Tube capillaire frigorigène

Un tube capillaire est le détendeur fixe d’innombrables réfrigérateurs domestiques, congélateurs, petits climatiseurs et pompes à chaleur. Une fois le compresseur et les échangeurs choisis, il reste à fixer un diamètre intérieur et une longueur de coupe qui dosent le débit massique de fluide frigorigène entre le condenseur haute pression et l’évaporateur basse pression. Ce calculateur de tube capillaire estime cette longueur à partir de trois entrées : diamètre intérieur en millimètres, type ASHRAE de fluide et débit massique de conception en kilogrammes par heure. Le moteur applique un modèle de restriction équivalent de Darcy diphasique à un point de régime de 45 °C côté haute et −10 °C côté basse, avec pressions de saturation tabulées et masses volumiques liquide et vapeur pour chaque fluide reconnu.

Rôle du tube capillaire et façon d’estimer la longueur

Le tube capillaire frigorifique est un long restricteur de cuivre ou d’aluminium à petit alésage qui remplace un détendeur thermostatique dans les systèmes à orifice fixe sensibles au coût. Le liquide issu du condenseur entre dans l’alésage, se détend en flash lorsque la pression statique chute, et sort en mélange diphasique que l’évaporateur peut vaporiser. Le tube doit ramener la haute pression à la pression d’évaporation au débit massique visé : trop court, l’évaporateur se noie avec une aspiration humide ; trop long, l’évaporateur s’assèche et la puissance s’effondre.

Les modèles diphasiques distribués intègrent frottement, quantité de mouvement et titre de flash le long de l’alésage, et les abaques de sélection ASHRAE replient ces intégrations en familles de courbes par fluide. Ce calculateur utilise un équivalent de Darcy sous forme fermée et indique clairement qu’il s’agit d’une estimation de premier jet, pas d’un calorimètre.

La longueur L est le produit de la différence de pression haute–basse ΔP, d’une masse volumique diphasique équivalente ρ_eq, de π au carré et du diamètre intérieur à la puissance cinq, le tout divisé par huit fois un coefficient de frottement de Darcy équivalent et le carré du débit massique. La masse volumique équivalente est la masse volumique homogène à un titre moyen de 0.6, construite avec les masses volumiques liquide et vapeur du fluide.

Les pressions haute et basse viennent de la saturation à 45 °C et −10 °C, sauf le dioxyde de carbone R744, qui emploie une pression de refroidisseur de gaz de 90 bar parce que 45 °C se situe au-dessus du point critique. Les exposants du diamètre à la cinq et du débit massique au carré sont ceux de l’écoulement monophasique de Darcy–Weisbach, si bien qu’une erreur de 10 % sur le diamètre déplace la longueur prévue d’environ 60 %.

Le résultat est une longueur en mètres que vous pouvez couper et essayer, non un substitut d’un essai de laboratoire ni d’un abaque fabricant une fois connus la circulation d’huile, l’échange avec la conduite d’aspiration et le sous-refroidissement mesuré.

Où ces estimations de longueur servent, et ce qu’elles omettent

Les bureaux d’études d’appareils recourent à une estimation de longueur de tube capillaire lorsque compresseur hermétique, condenseur et évaporateur sont déjà choisis et qu’une première coupe est nécessaire avant qu’une boucle calorimétrique soit disponible.

Un réfrigérateur domestique au R600a ou au R134a, alésage de 0.7 mm et débit massique voisin de 1 kg/h tombe en général dans la bande de 2 à 4 m que produit ce modèle ; un climatiseur split au R410A ou au R32, alésage plus large et débit massique plus élevé produit une autre longueur, car ces fluides portent une différence de pression haute–basse bien plus grande.

Les laboratoires d’enseignement demandent d’expliquer pourquoi le diamètre à la cinq domine le résultat et pourquoi un fluide non reconnu doit échouer au lieu d’assumer en silence les propriétés du R22. Les techniciens de terrain qui remplacent un capillaire endommagé peuvent retrouver une longueur de départ à partir du fluide de la plaque signalétique et d’un débit massique estimé comme puissance nominale divisée par un saut d’enthalpie approximatif, puis ajuster selon la surchauffe.

Le modèle n’inclut ni l’huile, ni l’échange non adiabatique avec la conduite d’aspiration, ni le sous-refroidissement d’entrée comme donnée libre, ni les détails de flash étranglé des abaques adimensionnels de Bittle–Wolf–Pate ; cela relève d’une simulation complète de capillaire lorsque ces données existent.