RECOMENDACIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DE TUBOS CAPILARES (análisis de su comportamiento)

GeneralidadesEl 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. 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 estos al mínimo indispensable. Las tablas están referidas a los refrigerantes R12, R22, R134a y R404A.

Selección del tubo capilarEntre 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, el calor que pueda intercambiar el fluido con el medio circundante tiene gran importancia. 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 de aspiración), influye extremamente en su comportamiento. Como 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).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 cuán difícil es dar unas 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 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). 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 diámetroEs 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 hipótesis 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 y el sistema adoptará aquellas que se ajusten simultáneamente a todos ellos. Una vez diseñado y construído aquél, el equilibrio a unas condiciones de funcionamiento dadas - carga térmica, temperatura 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 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 al compresor. Ello puede provocar dilución del aceite lubrificante, mala lubrificación, desgastes y, caso de llegar líquido al cilindro, rotura de las válvulas.

Sellado de líquido a la entrada del capilarEl refrigerante debe entrar en el capilar en la dirección "de arriba hacia abajo", es decir, con el filtro-desecador 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 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 mismas presiones empleando un compresor equivalente).Se usa una botella de nitrógeno equipada de un 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 2. Este será el capilar de referencia.Tras ajustar el manorreductor, los manómetros leerán, por ejemplo, los valores siguientesEjemplo: Manómetro 1: 14 bar Manómetro 2: 7,8 barEstos 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 verifica 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

Producción frigorífica Tubo capilarCondiciones ASHRAE Condiciones CECOMAF Diámetro int. Longitud

(kcal/h) (W) (mm) (m)3800 4028 2,8 2,03450 3657 2,8 2,53250 3445 2,5 1,52900 3074 2,5 2,02700 2862 2,5 2,52500 2650 2,2 1,52250 2385 2,2 2,01850 1961 2,0 1,51700 1802 2,0 2,01550 1643 2,0 2,51400 1484 2,0 3,51320 1399 1,8 2,01230 1304 1,8 2,51130 1198 1,8 3,01065 1129 1,8 3,5975 1034 1,5 1,5850 901 1,5 2,0770 816 1,5 2,5700 742 1,5 3,0610 647 1,5 4,0575 610 1,2 1,5500 530 1,2 2,0450 477 1,2 2,5415 440 1,2 3,0390 413 1,0 1,5330 350 1,0 2,0300 318 1,0 2,5275 292 1,0 3,0250 265 1,0 4,0225 239 0,8 1,5195 207 0,8 2,0180 191 0,8 2,5165 175 0,8 3,0147 156 0,7 2,0130 138 0,7 2,5120 127 0,7 3,0110 117 0,6 1,598 104 0,6 2,093 99 0,6 2,585 90 0,6 3,074 78 0,6 4,065 69 0,6 5,0

ASHRAE CECOMAFTemp. condensación (ºC): 45 45Temp. subenfriamiento (ºC): 32 45Temp. aspiración (ºC): 32 32

Tabla para refrigerante R22

Producción frigorífica Tubo capilarCondiciones ASHRAE Condiciones CECOMAF Diámetro int. Longitud

(kcal/h) (W) (mm) (m)2700 2862 2,0 1,52450 2597 2,0 2,02250 2385 2,0 2,52150 2279 1,8 1,51950 2067 1,8 2,01800 1908 1,8 2,51700 1802 1,8 3,01575 1670 1,5 1,51400 1484 1,5 2,01275 1352 1,5 2,51175 1246 1,5 3,01125 1193 1,5 3,5975 1034 1,2 1,5925 981 1,2 2,0850 901 1,2 2,5775 822 1,2 3,0550 583 1,0 1,5490 519 1,0 2,0440 466 1,0 2,5400 424 1,0 3,0375 398 1,0 3,5

ASHRAE CECOMAFTemp. condensación (ºC): 45 45Temp. subenfriamiento (ºC): 32 45Temp. aspiración (ºC): 32 32

Tabla para refrigerante R134a

Producción frigorífica Tubo capilarCondiciones ASHRAE Condiciones CECOMAF Diámetro int. Longitud

(kcal/h) (W) (mm) (m)2210 2298 2,0 2,01987 2066 2,0 2,51818 1891 2,0 3,01679 1746 2,0 3,51500 1560 1,8 2,51258 1308 1,8 3,51179 1226 1,5 1,51022 1063 1,5 2,0908 944 1,5 2,5824 857 1,5 3,0756 786 1,5 3,5701 729 1,5 4,0645 671 1,2 1,5554 576 1,2 2,0490 510 1,2 2,5442 460 1,2 3,0391 407 1,0 1,5333 346 1,0 2,0294 306 1,0 2,5264 275 1,0 3,0241 251 1,0 3,5210 218 0,8 1,5179 186 0,8 2,0157 163 0,8 2,5145 151 0,7 1,5123 128 0,7 2,0108 112 0,7 2,597 101 0,7 3,094 98 0,6 1,579 82 0,6 2,070 73 0,6 2,562 64 0,6 3,056 58 0,5 1,548 50 0,5 2,042 44 0,5 2,5

ASHRAE CECOMAFTemp. condensación (ºC): 45 45Temp. subenfriamiento (ºC): 32 45Temp. aspiración (ºC): 32 32

Tabla para refrigerante R404A

Producción frigorífica Tubo capilarCondiciones ASHRAE Condiciones CECOMAF Diámetro int. Longitud

(kcal/h) (W) (mm) (m)3086 3024 2,0 1,52637 2584 2,0 2,02390 2342 1,8 1,52021 1981 1,8 2,01877 1839 1,8 2,51697 1663 1,8 3,01526 1495 1,5 1,51312 1286 1,5 2,01160 1137 1,5 2,51070 1049 1,5 3,0982 962 1,5 3,5863 846 1,2 1,5736 721 1,2 2,0650 637 1,2 2,5595 583 1,2 3,0536 525 1,0 1,5456 447 1,0 2,0403 395 1,0 2,5364 357 1,0 3,0335 328 1,0 3,5295 289 0,8 1,5261 256 0,8 2,0230 225 0,8 2,5216 212 0,7 1,5184 180 0,7 2,0164 161 0,7 2,5148 145 0,7 3,0144 141 0,6 1,5123 121 0,6 2,0109 107 0,6 2,599 97 0,6 3,089 87 0,5 1,575 74 0,5 2,067 66 0,5 2,5

ASHRAE CECOMAFTemp. condensación (ºC): 45 45Temp. subenfriamiento (ºC): 32 45Temp. aspiración (ºC): 32 32