Gli erogatori capillari vengono utilizzati principalmente in applicazioni domestiche e commerciali di piccole dimensioni in cui il carico termico sull'evaporatore è piuttosto costante.Questi sistemi hanno anche portate di refrigerante inferiori e in genere utilizzano compressori ermetici.I produttori utilizzano i capillari per la loro semplicità e il basso costo.Inoltre, la maggior parte dei sistemi che utilizzano i capillari come dispositivo di misurazione non richiedono un ricevitore high-side, riducendo ulteriormente i costi.
I tubi capillari non sono altro che lunghi tubi di piccolo diametro e lunghezza fissa installati tra il condensatore e l'evaporatore.Il capillare misura effettivamente il refrigerante dal condensatore all'evaporatore.A causa della grande lunghezza e del diametro ridotto, quando il refrigerante lo attraversa, si verificano attrito del fluido e caduta di pressione.Infatti, poiché il liquido sottoraffreddato scorre dal fondo del condensatore attraverso i capillari, parte del liquido potrebbe bollire mentre si verificano queste cadute di pressione.Queste cadute di pressione portano il liquido al di sotto della sua pressione di saturazione alla sua temperatura in diversi punti lungo il capillare.Questo lampeggiamento è causato dall'espansione del liquido quando la pressione diminuisce.
L'entità del flash di liquido (se presente) dipenderà dal grado di sottoraffreddamento del liquido dal condensatore e dal capillare stesso.Se si verifica evaporazione del liquido, è auspicabile che l'evaporazione sia il più vicino possibile all'evaporatore per garantire le migliori prestazioni del sistema.Più freddo è il liquido dal fondo del condensatore, meno liquido filtra attraverso il capillare.Il capillare viene solitamente avvolto, fatto passare o saldato alla linea di aspirazione per un ulteriore sottoraffreddamento per impedire l'ebollizione del liquido nel capillare.Poiché il capillare limita e misura il flusso di liquido all'evaporatore, aiuta a mantenere la caduta di pressione necessaria affinché il sistema funzioni correttamente.
Il tubo capillare e il compressore sono i due componenti che separano il lato ad alta pressione dal lato a bassa pressione di un sistema di refrigerazione.
Un tubo capillare differisce da un dispositivo di misurazione con valvola di espansione in quanto non ha parti mobili e non controlla il surriscaldamento dell'evaporatore in nessuna condizione di carico termico.Anche in assenza di parti in movimento, i tubi capillari modificano la portata al variare della pressione del sistema evaporatore e/o condensatore.Infatti, raggiunge l'efficienza ottimale solo quando le pressioni sul lato alto e sul lato basso sono combinate.Questo perché il capillare funziona sfruttando la differenza di pressione tra il lato di alta e quello di bassa pressione del sistema di refrigerazione.All’aumentare della differenza di pressione tra i lati alto e basso del sistema, aumenterà anche il flusso di refrigerante.I tubi capillari funzionano in modo soddisfacente in un ampio intervallo di cadute di pressione, ma generalmente non sono molto efficienti.
Poiché il capillare, l'evaporatore, il compressore e il condensatore sono collegati in serie, la portata nel capillare deve essere uguale alla velocità di svuotamento del compressore.Questo è il motivo per cui la lunghezza e il diametro calcolati del capillare alle pressioni di evaporazione e condensazione calcolate sono critici e devono essere uguali alla capacità della pompa nelle stesse condizioni di progettazione.Troppe svolte nel capillare influenzeranno la sua resistenza al flusso e quindi influenzeranno l'equilibrio del sistema.
Se il capillare è troppo lungo e resiste troppo, si verificherà una restrizione locale del flusso.Se il diametro è troppo piccolo o si fanno troppi giri durante l'avvolgimento, la capacità del tubo sarà inferiore a quella del compressore.Ciò comporterà una mancanza di olio nell'evaporatore, con conseguente bassa pressione di aspirazione e grave surriscaldamento.Allo stesso tempo, il liquido sottoraffreddato rifluirà al condensatore, creando una prevalenza più elevata poiché nel sistema non è presente un ricevitore per trattenere il refrigerante.Con una prevalenza più alta e una pressione più bassa nell'evaporatore, la portata del flusso del refrigerante aumenterà a causa della maggiore caduta di pressione attraverso il tubo capillare.Allo stesso tempo, le prestazioni del compressore diminuiranno a causa del rapporto di compressione più elevato e della minore efficienza volumetrica.Ciò costringerà il sistema a equilibrarsi, ma a una prevalenza più elevata e a una pressione di evaporazione inferiore può portare a inutili inefficienze.
Se la resistenza capillare è inferiore al necessario a causa di un diametro troppo corto o troppo grande, la portata del refrigerante sarà maggiore della capacità della pompa del compressore.Ciò comporterà un'elevata pressione dell'evaporatore, un basso surriscaldamento e un possibile allagamento del compressore a causa dell'eccesso di alimentazione dell'evaporatore.Il sottoraffreddamento può diminuire nel condensatore causando una bassa pressione e persino la perdita della tenuta del liquido sul fondo del condensatore.Questa prevalenza bassa e una pressione dell'evaporatore superiore al normale ridurranno il rapporto di compressione del compressore con conseguente elevata efficienza volumetrica.Ciò aumenterà la capacità del compressore, che può essere bilanciata se il compressore è in grado di gestire l'elevato flusso di refrigerante nell'evaporatore.Accade spesso che il refrigerante trabocchi nel compressore, causandone il guasto.
Per i motivi sopra elencati, è importante che i sistemi capillari dispongano di una carica di refrigerante accurata (critica).Una quantità eccessiva o insufficiente di refrigerante può causare un grave squilibrio e gravi danni al compressore a causa del flusso del fluido o dell'allagamento.Per il corretto dimensionamento dei capillari, consultare il produttore o fare riferimento alla tabella delle taglie del produttore.La targhetta o la targhetta del sistema indicherà esattamente la quantità di refrigerante richiesta dal sistema, solitamente in decimi o addirittura centesimi di oncia.
Con carichi termici elevati dell'evaporatore, i sistemi capillari funzionano tipicamente con un surriscaldamento elevato;infatti, un surriscaldamento dell'evaporatore di 40° o 50° F non è raro con carichi termici elevati dell'evaporatore.Questo perché il refrigerante nell'evaporatore evapora rapidamente e aumenta il punto di saturazione del vapore al 100% nell'evaporatore, conferendo al sistema un valore di surriscaldamento elevato.I tubi capillari semplicemente non dispongono di un meccanismo di feedback, come la spia remota della valvola di espansione termostatica (TRV), per indicare al dispositivo di misurazione che sta funzionando a un surriscaldamento elevato e correggerlo automaticamente.Pertanto, quando il carico dell'evaporatore è elevato e il surriscaldamento dell'evaporatore è elevato, il sistema funzionerà in modo molto inefficiente.
Questo può essere uno dei principali svantaggi del sistema capillare.Molti tecnici desiderano aggiungere più refrigerante al sistema a causa delle elevate letture del surriscaldamento, ma ciò non farà altro che sovraccaricare il sistema.Prima di aggiungere refrigerante, verificare che le letture del surriscaldamento siano normali a carichi termici bassi dell'evaporatore.Quando la temperatura nello spazio refrigerato viene ridotta alla temperatura desiderata e l'evaporatore è a basso carico termico, il surriscaldamento normale dell'evaporatore è generalmente compreso tra 5° e 10°F.In caso di dubbio, raccogliere il refrigerante, scaricare il sistema e aggiungere la carica critica di refrigerante indicata sulla targhetta.
Una volta ridotto il carico termico elevato dell'evaporatore e il sistema passa al carico termico basso dell'evaporatore, il punto di saturazione del 100% del vapore dell'evaporatore diminuirà negli ultimi passaggi dell'evaporatore.Ciò è dovuto ad una diminuzione della velocità di evaporazione del refrigerante nell'evaporatore a causa del basso carico termico.Il sistema avrà ora un normale surriscaldamento dell'evaporatore compreso tra circa 5° e 10°F.Queste normali letture del surriscaldamento dell'evaporatore si verificheranno solo quando il carico termico dell'evaporatore è basso.
Se il sistema capillare è troppo pieno, si accumulerà liquido in eccesso nel condensatore, causando un'elevata prevalenza a causa della mancanza di un ricevitore nel sistema.La caduta di pressione tra i lati di bassa e alta pressione del sistema aumenterà, provocando un aumento della portata all'evaporatore e un sovraccarico dell'evaporatore, con conseguente basso surriscaldamento.Potrebbe addirittura allagare o intasare il compressore, motivo per cui i sistemi capillari devono essere caricati rigorosamente e con precisione con la quantità specificata di refrigerante.
John Tomczyk is Professor Emeritus of HVACR at Ferris State University in Grand Rapids, Michigan and co-author of Refrigeration and Air Conditioning Technologies published by Cengage Learning. Contact him at tomczykjohn@gmail.com.
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