co2piping.com

Kapillarrørsdimensionering

Indvendig diameter og længde på kapillarrøret til små køleanlæg – køleskabe, frysere, flaskekølere og små aggregater.

Kølemiddel og driftspunkt

Kompressor

Varmeveksling med sugeledningen

Kølemiddelfyldning

Størrelser og enheder

Enheder

Kontroller et eksisterende rør

Projekt

.html
Fil
Del og udskriv

Filen er en linkfil: dobbeltklik for at åbne projektet i din browser, eller vælg den med Åbn. Ældre .json-filer kan stadig åbnes. Ligesom projektfilen indeholder den alle projektdata – del den kun med dem, der må se dem.

Kapillarrør pr. diameter

Den længde, hver diameter kræver for at slippe kompressorens massestrøm igennem. ★ = anbefalet (længde tættest på midten af dit ønskede interval). Klik på en række for at vise den i profilen og strømningsdiagrammet.
Længdeinterval: længden for en diameter 0,02 mm større – 0,02 mm mindre (en typisk tolerance; kontroller leverandørens). Udløb: 'kritisk' = strømningen når kritisk hastighed (lydhastighed) ved rørets ende, og trykket dér vises; ellers ender røret ved fordampningstrykket. x ud = dampandel ved udløbet. Ønsket interval 1,50 m–4,00 m.

Tryk og temperatur langs røret – 0,6 mm × 5,87 m

Kredsløbets kølemiddelfyldning

Vis beregning

Beregning pr. rørdel

DelMassestrøm [kg/s]Massefylde [kg/m³]Indvendig diameter [mm]Hastighed [m/s]Ref (Darcy)Længde [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]Notat
Indløb3.15e-4528,50,62,11––00,0177–tab K = 0,5 plus acceleration til væskehastigheden
Væskedel3.15e-4528,50,62,115.2800,03735,744,2674.100enkeltfaset væske, indtil mætningstrykket nås
Tofasedel3.15e-428,660,638,9––0,130,759586.000dampandel 0 → 0,09; massefylde og hastighed ved udløbet Kvalt strømning ved udløbet.

Grundlag for beregningen

Metode
Homogen tofasemodel for den valgte dimension og kompressorens massestrøm: et indløbstab, enkeltfaset væskefriktion, indtil væsken når sit mætningstryk, derefter tofasestrøm med væske og damp ved samme hastighed, gennemregnet i 200 tryktrin indtil fordampningstryk eller kvalt strømning.
Ligninger
  • Indløb: Δp = (1 + K)·G²/(2ρ), K = 0,5
  • Impuls: −dp = f·G²·v/(2d)·dz + G²·dv
  • Energi: h + w²/2 = konstant (minus den varme, der optages af sugeledningsvarmeveksleren)
  • Tofase: v = (1 − x)·v_L + x·v_V, 1/μ = x/μ_V + (1 − x)/μ_L (McAdams)
  • Kvalt, når (p_i − p_i+1) − G²·(v_i+1 − v_i) ≤ 0
Friktionsfaktor
Churchill (1977), glat trukket kobber, Re = G·d/μ
Egenskabsdata
CoolProp 8.0.0
Kilder
ASHRAE Handbook – Refrigeration, ch. 11 · Stoecker & Jones (1982), ch. 12 · Bansal & Rupasinghe (1998) · Churchill (1977) · McAdams et al. (1942) · Gnielinski (1976) · EN 12900:2013
Notater
  • Delene lægges sammen til tryktabet fra 5,03 bar(g) ved indløbet til -0,00 bar(g) ved rørudløbet.
  • Med sugeledningsvarmeveksleren forbliver væsken underkølet længere, så væskedelen er længere; dens varme fjernes fra energibalancen langs den loddede del.

Strømningsdiagram

Sådan beregner appen

Kredsproces: t₀ og tc er dugpunkter (EN 12900). Væsken forlader kondensatoren ved boblepunktet minus underkølingen og går ind i kapillarrøret ved kondenseringstrykket. Fordamperen leverer damp ved p₀ og t₀ + overhedning. Stofdata fra CoolProp 8 (referencetilstandsligninger; blandinger med deres temperaturglid).

Kapillarrør: den homogene model beskrevet i ASHRAE Handbook – Refrigeration og af Stoecker & Jones: et indløbstab (K = 0,5), enfaset væskefriktion indtil trykket når væskens mætningstryk, derefter adiabatisk tofaseflow med væske og damp ved samme hastighed (h + w²/2 konstant), beregnet i 200 tryktrin med friktion og acceleration. Tofaseviskositet efter McAdams, friktionsfaktor efter Churchill (glat trukket kobberrør).

Kritisk strømning: når trykfaldet ikke længere giver nogen længde (−dp/dv = G²), er strømningen kritisk; sker det over fordampningstrykket, ender røret dér, og resten af ekspansionen sker i strålen ind i fordamperen – den normale tilstand i et kapillarrørsystem.

Varmeveksler på sugerør: beregnet ud fra dens geometri – den loddede længde, hvor den starter, og sugerørets indvendige diameter. Varme overføres fra kapillarrøret til sugegassen i modstrøm med UA pr. meter = 1/(1/(h_i·π·d) + 1/(h_g·π·D)); begge filmkoefficienter efter Gnielinski (laminær Nu = 3,66), hvor sugegassiden er den dominerende modstand, loddesamlingen er udeladt. Gassen følges celle for celle fra fordamperudløbet langs kapillarrørets egen temperaturprofil, og kapillarrøret og gassen itereres, indtil returgastemperaturen og varmen optaget fra kapillarrøret stemmer overens (som i Hermes, Melo & Gonçalves' first-principles modeller). En målt returgastemperatur kan indtastes i stedet. En varmeveksler, der holder væsken underkølet, forsinker fordampningen og gør røret betydeligt længere for det samme flow.

Begrænsninger: modellen lader væsken begynde at fordampe nøjagtigt ved mætning (ingen metastabil forsinkelse), hvilket gør længden noget for kort ved stor underkøling; olie, bøjninger og spoler indgår ikke. Publicerede sammenligninger af homogene modeller med målinger viser afvigelser i størrelsesordenen 10–20 % i massestrøm. Mod regneeksemplerne i ASHRAE Handbook – Refrigeration 2006, kap. 44, giver appen 4–5 % mere strøm for et adiabatisk R134a-rør og ca. 8 % mere med varmeveksling mod sugeledningen; bekræft altid påfyldningsmængde og overhedning ved prøvekørsel.

Kilder

  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2022), kapitel 11 Refrigerant-control devices, afsnit Capillary tubes. ASHRAE, Atlanta.
  • Stoecker, W.F., Jones, J.W. (1982). Refrigeration and Air Conditioning, 2. udg., McGraw-Hill, kapitel 12 Expansion devices (beregning af kapillarrør).
  • 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 (husholdningskøleapparater) og IEC 60335-2-89 (kommercielle køleapparater): fyldningsgrænser for brændbare kølemidler.
  • US EPA (2024). SNAP rule 26, faktaark: https://epa.gov/system/files/documents/2024-05/snap-final-rule-26-factsheet.pdf (kontrolleret 2026-10-14).
  • US 40 CFR part 82, subpart G, tillæg R og V (SNAP, kulbrinter i husholdningskøleskabe og -frysere): https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-82/subpart-G (kontrolleret 2026-10-25).
  • ASERCOM (2023). Komponenter til brændbare kølemidler: https://www.asercom.org/wp-content/uploads/2023/04/En_Components-for-Flammable-Refrigerants.pdf (fyldningsgrænse efter 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), kapitel 44 Refrigerant-control devices, afsnittet Capillary tubes: dimensioneringsdiagrammer og regneeksempler iht. Wolf m.fl. (1995) og Wolf & Pate (2002), anvendt til at kontrollere appen.

Ofte stillede spørgsmål

Hvordan dimensionerer jeg et kapillarrør?

Tag udgangspunkt i kompressoren: dens massestrøm ved dimensioneringspunktet (fordampnings- og kondenseringstemperatur, underkøling) skal igennem kapillarrøret. For hver indvendig diameter finder appen den længde, der giver præcis den massestrøm; et længere rør slipper mindre igennem, en større diameter mere. Vælg en diameter med en praktisk længde, typisk 1,5–4 m i køleskabe og frysere.

Beregn det i værktøjet ovenfor ↑

Hvilken diameter skal jeg vælge?

En større diameter med et længere rør er mindre følsom over for tolerancer, snavs og olie end et kort rør med lille diameter: ±0,02 mm på en diameter på 0,6 mm ændrer massestrømmen med ca. 8 %. Meget korte rør (under 0,5 m) er svære at ramme rigtigt; meget lange er upraktiske. Appen anbefaler den størrelse, hvis længde ligger tættest på midten af dit ønskede interval.

Beregn det i værktøjet ovenfor ↑

Hvorfor loddes kapillarrøret til sugeledningen?

Den kolde sugegas køler væsken i kapillarrøret: mere kølekapacitet pr. kg, mindre flashgas, og sugerøret sveder eller iser ikke. Væsken forbliver derefter væske længere, og røret lader mere kølemiddel passere pr. meter, så et loddet rør er længere end et adiabatisk rør for det samme flow. Appen beregner varmeveksleren ud fra den loddede længde og sugerørets diameter; en målt returgastemperatur kan indtastes i stedet.

Beregn det i værktøjet ovenfor ↑

Hvad betyder kritisk strømning?

Tofaseblandingens hastighed stiger, efterhånden som væsken fordamper. På et bestemt punkt når den kritisk hastighed (lydhastighed): et lavere fordampningstryk øger da ikke massestrømmen. De fleste kapillarrørsystemer kører med kritisk strømning; så bestemmer rørlængden massestrømmen, og fordampningstrykket ændrer kun strålen ved udløbet.

Beregn det i værktøjet ovenfor ↑

Kan jeg bruge resultaterne til R600a og R290?

Ja, stofdata for isobutan og propan kommer fra CoolProps referencetilstandsligninger. Husk, at kulbrinter er brændbare (A3): apparatstandarderne begrænser fyldningen pr. kredsløb, og et kapillarrørsystem har ingen væskesamler, så fyldningen skal vejes nøjagtigt ind.

Beregn det i værktøjet ovenfor ↑HC-kølemidler (A3): rørdimensionering →

Hvor nøjagtig er beregningen?

Publicerede sammenligninger af homogene modeller med målinger på adiabatiske rør viser afvigelser i størrelsesordenen 10–20 % i massestrøm; med varmeveksling mod sugeledningen er usikkerheden større. Mod regneeksemplerne i ASHRAE Handbook (2006, kap. 44) ligger appen inden for +4…9 % i massestrøm. Tolerancen i indvendig diameter giver alene flere procent. Brug resultatet som udgangspunkt, og kontrollér overhedning og tryk ved prøvekørsel.

Forudsætninger: Homogen tofasestrømning, ingen metastabil fordampning, glat trukket kobberrør, lige eller løst oprullet, ingen olie. t₀ og tc som dugpunkter (EN 12900). Tryktabet i kondensator og væskeledning er ikke medtaget. Stofdata fra CoolProp 8.

Ansvarsfraskrivelse: Beregningen er et vejledende projekteringsgrundlag. Kontroller resultatet mod kompressorproducentens data, og bekræft fyldning, overhedning og tryk ved en prøvekørsel. CO2piping.com påtager sig intet ansvar for brugen af resultaterne.

Ny funktion – rapportér gerne fejl: Rapportér en fejl

Hjælp – kapillarrørsdimensionering

Udfyld kølemiddel, driftspunkt og kompressor til venstre. Tabellen til højre viser den længde, hver standarddiameter kræver; den anbefalede størrelse er mærket med ★.

1. Kølemiddel og driftspunkt

  • Vælg kølemiddel og anvendelse (fryser, køleskab, højt sugetryk); anvendelsen udfylder typiske temperaturer, som du kan ændre.
  • Fordampnings- og kondenseringstemperaturen er dugpunkter, som i kompressorernes datablade (EN 12900).
  • Underkøling er, hvor mange grader væsken ligger under boblepunktet ved kondensatorens udløb; overhedning er det tilsvarende for dampen ved fordamperens udløb.

2. Kompressor

  • Angiv kølekapaciteten ved driftspunktet, massestrømmen eller kompressorens slagvolumen og omdrejningstal.
  • Med slagvolumen anslår appen den volumetriske virkningsgrad for en lille stempelkompressor; indtast den reelle værdi, hvis du har den.

3. Sugeledningsvarmeveksler

  • Marker feltet, hvis kapillarrøret er loddet til sugeledningen (de fleste køleskabe og frysere).
  • Appen beregner, hvor meget varme varmeveksleren optager fra kapillarrøret ud fra den loddede længde, hvor den starter, og sugerørets indvendige diameter, og viser den resulterende returgastemperatur. Hvis du har målt den, kan du indtaste den i stedet.

4. Resultat

  • Hver række er én indvendig diameter: længden, længdeintervallet for en diametertolerance på ±0,02 mm, væskedelen, tilstanden ved udløbet og udløbshastigheden.
  • Klik på en række for at se tryk og temperatur langs røret og tegne det i strømningsdiagrammet.
  • Under 'Kontroller et eksisterende rør' indtaster du indvendig diameter og længde på et rør, du har: appen giver dets massestrøm og kølekapacitet ved driftspunktet og sammenligner med kompressoren.

5. Gem, åbn, udskriv

  • Gem gemmer projektet som en linkfil (.html): et dobbeltklik åbner det på co2piping.com, og Åbn læser det ind igen (ældre .json-filer kan også). Kopiér link kopierer et link til projektet. Begge indeholder alt i projektet.
  • Udskriv giver rapporten med tabellen og profilen, derefter strømningsdiagrammet på sin egen liggende side.