co2piping.com

Dimensionare tub capilar

Diametrul interior și lungimea tubului capilar pentru sisteme frigorifice mici – frigidere, congelatoare, răcitoare de sticle și agregate mici.

Agent frigorific și punct de funcționare

Compresor

Schimb de căldură cu conducta de aspirație

Încărcătura de agent frigorific

Dimensiuni și unități

Unități

Verificarea unui tub existent

Proiect

.html
Fișier
Partajare și tipărire

Fișierul este un fișier link: faceți dublu clic pe el pentru a deschide proiectul în browser sau selectați-l cu Deschidere. Fișierele .json mai vechi pot fi în continuare deschise. La fel ca fișierul de proiect, conține toate datele proiectului – partajați-l doar cu persoanele care au voie să le vadă.

Tub capilar per diametru

Lungimea necesară fiecărui diametru pentru a asigura debitul masic al compresorului. ★ = recomandat (lungimea cea mai apropiată de mijlocul intervalului dorit). Faceți clic pe un rând pentru a-l afișa în profil și în schema de flux.
Interval de lungime: lungimea pentru un diametru cu 0,02 mm mai mare – cu 0,02 mm mai mic (o toleranță tipică; verificați-o pe cea a furnizorului). Ieșire: „blocat” = debitul atinge viteza critică (sonică) la capătul tubului, se afișează presiunea de acolo; altfel tubul se termină la presiunea de evaporare. x ieșire = fracția de vapori la ieșire. Interval dorit 1,50 m–4,00 m.

Presiune și temperatură de-a lungul tubului – 0,6 mm × 5,87 m

Încărcătura de agent frigorific a circuitului

Afișare calcul

Calcul per secțiune de tub

SecțiuneDebit masic [kg/s]Densitate [kg/m³]Diametru interior [mm]Viteză [m/s]Ref (Darcy)Lungime [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]Notă
Intrare3.15e-4528,50,62,11––00,0177–pierdere K = 0,5 plus accelerare la viteza lichidului
Secțiune de lichid3.15e-4528,50,62,115.2800,03735,744,2674.100lichid monofazic până la atingerea presiunii de saturație
Secțiune bifazică3.15e-428,660,638,9––0,130,759586.000fracție de vapori 0 → 0,09; densitate și viteză la ieșire Curgere blocată (choked flow) la ieșire.

Baza de calcul

Metodă
Model bifazic omogen pentru diametrul aleasă și debitul masic al compresorului: o pierdere la intrare, frecare de lichid monofazic până când lichidul ajunge la presiunea sa de saturație, apoi curgere bifazică cu lichid și vapori la aceeași viteză, calculată în 200 de pași de presiune până la presiunea de evaporare sau curgere blocată.
Ecuații
  • Intrare: Δp = (1 + K)·G²/(2ρ), K = 0,5
  • Impuls: −dp = f·G²·v/(2d)·dz + G²·dv
  • Energie: h + w²/2 = constant (minus căldura preluată de schimbătorul de căldură pe linia de aspirație)
  • Bifazic: v = (1 − x)·v_L + x·v_V, 1/μ = x/μ_V + (1 − x)/μ_L (McAdams)
  • Blocat când (p_i − p_i+1) − G²·(v_i+1 − v_i) ≤ 0
Factor de frecare
Churchill (1977), cupru tras neted, Re = G·d/μ
Date despre proprietăți
CoolProp 8.0.0
Surse
ASHRAE Handbook – Refrigeration, ch. 11 · Stoecker & Jones (1982), ch. 12 · Bansal & Rupasinghe (1998) · Churchill (1977) · McAdams et al. (1942) · Gnielinski (1976) · EN 12900:2013
Observații
  • Părțile însumează căderea de presiune de la 5,03 bar(g) la intrare până la -0,00 bar(g) la ieșirea tubului.
  • Cu schimbătorul de căldură pe linia de aspirație, lichidul rămâne subrăcit mai mult timp, astfel încât secțiunea de lichid este mai lungă; căldura sa este extrasă din bilanțul energetic de-a lungul porțiunii lipite.

Schemă de flux

Cum calculează aplicația

Ciclul: t₀ și tc sunt temperaturi de rouă (EN 12900). Lichidul părăsește condensatorul la punctul de bulă minus subrăcirea și intră în tubul capilar la presiunea de condensare. Evaporatorul furnizează vapori la p₀ și t₀ + supraîncălzire. Proprietăți din CoolProp 8 (ecuații de stare de referință; amestecuri cu alunecarea lor de temperatură (glide)).

Tub capilar: modelul omogen descris în ASHRAE Handbook – Refrigeration și de Stoecker & Jones: pierdere la intrare (K = 0,5), frecare a lichidului monofazic până când presiunea atinge presiunea de saturație a lichidului, apoi curgere adiabatică bifazică cu lichid și vapori la aceeași viteză (h + w²/2 constant), calculată în 20 de pași de presiune cu frecare și accelerație. Vâscozitatea bifazică conform McAdams, factorul de frecare conform Churchill (țeavă de cupru trasă netedă).

Debit blocat: atunci când căderea de presiune nu mai produce nicio lungime (−dp/dv = G²), debitul este critic; dacă acest lucru se întâmplă deasupra presiunii de evaporare, tubul se termină acolo și restul expansiunii are loc în jetul care intră în evaporator – starea normală a unui sistem cu tub capilar.

Schimbător de căldură pe conducta de aspirație: calculat din geometria sa – lungimea lipită, unde începe și diametrul interior al conductei de aspirație. Căldura trece de la tubul capilar la gazul de aspirație în contracurent cu UA pe metru = 1/(1/(h_i·π·d) + 1/(h_g·π·D)); ambii coeficienți peliculari conform Gnielinski (laminar Nu = 3,66), partea gazului de aspirație fiind rezistența dominantă, îmbinarea lipită fiind omisă. Gazul este urmărit celulă cu celulă de la ieșirea evaporatorului de-a lungul profilului de temperatură al tubului capilar, iar tubul capilar și gazul sunt iterate până când temperatura gazului de retur și căldura preluată de la tubul capilar coincid (ca în modelele de principiu ale lui Hermes, Melo & Gonçalves). În schimb, poate fi introdusă o temperatură măsurată a gazului de retur. Un schimbător de căldură care menține lichidul subrăcit întârzie vaporizarea și face tubul considerabil mai lung pentru același debit.

Limite: modelul permite ca lichidul să sufere o evaporare instantanee exact la starea de saturație (fără întârziere metastabilă), ceea ce face ca lungimea să fie oarecum prea scurtă atunci când subrăcirea este mare; uleiul, coturile și înfășurarea sunt omise. Comparațiile publicate între modelele omogene și măsurători arată abateri de ordinul a 10–20 % în debitul masic. Față de exemplele de calcul din ASHRAE Handbook – Refrigeration 2006, cap. 44, aplicația oferă un debit cu 4–5 % mai mare pentru o țevi adiabatică cu R134a și cu aproximativ 8 % mai mare cu un schimbător de căldură pe linia de aspirație; confirmați întotdeauna cantitatea de agent și supraîncălzirea în timpul unei probe de funcționare.

Surse

  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2022), capitolul 11 Refrigerant-control devices, secțiunea Capillary tubes. ASHRAE, Atlanta.
  • Stoecker, W.F., Jones, J.W. (1982). Refrigeration and Air Conditioning, ediția a 2-a, McGraw-Hill, capitolul 12 Expansion devices (calculul tubului capilar).
  • 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 Compresoare frigorifice – Condiții de referință, toleranțe și prezentarea datelor de performanță ale producătorului.
  • EN 378-1:2016+A1:2020, IEC 60335-2-24 (aparate frigorifice de uz casnic) și IEC 60335-2-89 (aparate frigorifice comerciale): limite de încărcătură pentru agenți frigorifici inflamabili.
  • US EPA (2024). SNAP rule 26, fișă informativă: https://epa.gov/system/files/documents/2024-05/snap-final-rule-26-factsheet.pdf (verificat la 2026-10-14).
  • US 40 CFR part 82, subpart G, apendicele R și V (SNAP, hidrocarburi în frigidere și congelatoare casnice): https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-82/subpart-G (verificat la 2026-10-25).
  • ASERCOM (2023). Components for flammable refrigerants: https://www.asercom.org/wp-content/uploads/2023/04/En_Components-for-Flammable-Refrigerants.pdf (limita de încărcătură conform 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), capitolul 44 Refrigerant-control devices, secțiunea Capillary tubes: diagrame de dimensionare și exemple de calcul conform Wolf et al. (1995) și Wolf & Pate (2002), utilizate pentru verificarea aplicației.

Întrebări frecvente

Cum dimensionez un tub capilar?

Porniți de la compresor: debitul masic al acestuia în punctul de funcționare de proiectare (temperatura de evaporare și de condensare, subrăcirea) trebuie să treacă prin capilar. Pentru fiecare diametru interior, aplicația găsește lungimea care oferă exact acel debit; un tub mai lung permite un debit mai mic, iar un diametru mai mare un debit mai mare. Alegeți un diametru cu o lungime practică, de obicei 1,5–4 m în frigidere și congelatoare.

Calculați cu instrumentul de mai sus ↑

Ce diametru interior ar trebui să aleg?

Un diametru mai mare cu un tub mai lung este mai puțin sensibil la toleranțe, murdărie și ulei decât un tub scurt cu un diametru mic: ±0,02 mm la un diametru de 0,6 mm modifică debitul cu aproximativ 8 %. Tuburile foarte scurte (sub 0,5 m) sunt greu de realizat corect; cele foarte lungi sunt nepractice. Aplicația recomandă dimensiunea a cărei lungime este cea mai apropiată de mijlocul intervalului dorit.

Calculați cu instrumentul de mai sus ↑

De ce se lipește capilarul de conducta de aspirație?

Gazul de aspirație rece răcește lichidul din tubul capilar: capacitate frigorifică mai mare per kg, mai puțin gaz flash, iar conducta de aspirație nu transpiră și nu îngheață. Lichidul rămâne astfel lichid mai mult timp și tubul trece mai mult agent frigorific pe metru, deci un tub lipit este mai lung decât unul adiabatic pentru același debit. Aplicația calculează schimbătorul din lungimea lipită și diametrul conductei de aspirație; în schimb, poate fi introdusă o temperatură măsurată a gazului de retur.

Calculați cu instrumentul de mai sus ↑

Ce înseamnă debit blocat (curgere critică)?

Viteza amestecului bifazic crește pe măsură ce se produce vaporizarea. La un anumit punct atinge viteza critică (sonică): reducerea suplimentară a presiunii de evaporare nu mai crește debitul. Majoritatea sistemelor cu tub capilar funcționează cu debit blocat; în acest caz, lungimea tubului determină debitul, iar presiunea de evaporare modifică doar jetul la ieșire.

Calculați cu instrumentul de mai sus ↑

Pot folosi rezultatele pentru R600a și R290?

Da, proprietățile izobutanului și propanului provin din ecuațiile de stare de referință din CoolProp. Rețineți că hidrocarburile sunt inflamabile (A3): standardele pentru aparate limitează încărcătura per circuit, iar un sistem cu tub capilar nu are rezervor de lichid, așa că încărcătura trebuie cântărită cu exactitate.

Calculați cu instrumentul de mai sus ↑Agenți HC (A3): dimensionarea conductelor →

Cât de precis este calculul?

Comparațiile publicate între modelele omogene și măsurătorile pe țevi adiabatice arată abateri de ordinul a 10–20 % în debitul masic; cu un schimbător de căldură pe linia de aspirație, incertitudinea este mai mare. Față de exemplele de calcul din ASHRAE Handbook (2006, cap. 44), aplicația se situează în intervalul +4…9 % în debitul masic. Toleranța diametrului interior generează singură o diferență de câteva procente. Utilizați rezultatul ca punct de plecare și confirmați supraîncălzirea și presiunile în timpul unei probe de funcționare.

Ipoteze: Curgere bifazică omogen, fără vaporizare metastabilă, țeavă de cupru trasă netedă, dreaptă sau înfășurată lejer, fără ulei. t₀ și tc ca temperaturi de rouă (EN 12900). Căderea de presiune din condensator și conducta de lichid este neglijată. Proprietăți din CoolProp 8.

Declinarea responsabilității: Calculul este un ghid pentru proiectare. Verificați rezultatul în raport cu datele producătorului compresorului și confirmați încărcătura, supraîncălzirea și presiunile în timpul unei probe de funcționare. CO2piping.com nu își asumă nicio responsabilitate pentru utilizarea rezultatelor.

Funcție nouă – vă rugăm să raportați orice eroare: Raportează o eroare

Ajutor – dimensionare tub capilar

Completați agentul frigorific, punctul de funcționare și compresorul în stânga. Tabelul din dreapta oferă lungimea necesară pentru fiecare diametru capilar standard; mărimea recomandată este marcată cu ★.

1. Agent frigorific și punct de funcționare

  • Alegeți agentul frigorific și aplicația (congelator, frigider, presiune de aspirație ridicată); aplicația completează temperaturi tipice pe care le puteți modifica.
  • Temperaturile de evaporare și condensare sunt temperaturi de rouă, ca în fișele tehnice ale compresoarelor (EN 12900).
  • Subrăcirea este temperatura lichidului sub punctul de bulă la ieșirea din condensator; supraîncălzirea este cea de la ieșirea din evaporator.

2. Compresor

  • Introduceți capacitatea frigorifică la punctul de funcționare, debitul masic sau cilindreea și turația compresorului.
  • Cu ajutorul cilindreei, aplicația estimează randamentul volumetric al unui compresor mic cu piston; introduceți valoarea reală dacă o cunoașteți.

3. Schimbător de căldură pe conducta de aspirație

  • Bifați căsuța dacă tubul capilar este lipit de conducta de aspirație (majoritatea frigiderelor și congelatoarelor).
  • Aplicația calculează câtă căldură preia schimbătorul de la tubul capilar din lungimea lipită, unde începe acesta și diametrul interior al conductei de aspirație, și afișează temperatura rezultată a gazului de retur. Dacă ați măsurat-o, introduceți-o în schimb.

4. Rezultat

  • Fiecare rând reprezintă un diametru: lungimea, intervalul de lungime pentru o toleranță a diametrului de ±0,02 mm, partea lichidă, starea la ieșire și viteza la ieșire.
  • Faceți clic pe un rând pentru a vedea presiunea și temperatura de-a lungul tubului și pentru a le desena în schema de flux.
  • Sub „Verificarea unui tub existent”, introduceți diametrul interior și lungimea unui tub pe care îl aveți: aplicația oferă debitul masic și capacitatea frigorifică la punctul de funcționare și le compară cu compresorul.

5. Salvare, deschidere, tipărire

  • Salvare salvează proiectul ca fișier link (.html): un dublu clic îl deschide pe co2piping.com, iar Deschidere îl citește înapoi (și fișierele .json mai vechi). Copiere link copiază un link către proiect. Ambele conțin totul din proiect.
  • Imprimare oferă raportul cu tabelul și profilul, apoi schema de flux pe o pagină separată în format peisaj.