan, R.C. (1948). Theory and use of the capillary tube expansion device. Refrigerating Engineering 56(12), 519–523.
  • Churchill, S.W. (1977). Friction-factor equation spans all fluid-flow regimes. Chemical Engineering 84(24), 91–92.
  • McAdams, W.H., Woods, W.K., Heroman, L.C. (1942). Vaporization inside horizontal tubes – II. Trans. ASME 64, 193–200.
  • Bell, I.H., Wronski, J., Quoilin, S., Lemort, V. (2014). Pure and pseudo-pure fluid thermophysical property evaluation and the open-source thermophysical property library CoolProp. Ind. Eng. Chem. Res. 53(6), 2498–2508 (CoolProp 8.0).
  • EN 12900:2013 Refrigerant compressors – Rating conditions, tolerances and presentation of manufacturer's performance data.
  • EN 378-1:2016+A1:2020, IEC 60335-2-24 (domácí chladicí spotřebiče) a IEC 60335-2-89 (komerční chladicí zařízení): limity náplně pro hořlavá chladiva.
  • US EPA (2024). Pravidlo SNAP 26, informační list: https://epa.gov/system/files/documents/2024-05/snap-final-rule-26-factsheet.pdf (ověřeno 2026-10-14).
  • US 40 CFR část 82, podčást G, přílohy R a V (SNAP, uhlovodíky v domácích chladničkách a mrazničkách): https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-82/subpart-G (ověřeno 2026-10-25).
  • ASERCOM (2023). Components for flammable refrigerants: https://www.asercom.org/wp-content/uploads/2023/04/En_Components-for-Flammable-Refrigerants.pdf (limit náplně podle IEC 60335-2-24).
  • Gnielinski, V. (1976). New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow. International Chemical Engineering 16(2), 359–368.
  • Hermes, C.J.L., Melo, C., Gonçalves, J.M. (2008). Modeling of non-adiabatic capillary tube flows: a simplified approach and comparison with empirical data. International Journal of Refrigeration 31(8), 1358–1367.
  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2006, SI), kapitola 44 Zařízení pro regulaci chladiva, část Kapilární trubice: dimenzační diagramy a řešené příklady podle Wolf et al. (1995) a Wolf & Pate (2002), použité ke kontrole aplikace.

Často kladené dotazy

Jak dimenzovat kapiláru?

Vyjděte z kompresoru: jeho hmotnostní průtok v návrhovém bodě (teplota vypařování a kondenzace, podchlazení) musí projít kapilárou. Pro každou světlost aplikace najde délku, která dává přesně tento průtok; delší kapilára propustí méně, větší světlost více. Zvolte světlost s praktickou délkou, u chladniček a mrazniček obvykle 1,5–4 m.

Spočítejte v nástroji výše ↑

Jakou světlost mám zvolit?

Větší světlost s delší kapilárou je méně citlivá na tolerance, nečistoty a olej než krátká kapilára s malou světlostí: ±0,02 mm u světlosti 0,6 mm změní průtok přibližně o 8 %. Velmi krátké kapiláry (pod 0,5 m) se těžko trefují; velmi dlouhé jsou nepraktické. Aplikace doporučí rozměr, jehož délka je nejblíže středu požadovaného rozsahu.

Spočítejte v nástroji výše ↑

Proč se kapilára připájí k sacímu potrubí?

Studený sací plyn ochlazuje kapalinu v kapiláře: vyšší chladicí výkon na kg, méně flash plynu a sací potrubí se nepotí ani nenamrzá. Kapalina zůstává déle kapalinou a trubicí protéká více chladiva na metr, takže připájená trubice je pro stejný průtok delší než adiabatická. Aplikace vypočítá výměník z připájené délky a průměru sacího potrubí; místo toho lze zadat naměřenou teplotu vratného plynu.

Spočítejte v nástroji výše ↑

Co znamená kritické proudění?

Rychlost dvoufázové směsi roste, jak se kapalina vypařuje. V určitém bodě dosáhne kritické (zvukové) rychlosti: další snížení vypařovacího tlaku už průtok nezvýší. Většina systémů s kapilárou pracuje v kritickém režimu; průtok pak určuje délka kapiláry a vypařovací tlak mění jen výtok na výstupu.

Spočítejte v nástroji výše ↑

Mohu výsledky použít pro R600a a R290?

Ano, vlastnosti isobutanu a propanu pocházejí z referenčních stavových rovnic CoolProp. Pamatujte, že uhlovodíky jsou hořlavé (A3): normy pro spotřebiče omezují náplň na okruh a systém s kapilárou nemá sběrač, takže náplň se musí přesně navážit.

Spočítejte v nástroji výše ↑Chladiva HC (A3): dimenzování potrubí →

Jak přesný je výpočet?

Publikovaná porovnání homogenních modelů s měřeními na adiabatických trubicích ukazují odchylky řádově 10–20 % v hmotnostním průtoku; s výměníkem tepla na sání je nejistota větší. Oproti řešeným příkladům v příručce ASHRAE Handbook (2006, kap. 44) se aplikace pohybuje v rozmezí +4…9 % v hmotnostním průtoku. Tolerance vnitřního průměru sama o sobě činí několik procent. Výsledek použijte jako výchozí bod a při zkušebním provozu zkontrolujte přehřátí a tlaky.

Předpoklady: Homogenní dvoufázové proudění, žádné metastabilní vypařování, hladká tažená měděná kapilára, rovná nebo volně stočená, bez oleje. t₀ a tc jako teploty rosného bodu (EN 12900). Tlaková ztráta kondenzátoru a kapalinového potrubí se zanedbává. Vlastnosti z CoolProp 8.

Upozornění: Výpočet je vodítkem pro návrh. Zkontrolujte výsledek oproti údajům výrobce kompresoru a při zkušebním provozu ověřte náplň, přehřátí a tlaky. CO2piping.com nenese žádnou odpovědnost za použití výsledků.

Nová funkce – prosíme, hlaste chyby: Nahlásit chybu

Nápověda – dimenzování kapilární trubice

Vlevo zadejte chladivo, pracovní bod a kompresor. Tabulka vpravo uvádí délku, kterou potřebuje každá standardní světlost kapiláry; doporučená velikost je označena ★.

1. Chladivo a pracovní bod

  • Zvolte chladivo a použití (mraznička, chladnička, vysoký sací tlak); podle použití se vyplní typické teploty, které můžete změnit.
  • Teploty vypařování a kondenzace jsou teploty rosného bodu, jako v datových listech kompresorů (EN 12900).
  • Podchlazení udává, o kolik je kapalina na výstupu z kondenzátoru chladnější než její bod varu; přehřátí totéž na výstupu z výparníku (o kolik je pára teplejší než rosný bod).

2. Kompresor

  • Zadejte chladicí výkon v pracovním bodě, hmotnostní průtok, nebo zdvihový objem a otáčky kompresoru.
  • Pomocí zdvihového objemu aplikace odhadne objemovou účinnost malého pístového kompresoru; pokud znáte reálnou hodnotu, zadejte ji.

3. Výměník tepla se sacím potrubím

  • Zaškrtněte políčko, pokud je kapilára připájena k sacímu potrubí (většina chladniček a mrazniček).
  • Aplikace vypočítá, kolik tepla výměník odebere z kapiláry na základě připájené délky, místa, kde začíná, a vnitřního průměru sacího potrubí, a zobrazí výslednou teplotu vratného plynu. Pokud jste ji změřili, zadejte ji místo toho.

4. Výsledek

  • Každý řádek představuje jednu světlost: délku, rozsah délky pro toleranci světlosti ±0,02 mm, kapalnou část, stav na výstupu a výstupní rychlost.
  • Kliknutím na řádek zobrazíte průběh tlaku a teploty po délce kapiláry a vykreslíte ji ve schématu proudění.
  • V části „Kontrola stávající kapiláry“ zadáte světlost a délku kapiláry, kterou máte: aplikace určí její hmotnostní průtok a chladicí výkon v pracovním bodě a porovná je s kompresorem.

5. Uložení, otevření, tisk

  • Uložit uloží projekt jako soubor odkazu (.html): dvojklikem jej otevřete na co2piping.com a Otevřít jej načte zpět (lze otevřít i starší soubory .json). Kopírovat odkaz zkopíruje odkaz na projekt. Obojí obsahuje všechna data projektu.
  • Tisk vytvoří sestavu s tabulkou a profilem, následně schéma proudění na samostatné stránce na šířku.