RECOMENDACIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DE TUBOS CAPILARES (análisis de su comportamiento)
Generalidades El tubo capilar es uno de los dispositivos de expansión más utilizados en los sistemas frigoríficos que trabajan en ciclo de compresión de vapor. Empleado en todas las aplicaciones domésticas y en un gran número de las de tipo comercial es de fácil montaje, económico y está exento de averías. La selección del capilar se basa en el método práctico de la "prueba y error", es decir, en el ensayo de distintos capilares para determinar él que ofrece mejores prestaciones. Aún en el caso de disponer de modelos simplificados de cálculo, el ajuste final para una aplicación dada debe hacerse mediante ensayos prácticos en laboratorio. laboratorio . Contribuye a esta necesidad el hecho que el sistema frigorífico no trabaja bajo condiciones constantes las cuales afectan al comportamiento del capilar. En este trabajo se presentan unas tablas que permiten la selección del tubo capilar más adecuado a una capacidad frigorífica dada con el que iniciar los ensayos en laboratorio, reduciendo estos al mínimo indispensable. reduciendo reduciendo estos al mínimo indispensable. Las tablas están referidas a los refrigerantes R12, R22, R134a y R404A.
Selección del tubo capilar Entre las condiciones que más afectan al caudal en el capilar están las presiones de entrada y salida que, en general, se corresponden con las de condensación y evaporación, respectivamente. Una observación de tipo práctico es que un cambio de 10 K en la temperatura de condensación induce una variación de alrededor de 5 K en la de evaporación. Asimismo, Asim ismo, el el calor calor que que pueda pueda intercam intercambiar biar el el fluido fluido con el medio medio circun circundante dante tiene gran impo importanc rtancia. ia. En otras palabras, la existencia de un intercambiador de calor en el recorrido del capilar capilar (p.ej. capilar pasando "por el interior de" o "soldado externamente a" la línea l ínea de aspiración), influye extremamente extremament e en su comportamiento. Como recomendación recomendación general, cuanto más baja es la temperatura de evaporación más necesaria es la existencia de un intercambiador (en la práctica, se puede considerar obligatoria en aplicaciones de baja presión, LBP, por ejemplo, congeladores). También afecta la temperatura del líquido a la entrada del capilar (grado de subenfriamiento desde la salida del condensador) condensador).. Las diferencias de diámetro y rugosidad debidas a las tolerancias de fabricación también afectan al caudal real que proporcionará un capilar en una producción masiva. La enumeración hecha de variables permite comprender comprender cuán difícil difíci l es dar unas recomendaciones recomendaciones con carácter general. Las que se ofrecen están referidas a una temperatura de condensación de 45ºC y a la existencia de un intercambiador de calor . El uso de las tablas es muy simple. En principio se debería partir del valor del caudal de refrigerante pero, dado que, definido un ciclo de refrigeración, el caudal es proporcional a la producción frigorífica y ésta es fácil de conocer a partir del catálogo del compresor, se toma como dato de entrada no el caudal sino la producción frigoríca que le corresponde. Es decir, los datos necesarios para la consulta a las gráficas son: Temperatura Temperatu ra de evaporación (p.ej.: -30ºC) Modelo de compressor (p.ej.: GL80AH) En las hojas de características del compresor se determina su producción frigorífica. P.ej.: el GL80AH, con temperaturas de evaporación/condensación -30/45ºC, respectivamente, da una producción frigorífica de 129 kcal/h en ciclo con subenfriamiento a 32ºC (ASHRAE). (ASHRAE). Se busca el valor más cercano a la producción frigorífica (129 kcal/h en el ejemplo) en la primera columna de la tabla del refrigerante que se considera (R134a en este caso, hallando el valor 123 kcal/h). La segunda y tercera columnas dan, respectivamente, el diámetro interior y la longitud del capilar.
Cambios en el diámetro Es posible, con alguna restricción, trabajar con diámetros distintos a los indicados en las tablas. Con un diámetro distinto al dado en las tablas, la nueva longitud será, siempre en forma aproximada:
NOTA: El subíndice (0) indica los valores dados por las tablas adjuntas
Equilibrio del sistema frigorífico No basta diseñar correctamente un capilar partiendo de unas hi pótesis respecto del caudal y de las presiones en sus extremos para que éstas se den de forma automática. Cada uno de los elementos del sistema - compresor, condensador, capilar, evaporador - tiene sus propias características de comportamiento comportam iento y el sistema adoptará aquellas que se ajusten simultáneame si multáneamente nte a todos ellos. ell os. Una vez diseñado y construído aquél, el equilibrio a unas condiciones de funcionamiento dadas - carga t érmica, temperatura ambiente ambiente - queda establecido por la carga de refrigerante. Que ésta sea adecuada o no, influye en gran manera sobre la eficacia del sistema. Cargas demasiado pequeñas conducen a temperaturas de evaporación excesivamenet bajas, escaso efecto refrigerante y mal uso del evaporador (caudal bajo).
Gráfico "Fig. 2" Un exceso de refrigerante conlleva altas presiones de descarga, disminución de la eficacia del compresor y exceso de líquido, que aparece en la línea de aspiración. La figura esquematiza, sobre el diagrama entálpico, los efectos de distintas cargas de refrigerante. La curva 1 corresponde a una cantidad insuficiente de refrigerante. La baja presión de aspiración da lugar a un caudal pequeño del compresor, que se traduce en una cantidad insuficiente de líquido l íquido para llenar el capilar. Como consecuencia, una cantidad significativa de vapor atraviesa el capilar. En la curva 2, un aumento de la carga hace subir las presiones y el capilar se alimenta exclusivamente de líquido. En la curva 3, si el grado de subenfriamiento es excesivo, se tiene una acumulación de líquido a la salida del condensador, que puede afectar a su eficacia con aumento de la presión de descarga. Una carga adecuada es aquélla que procura un ligero subenfriamiento a la salida del condensador. Con una carga excesiva se corre, además, el riesgo de hacer llegar líquido l íquido al compresor. Ello puede provocar dilución del aceite lubrificante, mala lubrificación, desgastes y, caso de l legar líquido al cilindro, rotura de las válvulas.
Sellado de líquido a la entrada del capilar El refrigerante debe entrar en el capilar en la dirección "de arriba hacia abajo", es decir, con el filtrodesecador inclinado (unos 15º como mínimo) y con la entrada al capilar en el nivel más bajo. En esta forma, el refrigerante líquido tiende a acumularse, por su peso, a la entrada del capilar provocando un "sellado líquido" del mismo que evita la entrada de vapor. Si la dirección del flujo es de "abajo - arriba", el líquido sólo alcanza al capilar arrastrado por la velocidad pero su tendencia natural es volver hacia atrás, con lo que da lugar a borboteo de vapor a través del líquido y a que aquél entre en el capilar, aumentando aumentan do la presión de descarga y reduciendo la eficacia del sistema.
Verificación de un tubo capilar Tras determinar, con la ayuda de las tablas y tras los ensayos de ajuste, el tubo capilar apropiado a un determinado diseño del sistema, es preciso reproducir sus características a lo largo de series largas de producción (obtener, en sistemas homólogos, las l as mismas presiones empleando un compresor c ompresor equivalente). Se usa una botella de nitrógeno equipada de un manorreductor manorreductor ajustado para suministrar un flujo variable a una presión constante de, por ejemplo, 14 bar.
Gráfico "Fig. 3" Un tubo capilar de dimensiones similares al que ha sido determinado, se usará como capilar de contraste y se montará entre los manómetros de precisión 1 y 2. El tubo capilar previamente establecido como el apropiado al sistema, se montará a la salida del manómetro manóme tro 2. Este será el capilar de referencia. Tras ajustar el manorreductor, los manómetros leerán, por ejemplo, los valores siguientes Ejemplo: Manómetro 1: 14 bar Manómetro 2: 7,8 bar Estos valores seran considerados valores de referencia. Entonces, si se sustituye el capilar de referencia por el capilar a verificar y se ajusta el manorreductor a 14 bar, se leerán 7,8 bar en el manómetro 2, sólo en caso que el capilar que se verifi ca se comporte igual que el de referencia. Si la lectura del manómetro 2 es superior a 7,8 bar, el capilar que se verifica es más restrictivo que el de referencia y hay que reducir su longitud. Por otra parte, si la presión es inferior a aquel valor, el capilar es menos restrictivo y no funcionará (no se puede recuperar, hay que cambiarlo por otro más largo). NOTA: Los valores de 14 bar y 7,8 bar se han elegido arbitrariamente como ejemplo. De todas formas, se recomienda fijar el manorreductor a un valor superior a 5 bar, excepto en el caso de flujos elevados y manómetros de muy alta precisión.
Tabla para refrigerante R12 Condiciones ASHRAE
Condiciones CECOMAF
Diámetro int.
Longitud
(kcal/h) 3800 3450 3250 2900 2700 2500 2250 1850 1700 1550 1400 1320 1230 1130 1065 975 850 770 700 610 575 500 450 415 390 330 300 275 250 225 195 180 165 147 130 120 110 98 93 85 74 65
(W) 4028 3657 3445 3074 2862 2650 2385 1961 1802 1643 1484 1399 1304 1198 1129 1034 901 816 742 647 610 530 477 440 413 350 318 292 265 239 207 191 175 156 138 127 117 104 99 90 78 69
(mm) 2,8 2,8 2,5 2,5 2,5 2,2 2,2 2,0 2,0 2,0 2,0 1,8 1,8 1,8 1,8 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
(m) 2,0 2,5 1,5 2,0 2,5 1,5 2,0 1,5 2,0 2,5 3,5 2,0 2,5 3,0 3,5 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 1,5 2,0 2,5 3,0 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
ASHRAE ASHRAE 45 32 32
CECOMAF CECOMAF 45 45 32
Temp. condensación (ºC): Temp. subenfriamiento (ºC): Temp. aspiración (ºC):
Tabla para refrigerante R22 Condiciones ASHRAE
Condiciones CECOMAF
Diámetro int.
Longitud
(kcal/h) 2700 2450 2250 2150 1950 1800 1700 1575 1400 1275 1175 1125 975 925 850 775 550 490 440 400 375
(W) 2862 2597 2385 2279 2067 1908 1802 1670 1484 1352 1246 1193 1034 981 901 822 583 519 466 424 398
(mm) 2,0 2,0 2,0 1,8 1,8 1,8 1,8 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
(m) 1,5 2,0 2,5 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
ASHRAE ASHRAE 45 32 32
CECOMAF CECOMAF 45 45 32
Temp. condensación (ºC): Temp. subenfriamiento (ºC): Temp. aspiración (ºC):
Tabla para refrigerante R134a Condiciones ASHRAE
Condiciones CECOMAF
Diámetro int.
Longitud
(kcal/h) 2210 1987 1818 1679 1500 1258 1179 1022 908 824 756 701 645 554 490 442 391 333 294 264 241 210 179 157 145 123 108 97 94 79 70 62 56 48 42
(W) 2298 2066 1891 1746 1560 1308 1226 1063 944 857 786 729 671 576 510 460 407 346 306 275 251 218 186 163 151 128 112 101 98 82 73 64 58 50 44
(mm) 2,0 2,0 2,0 2,0 1,8 1,8 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5
(m) 2,0 2,5 3,0 3,5 2,5 3,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 1,5 2,0 2,5 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5
ASHRAE ASHRAE 45 32 32
CECOMAF CECOMAF 45 45 32
Temp. condensación (ºC): Temp. subenfriamiento (ºC): Temp. aspiración (ºC):
Tabla para refrigerante R404A Condiciones ASHRAE
Condiciones CECOMAF
Diámetro int.
Longitud
(kcal/h) 3086 2637 2390 2021 1877 1697 1526 1312 1160 1070 982 863 736 650 595 536 456 403 364 335 295 261 230 216 184 164 148 144 123 109 99 89 75 67
(W) 3024 2584 2342 1981 1839 1663 1495 1286 1137 1049 962 846 721 637 583 525 447 395 357 328 289 256 225 212 180 161 145 141 121 107 97 87 74 66
(mm) 2,0 2,0 1,8 1,8 1,8 1,8 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5
(m) 1,5 2,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 1,5 2,0 2,5 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,5 2,0 2,5
ASHRAE ASHRAE 45 32 32
CECOMAF CECOMAF 45 45 32
Temp. condensación (ºC): Temp. subenfriamiento (ºC): Temp. aspiración (ºC):
