co2piping.com

Dobór rurek kapilarnych

Średnica i długość rurki kapilarnej do małych układów chłodniczych – lodówek, zamrażarek, chłodziarek do napojów i małych agregatów.

Czynnik chłodniczy i punkt pracy

Sprężarka

Wymiana ciepła z przewodem ssawnym

Napełnienie czynnikiem chłodniczym

Wymiary i jednostki

Jednostki

Sprawdź istniejącą rurkę

Projekt

.html
Plik
Udostępnij i drukuj

Plik jest plikiem łącza: kliknij go dwukrotnie, aby otworzyć projekt w przeglądarce, lub wybierz go za pomocą opcji Otwórz. Starsze pliki .json nadal mogą być otwierane. Podobnie jak plik projektu zawiera wszystkie dane projektu – udostępniaj go tylko osobom, które mogą je zobaczyć.

Rurka kapilarna dla każdej średnicy

Długość wymagana przez każdą średnicę do przepuszczenia strumienia masy sprężarki. ★ = zalecana (długość najbliższa środka żądanego zakresu). Kliknij wiersz, aby wyświetlić go na profilu i schemacie przepływu.
Przedział długości: długość dla średnicy większej o 0,02 mm – mniejszej o 0,02 mm (typowa tolerancja; sprawdź u dostawcy). Wyjście: „zdławiony” = przepływ osiąga prędkość krytyczną (dźwiękową) na końcu rurki, pokazywane jest tam ciśnienie; w przeciwnym razie rurka kończy się przy ciśnieniu parowania. x wyj. = stopień suchości na wyjściu. Żądany zakres 1,50 m–4,00 m.

Ciśnienie i temperatura wzdłuż rurki – 0,6 mm × 5,87 m

Napełnienie czynnikiem chłodniczym obwodu

Pokaż obliczenia

Obliczenia dla odcinka rurki

OdcinekStrumień masy [kg/s]Gęstość [kg/m³]Średnica wewnętrzna [mm]Prędkość [m/s]Ref (Darcy)Długość [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]Uwaga
Wlot3.15e-4528,50,62,11––00,0177–strata K = 0.5 plus przyspieszenie do prędkości cieczy
Część cieczowa3.15e-4528,50,62,1152800,03735,744,2674 100ciecz jednofazowa do osiągnięcia ciśnienia nasycenia
Część dwufazowa3.15e-428,660,638,9––0,130,759586 000stopień suchości par 0 → 0,09; gęstość i prędkość na wylocie Przepływ krytyczny (dławiony) na wylocie.

Podstawa obliczeń

Metoda
Jednorodny model dwufazowy dla wybranej średnicy i strumienia masy sprężarki: strata wlotowa, tarcie cieczy jednofazowej do osiągnięcia przez ciecz ciśnienia nasycenia, następnie przepływ dwufazowy z cieczą i parami o tej samej prędkości, obliczany w 200 krokach ciśnienia aż do ciśnienia parowania lub przepływu krytycznego.
Równania
  • Wlot: Δp = (1 + K)·G²/(2ρ), K = 0.5
  • Pęd: −dp = f·G²·v/(2d)·dz + G²·dv
  • Energia: h + w²/2 = const (minus ciepło pobrane przez wymiennik ciepła na linii ssącej)
  • Dwufazowość: v = (1 − x)·v_L + x·v_V, 1/μ = x/μ_V + (1 − x)/μ_L (McAdams)
  • Krytyczny, gdy (p_i − p_i+1) − G²·(v_i+1 − v_i) ≤ 0
Współczynnik tarcia
Churchill (1977), gładka rura miedziana ciągniona, Re = G·d/μ
Dane właściwości
CoolProp 8.0.0
Źródła
ASHRAE Handbook – Refrigeration, ch. 11 · Stoecker & Jones (1982), ch. 12 · Bansal & Rupasinghe (1998) · Churchill (1977) · McAdams et al. (1942) · Gnielinski (1976) · EN 12900:2013
Uwagi
  • Poszczególne odcinki sumują się do spadku ciśnienia od 5,03 bar(g) na wlocie do -0,00 bar(g) na wylocie rurki.
  • Z wymiennikiem ciepła na linii ssącej ciecz pozostaje podchłodzona dłużej, więc część cieczowa jest dłuższa; jej ciepło jest odejmowane z bilansu energetycznego wzdłuż odcinka lutowanego.

Schemat przepływu

Sposób obliczeń

Obieg: t₀ i tc to temperatury punktu rosy (EN 12900). Ciecz opuszcza skraplacz w punkcie pęcherzyków pomniejszonym o podchłodzenie i wchodzi do kapilary pod ciśnieniem skraplania. Parownik oddaje parę o ciśnieniu p₀ i temperaturze t₀ + przegrzanie. Właściwości z programu CoolProp 8 (referencyjne równania stanu; mieszaniny z ich poślizgiem temperaturowym).

Kapilara: model jednorodny opisany w ASHRAE Handbook – Refrigeration oraz przez Stoeckera & Jonesa: strata wlotowa (K = 0,5), tarcie cieczy jednofazowej do momentu osiągnięcia ciśnienia nasycenia cieczy, następnie adiabatyczny przepływ dwufazowy z cieczą i parą o tej samej prędkości (h + w²/2 stałe), obliczany w 20 krokowych przyrostach ciśnienia z uwzględnieniem tarcia i przyspieszenia. Lepkość dwufazowa według McAdamsa, współczynnik tarcia według Churchilla (gładka rura miedziana).

Przepływ zdławiony (krytyczny): gdy spadek ciśnienia nie daje już wzrostu długości (−dp/dv = G²), przepływ jest krytyczny; jeśli następuje to powyżej ciśnienia parowania, rurka kończy się w tym miejscu, a reszta rozprężania zachodzi w strudze wpływającej do parownika – jest to normalny stan układu kapilarnego.

Wymiennik ciepła na rurze ssawnej: obliczany na podstawie geometrii – długości lutowania, miejsca jego rozpoczęcia oraz średnicy wewnętrznej rury ssawnej. Ciepło przechodzi z kapilary do gazu ssanego w przeciwprądzie z UA na metr = 1/(1/(h_i·π·d) + 1/(h_g·π·D)); oba współczynniki przejmowania ciepła według Gnielinskiego (laminarny Nu = 3,66), przy czym strona gazu ssanego jest dominującym oporem, a złącze lutowane jest pominięte. Gaz jest śledzony komórka po komórce od wylotu parownika wzdłuż profilu temperatury kapilary, a kapilara i gaz są iterowane, aż temperatura gazu powrotnego i ciepło pobrane z kapilary będą zgodne (jak w modelach podstawowych Hermesa, Melo & Gonçalvesa). Zamiast tego można wprowadzić zmierzoną temperaturę gazu powrotnego. Wymiennik ciepła, który utrzymuje ciecz w stanie podchłodzonym, opóźnia odparowanie i sprawia, że rurka jest znacznie dłuższa dla tego samego przepływu.

Ograniczenia: model pozwala cieczy odparowywać dokładnie w stanie nasycenia (brak opóźnienia metastabilnego), co sprawia, że długość jest nieco zbyt krótka przy dużym podchłodzeniu; pominięto olej, kolanka i zwinięcie. Opublikowane porównania modeli jednorodnych z pomiarami wykazują odchylenia rzędu 10–20% w strumieniu masy. W porównaniu z przykładami obliczeniowymi w ASHRAE Handbook – Refrigeration 2006, rozdz. 44, aplikacja daje o 4–5% większy przepływ dla rurki adiabatycznej R134a i około 8% większy z wymiennikiem ciepła na linii ssącej; zawsze potwierdzaj napełnienie i przegrzanie podczas rozruchu.

Źródła

  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2022), rozdział 11 Refrigerant-control devices, podrozdział Capillary tubes. ASHRAE, Atlanta.
  • Stoecker, W.F., Jones, J.W. (1982). Refrigeration and Air Conditioning, wyd. 2, McGraw-Hill, rozdział 12 Expansion devices (obliczenia rurki kapilarnej).
  • 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 Sprężarki chłodnicze – Warunki znamionowe, tolerancje i prezentacja danych wydajnościowych producenta.
  • EN 378-1:2016+A1:2020, IEC 60335-2-24 (domowe urządzenia chłodnicze) i IEC 60335-2-89 (komercyjne urządzenia chłodnicze): limity napełnienia dla czynników chłodniczych palnych.
  • US EPA (2024). SNAP rule 26, karta informacyjna: https://epa.gov/system/files/documents/2024-05/snap-final-rule-26-factsheet.pdf (sprawdzono 2026-10-14).
  • US 40 CFR part 82, subpart G, dodatki R i V (SNAP, węglowodory w domowych chłodziarkach i zamrażarkach): https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-82/subpart-G (sprawdzono 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 napełnienia wg 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), rozdział 44 Refrigerant-control devices, sekcja Capillary tubes: wykresy doboru i przykłady obliczeniowe według Wolf et al. (1995) i Wolf & Pate (2002), użyte do weryfikacji aplikacji.

Często zadawane pytania

Jak dobrać wymiary rurki kapilarnej?

Wyjdź od sprężarki: jej strumień masy w punkcie projektowym (temperatura parowania i skraplania, podchłodzenie) musi przepłynąć przez kapilarę. Dla każdej średnicy wewnętrznej aplikacja znajduje długość, która zapewnia dokładnie taki przepływ; dłuższa rurka przepuszcza mniej, większa średnica więcej. Wybierz średnicę o praktycznej długości, zazwyczaj 1,5–4 m w chłodziarkach i zamrażarkach.

Oblicz w narzędziu powyżej ↑

Jaką średnicę wewnętrzną wybrać?

Większa średnica z dłuższą rurką jest mniej wrażliwa na tolerancje, brud i olej niż krótka rurka o małej średnicy: ±0,02 mm na średnicy 0,6 mm zmienia przepływ o około 8%. Bardzo krótkie rurki (poniżej 0,5 m) są trudne do dokładnego wykonania; bardzo długie są niepraktyczne. Aplikacja zaleca średnicę, której długość jest najbliższa środkowi żądanego zakresu.

Oblicz w narzędziu powyżej ↑

Dlaczego kapilarę lutuje się do przewodu ssawnego?

Zimny gaz ssany chłodzi ciecz w kapilarze: większa wydajność chłodnicza na kg, mniej gazu odparowanego (flash gas), a rura ssawna nie poci się ani nie szroni. Ciecz pozostaje cieczą dłużej, a rurka przepuszcza więcej czynnika chłodniczego na metr, więc rurka lutowana jest dłuższa niż adiabatyczna dla tego samego przepływu. Aplikacja oblicza wymiennik na podstawie długości lutowania i średnicy rury ssawnej; zamiast tego można wprowadzić zmierzoną temperaturę gazu powrotnego.

Oblicz w narzędziu powyżej ↑

Co oznacza przepływ zdławiony (krytyczny)?

Prędkość mieszaniny dwufazowej rośnie wraz z jej odparowywaniem. W pewnym punkcie osiąga ona prędkość krytyczną (dźwiękową): dalsze obniżanie ciśnienia parowania nie zwiększa przepływu. Większość układów kapilarnych pracuje w stanie zdławionym; wówczas długość rurki decyduje o przepływie, a ciśnienie parowania zmienia jedynie strugę na wylocie.

Oblicz w narzędziu powyżej ↑

Czy mogę użyć wyników dla R600a i R290?

Tak, właściwości izobutanu i propanu pochodzą z referencyjnych równań stanu CoolProp. Pamiętaj, że węglowodory są palne (A3): normy dotyczące urządzeń ograniczają napełnienie na obieg, a układ kapilarny nie ma zbiornika cieczy, więc napełnienie musi być dokładnie odważone.

Oblicz w narzędziu powyżej ↑Czynniki HC (A3): dobór średnic rurociągów →

Jak dokładne są obliczenia?

Opublikowane porównania modeli jednorodnych z pomiarami na rurkach adiabatycznych wykazują odchylenia rzędu 10–20% w strumieniu masy; z wymiennikiem ciepła na linii ssącej niepewność jest większa. W odniesieniu do przykładów obliczeniowych w ASHRAE Handbook (2006, rozdz. 44) aplikacja mieści się w granicach +4…9% strumienia masy. Sama tolerancja średnicy wewnętrznej daje kilka procent. Użyj wyniku jako punktu wyjścia i potwierdź przegrzanie oraz ciśnienia podczas próbnego rozruchu.

Założenia: Jednorodny przepływ dwufazowy, brak metastabilnego odparowania, gładka ciągniona rura miedziana, prosta lub luźno zwinięta, bez oleju. t₀ i tc jako punkty rosy (EN 12900). Spadek ciśnienia w skraplaczu i przewodzie cieczowym jest pomijany. Właściwości z CoolProp 8.

Zastrzeżenie: Obliczenia stanowią wytyczną do projektowania. Sprawdź wynik z danymi producenta sprężarki i potwierdź napełnienie, przegrzanie oraz ciśnienia podczas próbnego uruchomienia. CO2piping.com nie ponosi odpowiedzialności za wykorzystanie wyników.

Nowa funkcja – prosimy zgłaszać błędy: Zgłoś błąd

Pomoc – dobór rurek kapilarnych

Wprowadź czynnik chłodniczy, punkt pracy i sprężarkę po lewej stronie. Tabela po prawej stronie podaje długość wymaganą dla każdej standardowej średnicy kapilary; zalecany rozmiar oznaczono symbolem ★.

1. Czynnik chłodniczy i punkt pracy

  • Wybierz czynnik chłodniczy i zastosowanie (zamrażarka, chłodziarka, wysokie ciśnienie ssania); zastosowanie uzupełnia typowe temperatury, które można zmienić.
  • Temperatury parowania i skraplania to temperatury punktu rosy, zgodnie z kartami katalogowymi sprężarek (EN 12900).
  • Podchłodzenie to temperatura cieczy poniżej punktu pęcherzyków na wyjściu ze skraplacza; przegrzanie to temperatura na wyjściu z parownika.

2. Sprężarka

  • Podaj wydajność chłodniczą w punkcie pracy, strumień masy lub wyporność i prędkość obrotową sprężarki.
  • Na podstawie wyporności aplikacja szacuje sprawność objętościową małej sprężarki tłokowej; wprowadź rzeczywistą wartość, jeśli ją znasz.

3. Wymiennik ciepła na przewodzie ssawnym

  • Zaznacz pole, jeśli kapilara jest przylutowana do przewodu ssawnego (większość lodówek i zamrażarek).
  • Aplikacja oblicza, ile ciepła wymiennik pobiera z rurki kapilarnej na podstawie długości lutowania, miejsca jego rozpoczęcia oraz średnicy wewnętrznej rury ssawnej, a następnie pokazuje wynikową temperaturę gazu powrotnego. Jeśli dokonałeś pomiaru, wprowadź go zamiast tego.

4. Wynik

  • Każdy wiersz to jedna średnica: długość, przedział długości dla tolerancji średnicy ±0,02 mm, część ciekła, stan na wyjściu i prędkość wypływu.
  • Kliknij wiersz, aby zobaczyć ciśnienie i temperaturę wzdłuż rurki oraz narysować je na schemacie przepływu.
  • W sekcji „Sprawdź istniejącą rurkę” wpisujesz średnicę i długość posiadanej rurki: aplikacja podaje jego strumień masy i wydajność chłodniczą w punkcie pracy oraz porównuje je ze sprężarką.

5. Zapisz, otwórz, drukuj

  • Zapisz zapisuje projekt jako plik łącza (.html): podwójne kliknięcie otwiera go na co2piping.com, a Otwórz wczytuje go ponownie (starsze pliki .json również). Kopiuj łącze kopiuje link do projektu. Oba zawierają wszystko, co znajduje się w projekcie.
  • Drukuj generuje raport z tabelą i profilem, a następnie schemat przepływu na osobnej stronie w orientacji poziomej.