co2piping.com

Kılcal Boru Boyutlandırma

Küçük soğutma sistemleri – buzdolapları, dondurucular, şişe soğutucular ve küçük üniteler için kılcal borunun iç çapı ve uzunluğu.

Soğutucu akışkan ve çalışma noktası

Kompresör

Emiş hattı ile ısı alışverişi

Soğutucu akışkan şarjı

Boyutlar ve birimler

Birimler

Mevcut bir boruyu kontrol et

Proje

.html
Dosya
Paylaş ve yazdır

Dosya bir bağlantı dosyasıdır: projeyi tarayıcınızda açmak için çift tıklayın veya Aç ile seçin. Eski .json dosyaları hala açılabilir. Proje dosyası gibi tüm proje verilerini içerir; yalnızca bunları görebilecek kişilerle paylaşın.

İç çapa göre kılcal boru

Kompresörün kütlesel debisini geçirmek için her çapın ihtiyaç duyduğu uzunluk. ★ = önerilen (istenen aralığın ortasına en yakın uzunluk). Profilde ve akış şemasında göstermek için bir satıra tıklayın.
Uzunluk bandı: 0,02 mm daha büyük – 0,02 mm daha küçük iç çap için uzunluk (tipik bir tolerans; tedarikçinizinkini kontrol edin). Çıkış: 'kritik akış' = akış boru ucunda kritik (ses) hızına ulaşır, oradaki basınç gösterilir; aksi halde boru buharlaşma basıncında biter. x çıkış = çıkıştaki buhar oranı (kuruluk derecesi). İstenen aralık 1,50 m–4,00 m.

Boru boyunca basınç ve sıcaklık – 0,6 mm × 5,87 m

Devrenin soğutucu akışkan şarjı

Hesaplamayı göster

Boru kısmına göre hesaplama

ParçaKütlesel debi [kg/s]Yoğunluk [kg/m³]İç çap [mm]Hız [m/s]Ref (Darcy)Boy [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]Not
Giriş3.15e-4528,50,62,11––00,0177–kayıp K = 0.5 artı sıvı hızına ivmelenme
Sıvı kısım3.15e-4528,50,62,115.2800,03735,744,2674.100doyma basıncına ulaşılana kadar tek fazlı sıvı
İki fazlı kısım3.15e-428,660,638,9––0,130,759586.000buhar kesri 0 → 0,09; çıkışta yoğunluk ve hız Çıkışta boğulmuş akış.

Hesaplamanın dayanağı

Yöntem
Seçilen çap ve kompresör kütlesel debisi için homojen iki fazlı model: bir giriş kaybı, sıvı doyma basıncına ulaşana kadar tek fazlı sıvı sürtünmesi, ardından buharlaşma basıncına veya boğulmuş akışa kadar 200 basınç adımıyla ilerletilen sıvı ve buharın aynı hızda olduğu iki fazlı akış.
Denklemler
  • Giriş: Δp = (1 + K)·G²/(2ρ), K = 0.5
  • Momentum: −dp = f·G²·v/(2d)·dz + G²·dv
  • Enerji: h + w²/2 = sabit (emiş hattı eşanjörünün aldığı ısı eksi)
  • İki fazlı: v = (1 − x)·v_L + x·v_V, 1/μ = x/μ_V + (1 − x)/μ_L (McAdams)
  • (p_i − p_i+1) − G²·(v_i+1 − v_i) ≤ 0 olduğunda boğulmuş
Sürtünme faktörü
Churchill (1977), pürüzsüz çekilmiş bakır, Re = G·d/μ
Özellik verileri
CoolProp 8.0.0
Kaynaklar
ASHRAE Handbook – Refrigeration, ch. 11 · Stoecker & Jones (1982), ch. 12 · Bansal & Rupasinghe (1998) · Churchill (1977) · McAdams et al. (1942) · Gnielinski (1976) · EN 12900:2013
Notlar
  • Parçalar, girişdeki 5,03 bar(g) basıncından borunun çıkışındaki -0,00 bar(g) basıncına olan basınç düşüşünü oluşturur.
  • Emiş hattı eşanjörü ile sıvı daha uzun süre aşırı soğutulmuş kalır, bu nedenle sıvı kısmı daha uzundur; ısısı, lehimli kısım boyunca enerji dengesinden çıkarılır.

Akış şeması

Uygulamanın hesaplama yöntemi

Çevrim: t₀ ve tc çiy noktalarıdır (EN 12900). Sıvı kondenserden kabarcık noktası eksi aşırı soğutma sıcaklığında çıkar ve yoğuşma basıncında kılcal boruya girer. Evaporatörden p₀ basıncında ve t₀ + kızgınlık sıcaklığında buhar çıkar. Özellikler CoolProp 8'den (referans hal denklemleri; karışımlar sıcaklık kaymalarıyla birlikte).

Kılcal boru: ASHRAE Handbook – Refrigeration'da ve Stoecker & Jones tarafından açıklanan homojen model: bir giriş kaybı (K = 0,5), basınç sıvının moyurlaşma basıncına ulaşana kadar tek fazlı sıvı sürtünmesi, ardından sıvı ve buharın aynı hızda olduğu adyabatik iki fazlı akış (h + w²/2 sabit), sürtünme ve ivme ile 200 basınç adımında hesaplanır. McAdams'a göre iki fazlı viskozite, Churchill'e göre sürtünme faktörü (pürüzsüz çekilmiş bakır).

Kritik akış: basınç düşüşü artık ek uzunluk vermediğinde (−dp/dv = G²) akış kritiktir; bu durum buharlaşma basıncının üzerinde oluşursa boru orada biter ve genişlemenin geri kalanı evaporatöre giren jette gerçekleşir – kılcal borulu bir sistemin normal durumu budur.

Emiş hattı ısı eşanjörü: geometrisinden hesaplanır – lehimli uzunluk, başlangıç yeri ve emiş hattının iç çapı. Isı, metre başına UA ile karşı akışta kılcal borudan emiş gazına geçer = 1/(1/(h_i·π·d) + 1/(h_g·π·D)); her iki film katsayısı Gnielinski'ye göre (laminar Nu = 3,66), emiş gazı tarafı baskın dirençtir, lehim bağlantısı hariç tutulmuştur. Gaz, evaporatör çıkışından kılcal borunun kendi sıcaklık profili boyunca hücre hücre takip edilir ve dönüş gazı sıcaklığı ile kılcal borudan alınan ısı uyuşana kadar kılcal boru ve gaz iterasyona tabi tutulur (Hermes, Melo & Gonçalves'in ilk ilkeler modellerindeki gibi). Bunun yerine ölçülen bir dönüş gazı sıcaklığı girilebilir. Sıvıyı aşırı soğuk tutan bir eşanjör, buharlaşmayı geciktirir ve aynı akış için boruyu oldukça uzun hale getirir.

Sınırlar: Model, sıvının tam doyma noktasında aniden buharlaşmasına izin verir (metastabil gecikme olmaksızın); bu durum, aşırı soğutma büyük olduğunda boyu biraz kısa kılar; yağ, dirsekler ve kıvrımlar hesaba katılmaz. Homojen modellerin ölçümlerle yapılan yayınlanmış karşılaştırmaları, kütlesel debide %10–20 civarında sapmalar gösterir. ASHRAE Handbook – Refrigeration 2006, böl. 44'teki çözümlü örneklerle karşılaştırıldığında, uygulama adyabatik bir R134a borusu için %4–5 daha fazla debi ve emiş hattı eşanjörü ile yaklaşık %8 daha fazla debi verir; bir test çalıştırmasında her zaman şarjı ve kızgınlığı doğrulayın.

Kaynaklar

  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2022), bölüm 11 Refrigerant-control devices, Capillary tubes kısmı. ASHRAE, Atlanta.
  • Stoecker, W.F., Jones, J.W. (1982). Refrigeration and Air Conditioning, 2nd ed., McGraw-Hill, bölüm 12 Expansion devices (kılcal boru hesabı).
  • 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 (ev tipi soğutma cihazları) ve IEC 60335-2-89 (ticari soğutma cihazları): yanıcı soğutucu akışkanlar için şarj sınırları.
  • US EPA (2024). SNAP kuralı 26, bilgi formu: https://epa.gov/system/files/documents/2024-05/snap-final-rule-26-factsheet.pdf (erişim 2026-10-14).
  • US 40 CFR bölüm 82, alt bölüm G, ek R ve V (SNAP, ev tipi buzdolapları ve derin dondurucularda hidrokarbonlar): https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-82/subpart-G (erişim 2026-10-25).
  • ASERCOM (2023). Components for flammable refrigerants: https://www.asercom.org/wp-content/uploads/2023/04/En_Components-for-Flammable-Refrigerants.pdf (IEC 60335-2-24 şarj sınırı).
  • 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), bölüm 44 Soğutucu akışkan kontrol cihazları, Kılcal borular bölümü: Wolf ve ark. (1995) ile Wolf & Pate (2002) sonrasındaki derecelendirme tabloları ve çözümlü örnekler, uygulamayı kontrol etmek için kullanılmıştır.

Sıkça sorulan sorular

Bir kılcal boru boyutu nasıl belirlenir?

Kompresörden başlayın: tasarım noktasındaki kütlesel debisi (buharlaşma ve yoğuşma sıcaklığı, aşırı soğutma) kılcal borudan geçmelidir. Uygulama, her iç çap için tam olarak bu debiyi veren uzunluğu bulur; daha uzun bir boru daha az, daha büyük çap ise daha çok akışkan geçirir. Buzdolabı ve dondurucularda tipik olarak 1,5–4 m arasında pratik bir uzunluğa sahip bir iç çap seçin.

Yukarıdaki araçla hesaplayın ↑

Hangi iç çapı seçmeliyim?

Daha büyük çaplı ve uzun bir boru, küçük çaplı kısa bir boruya göre toleranslara, kire ve yağa karşı daha az hassastır: 0,6 mm'lik bir çapta ±0,02 mm'lik sapma debiyi yaklaşık %8 oranında değiştirir. Çok kısa boruların (0,5 m altı) tutturulması zordur; çok uzun olanlar ise pratik değildir. Uygulama, uzunluğu istenen aralığın ortasına en yakın olan çapı önerir.

Yukarıdaki araçla hesaplayın ↑

Kılcal boru neden emiş hattına lehimlenir?

Soğuk emiş gazı, kılcal borudaki sıvıyı soğutur: kg başına daha fazla soğutma kapasitesi, daha az flaş gazı (flash gas) ve emiş hattı terlemez veya buzlanmaz. Sıvı daha uzun süre sıvı kalır ve boru metre başına daha fazla soğutucu akışkan geçirir; bu nedenle lehimli bir boru, aynı akış için adyabatik bir borudan daha uzundur. Uygulama, eşanjörü lehimli uzunluktan ve emiş hattı çapından hesaplar; bunun yerine ölçülen bir dönüş gazı sıcaklığı girilebilir.

Yukarıdaki araçla hesaplayın ↑

Kritik akış ne anlama gelir?

İki fazlı karışımın hızı, sıvı buharlaştıkça artar. Belirli bir noktada kritik (ses) hızına ulaşır: buharlaşma basıncını daha fazla düşürmek debiyi artırmaz. Çoğu kılcal borulu sistem kritik akışta çalışır; bu durumda debiyi boru uzunluğu belirler, buharlaşma basıncı yalnızca çıkıştaki jeti değiştirir.

Yukarıdaki araçla hesaplayın ↑

Sonuçları R600a ve R290 için kullanabilir miyim?

Evet, izobütan ve propanın özellikleri CoolProp'un referans hal denklemlerinden alınır. Hidrokarbonların yanıcı (A3) olduğunu unutmayın: cihaz standartları devre başına şarjı sınırlar ve kılcal borulu sistemde sıvı tankı bulunmadığından şarjın tam olarak tartılarak yapılması gerekir.

Yukarıdaki araçla hesaplayın ↑HC soğutucu akışkanlar (A3): boru boyutlandırma →

Hesaplama ne kadar doğrudur?

Homojen modellerin adyabatik borulardaki ölçümlerle yayınlanmış karşılaştırmaları, kütlesel debide %10–20 mertebesinde sapmalar gösterir; emiş hattı eşanjörü ile belirsizlik daha büyüktür. ASHRAE Handbook (2006, böl. 44) içindeki çözümlü örneklerle karşılaştırıldığında uygulama kütlesel debide +%4…9 arasındadır. Yalnızca iç çap toleransı bile yüzde olarak birkaç birim fark oluşturur. Sonucu bir başlangıç noktası olarak kullanın ve bir test çalıştırmasında kızgınlığı ile basınçları doğrulayın.

Varsayımlar: Homojen iki fazlı akış, metastabil buharlaşma yok, pürüzsüz çekme bakır boru, düz veya gevşek sarılmış, yağ yok. t₀ ve tc çiy noktası olarak (EN 12900). Kondenser ve sıvı hattının basınç düşüşü hesaba katılmaz. Özellikler CoolProp 8'den.

Sorumluluk Reddi: Hesaplama tasarım için bir kılavuzdur. Sonucu kompresör üreticisinin verilerine göre kontrol edin ve deneme çalışmasında şarjı, kızgınlığı ve basınçları doğrulayın. CO2piping.com sonuçların kullanımından hiçbir sorumluluk kabul etmez.

Yeni özellik – lütfen hataları bildirin: Hata bildir

Yardım – kılcal boru boyutlandırma

Soldaki alana soğutucu akışkanı, çalışma noktasını ve kompresörü girin. Sağdaki tablo her standart kılcal boru iç çapı için gereken uzunluğu verir; önerilen boyut ★ ile işaretlenir.

1. Soğutucu akışkan ve çalışma noktası

  • Soğutucu akışkanı ve kullanım alanını (dondurucu, buzdolabı, yüksek emiş basıncı) seçin; kullanım alanı, değiştirebileceğiniz tipik sıcaklıkları doldurur.
  • Buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıkları, kompresör veri sayfalarında olduğu gibi (EN 12900) çiy noktası sıcaklıklarıdır.
  • Aşırı soğutma, kondenser çıkışında sıvının kabarcık noktasının ne kadar altında olduğudur; kızgınlık ise evaporatör çıkışında buharın çiy noktasının ne kadar üstünde olduğudur.

2. Kompresör

  • Çalışma noktasındaki soğutma kapasitesini, kütlesel debiyi veya kompresörün silindir hacmini ve devrini girin.
  • Silindir hacmi girildiğinde uygulama, küçük bir pistonlu kompresörün volümetrik verimini tahmin eder; elinizde gerçek değer varsa onu girin.

3. Emiş hattı eşanjörü

  • Kılcal boru emiş hattına lehimlenmişse kutuyu işaretleyin (çoğu buzdolabı ve dondurucuda böyledir).
  • Uygulama; lehimli uzunluktan, başlangıç noktasından ve emme hattının iç çapından, eşanjörün kılcal borudan ne kadar ısı çektiğini hesaplar ve ortaya çıkan dönüş gazı sıcaklığını gösterir. Eğer ölçüm yaptıysanız, bunun yerine o değeri girin.

4. Sonuç

  • Her satır bir iç çaptır: uzunluk, ±0,02 mm iç çap toleransı için uzunluk bandı, sıvı kısmı, çıkış durumu ve çıkış hızı.
  • Borunun boyunca basınç ve sıcaklığını görmek ve akış şemasında çizdirmek için bir satıra tıklayın.
  • 'Mevcut bir boruyu kontrol et' altında elinizdeki bir borunun iç çapını ve uzunluğunu girersiniz: uygulama, çalışma noktasındaki kütlesel debiyi ve soğutma kapasitesini verir ve kompresörle karşılaştırır.

5. Kaydet, aç, yazdır

  • Kaydet, projeyi bir bağlantı dosyası (.html) olarak kaydeder: çift tıklandığında co2piping.com adresinde açılır ve Aç dosyayı tekrar okur (eski .json dosyaları da okunabilir). Bağlantıyı kopyala, projeye bir bağlantı kopyalar. Her ikisi de projedeki her şeyi içerir.
  • Yazdır raporu tablo ve profil ile birlikte verir, ardından akış şemasını kendine ait yatay bir sayfada gösterir.