Calculadora de tubo capilar

Um tubo capilar é o dispositivo de expansão fixo de inúmeros refrigeradores domésticos, congeladores, aparelhos compactos de ar-condicionado e bombas de calor. Depois de escolhidos o compressor e os trocadores, quem dimensiona ainda precisa definir um diâmetro interno e um comprimento de corte que dosem a vazão mássica correta de refrigerante entre o condensador de alta e o evaporador de baixa. Esta calculadora de tubo capilar estima esse comprimento a partir de três entradas: diâmetro interno em milímetros, tipo ASHRAE de refrigerante e vazão mássica de projeto em quilogramas por hora. O motor aplica um modelo de restrição equivalente de Darcy em duas fases num ponto de regime de 45 °C no lado de alta e −10 °C no lado de baixa, com pressões de saturação tabeladas e densidades de líquido e de vapor para cada fluido reconhecido.

Função do tubo capilar e modo de estimar o comprimento

O tubo capilar de refrigeração é um restritor longo de cobre ou alumínio de pequeno calibre que substitui uma válvula de expansão termostática em sistemas de orifício fixo sensíveis a custo. O líquido do condensador entra no furo, sofre flash à medida que a pressão estática cai e sai como mistura bifásica que o evaporador pode ferver.

O tubo deve baixar a pressão de alta até a de evaporação na vazão mássica prevista: se for curto demais, o evaporador alaga com sucção úmida; se for longo demais, o evaporador fica sem líquido e a capacidade desaba. Modelos bifásicos distribuídos integram atrito, quantidade de movimento e qualidade de flash ao longo do furo, e as cartas de seleção ASHRAE condensam essas integrações em famílias de curvas por fluido.

Esta calculadora usa um equivalente de Darcy em forma fechada e deixa claro que é uma estimativa de primeiro corte, não um calorímetro. O comprimento L é o produto da diferença de pressão de alta para baixa ΔP, uma densidade bifásica equivalente ρ_eq, π ao quadrado e o diâmetro interno à quinta, tudo dividido por oito vezes um fator de atrito de Darcy equivalente e o quadrado da vazão mássica.

A densidade equivalente é a densidade homogênea a uma qualidade média de 0.6, montada com as densidades de líquido e de vapor do refrigerante. As pressões de alta e de baixa vêm da saturação a 45 °C e −10 °C, salvo o dióxido de carbono R744, que usa uma pressão de resfriador de gás de 90 bar porque 45 °C fica acima do ponto crítico.

Os expoentes do diâmetro à quinta e da vazão mássica ao quadrado são os mesmos do escoamento monofásico de Darcy–Weisbach, de modo que um erro de 10 % no diâmetro desloca o comprimento previsto em cerca de 60 %. O resultado é um comprimento em metros que você pode cortar e testar, não um substituto de um ensaio de laboratório nem de uma carta de capilares do fabricante quando já se conhecem a circulação de óleo, a troca com a linha de sucção e o subresfriamento medido.

Onde essas estimativas de comprimento entram e o que elas omitem

Quem projeta aparelhos usa uma estimativa de comprimento de tubo capilar quando compressor hermético, condensador e evaporador já foram escolhidos e falta um primeiro corte antes de existir um laço calorimétrico.

Um refrigerador doméstico com R600a ou R134a, calibre de 0.7 mm e vazão mássica perto de 1 kg/h costuma cair na faixa de 2 a 4 m que este modelo produz; um ar-condicionado split com R410A ou R32, calibre maior e vazão mássica mais alta produz outro comprimento porque esses fluidos carregam uma diferença de pressão de alta para baixa bem maior.

Laboratórios de ensino pedem explicar por que o diâmetro à quinta domina o resultado e por que um refrigerante não reconhecido deve falhar em vez de assumir em silêncio as propriedades de R22. Técnicos de campo que substituem um capilar danificado podem recuperar um comprimento inicial a partir do refrigerante da placa e de uma vazão mássica estimada como capacidade nominal dividida por um salto de entalpia aproximado, e depois ajustar no superaquecimento.

O modelo não inclui óleo, troca não adiabática com a linha de sucção, subresfriamento de entrada como dado livre nem detalhes de flash estrangulado das cartas adimensionais de Bittle–Wolf–Pate; isso pertence a uma simulação completa de capilar quando esses dados existirem.