Calculadora de tubo capilar

Un tubo capilar es el dispositivo de expansión fijo de innumerables refrigeradores domésticos, congeladores, equipos compactos de aire acondicionado y bombas de calor. Una vez elegidos el compresor y los intercambiadores, quien dimensiona aún debe fijar un diámetro interior y una longitud de corte que dosifiquen el caudal másico correcto de refrigerante entre el condensador de alta y el evaporador de baja. Esta calculadora de tubo capilar estima esa longitud a partir de tres entradas: diámetro interior en milímetros, tipo ASHRAE de refrigerante y caudal másico de diseño en kilogramos por hora. El motor aplica un modelo de restricción equivalente de Darcy en dos fases en un punto de régimen de 45 °C en el lado de alta y −10 °C en el lado de baja, con presiones de saturación tabuladas y densidades de líquido y de vapor para cada fluido reconocido.

Función del tubo capilar y modo de estimar la longitud

El tubo capilar de refrigeración es un restrictor largo de cobre o aluminio de calibre reducido que sustituye a una válvula de expansión termostática en sistemas de orificio fijo sensibles al coste. El líquido del condensador entra en el calibre, se evapora parcialmente al caer la presión estática y sale como mezcla bifásica que el evaporador puede hervir.

El tubo debe bajar la presión de alta hasta la de evaporación al caudal másico previsto: si es demasiado corto, el evaporador se inunda con succión húmeda; si es demasiado largo, el evaporador se queda sin líquido y la capacidad se viene abajo. Los modelos bifásicos distribuidos integran fricción, cantidad de movimiento y calidad de flash a lo largo del calibre, y las cartas de selección ASHRAE condensan esas integraciones en familias de curvas por fluido.

Esta calculadora usa un equivalente de Darcy de forma cerrada y declara con claridad que es una estimación de primer corte, no un calorímetro. La longitud L es el producto de la diferencia de presión de alta a baja ΔP, una densidad bifásica equivalente ρ_eq, π al cuadrado y el diámetro interior a la quinta, todo dividido por ocho veces un factor de fricción de Darcy equivalente y el cuadrado del caudal másico.

La densidad equivalente es la densidad homogénea a una calidad media de 0.6, construida con las densidades de líquido y de vapor del refrigerante. Las presiones de alta y de baja proceden de la saturación a 45 °C y −10 °C, salvo el dióxido de carbono R744, que emplea una presión de enfriador de gas de 90 bar porque 45 °C queda por encima del punto crítico.

Los exponentes del diámetro a la quinta y del caudal másico al cuadrado son los mismos que en el flujo monofásico de Darcy–Weisbach, de modo que un error del 10 % en el diámetro mueve la longitud prevista en torno al 60 %.

El resultado es una longitud en metros que usted puede cortar y probar, no un sustituto de un ensayo de laboratorio ni de una carta de capilares del fabricante cuando ya se conocen la circulación de aceite, el intercambio con la línea de succión y el subenfriamiento medido.

Dónde se usan estas estimaciones de longitud y qué omiten

Quienes diseñan aparatos emplean una estimación de longitud de tubo capilar cuando ya están elegidos un compresor hermético, un condensador y un evaporador, y hace falta un primer corte antes de disponer de un bucle calorimétrico.

Un refrigerador doméstico con R600a o R134a, calibre de 0.7 mm y caudal másico cercano a 1 kg/h suele caer en la banda de 2 a 4 m que produce este modelo; un aire acondicionado partido con R410A o R32, calibre mayor y caudal másico más alto produce otra longitud porque esos fluidos arrastran una diferencia de presión de alta a baja mucho mayor.

Los laboratorios docentes piden explicar por qué el diámetro a la quinta domina el resultado y por qué un refrigerante no reconocido debe fallar en lugar de asumir en silencio las propiedades de R22. El personal de campo que sustituye un capilar dañado puede recuperar una longitud de partida a partir del refrigerante de la placa y de un caudal másico estimado como capacidad nominal dividida por un salto de entalpía aproximado, y luego recortar según el sobrecalentamiento.

El modelo no incluye aceite, intercambio no adiabático con la línea de succión, subenfriamiento de entrada como dato libre ni detalles de flash estrangulado de las cartas adimensionales de Bittle–Wolf–Pate; eso pertenece a una simulación completa de capilar cuando existan esos datos.