OBJETIVO GENERAL:

Explicar los funcionamientos de un tubo capilar usando uno en el ejercicio.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Conocer e identificar los elementos que constituyen el tubo capilar. Identificar el lugar de instalación del tubo capilar en un sistema de refrigeración. Conocer los diferentes factores que deben considerarse para el diseño del tubo capilar.

MATERIALES Y EQUIPO:

Módulo de capacitación para sistemas de refrigeración modelo 3401 Folleto de prácticas del módulo de capacitación.

MARCO TEÓRICO:

Todos los sistemas de enfriamiento por compresión (aire acondicionado o refrigeración requieren un reductor de presión o de control de flujo o dosificación de la sustancia de trabajo (o refrigerante) del lado de alta al lado de baja presión.1

2

El tubo capilar es un dispositivo de tipo corriente de control de refrigerante. Consta simplemente de un tramo de tubería de diámetro interno reducido. Este control sirve de regulador constante para el refrigerante que entra en el evaporador. En la entrada del tubo capilar se halla instalado un filtro o filtro desecador de malla fina fin de impedir que la suciedad obstruya el tubo. En la mayoría de los sistemas de acondicionamiento de aire, el tubo capilar tiene un diámetro interno grande y un tramo largo de tubo. 3

La mayoría de longitudes proporciona la resistencia necesaria para crear la diferencia de presiones deseada en el dispositivo regulador.

Una ventaja de los sistemas de tubo capilar es que cuando el compresor para, el refrigerante continua su flujo al evaporador, por lo que las presiones del lado de alta y de

1http://www.emersonflowcontrols.com.mx/art_tecnicos/tubos_capilares.pdf 2http://www.emersonflowcontrols.com.mx/art_tecnicos/tubos_capilares.pdf 3 Folleto de prácticas del módulo de capacitación.

baja se igualan en corto tiempo, permitiendo el uso de motores y sus componentes de bajo par de arranque.4

Típicamente, el tubo capilar resulta menos eficaz para funcionar en una diversidad de condiciones que la válvula de expansión termostática. Sin embargo, gracias a sus factores de compensación en la mayoría de las aplicaciones, en general su rendimiento es muy bueno.

En la siguiente figura (Figura 5.8) se describe el tubo capilar y sus partes:

Figura 5.8 Control de tubo capilar.

A = Purgador; B = Tubo capilar; C = Flujo del refrigerante; D = Refrigerante líquido a temperatura y presión altas; E = Refrigerante líquido a temperatura y presión bajas.

Funcionamiento

El tubo capilar puede describirse como un tramo de tubería de diámetro reducido que está fijo y que conecta el lado de alta presión (o del condensador) al lado de baja presión (o del evaporador) de un sistema de refrigeración. Al restringir y regular el flujo del líquido, el tubo capilar puede mantener la diferencia de presiones necesaria entre el condensador y el evaporador. Debido al rozamiento y a la aceleración, la presión disminuye a medida que el líquido fluye por el tubo. Para poder reducir la temperatura del líquido a la temperatura de saturación del evaporador, parte del líquido debe convertirse en vapor instantáneamente en el tubo capilar, al igual que con todos los demás controles del refrigerante.5

Factores que participan en el diseño del sistema

4http://www.emersonflowcontrols.com.mx/art_tecnicos/tubos_capilares.pdf 5 Folleto de prácticas del módulo de capacitación.

El diámetro y la longitud del tubo capilar deben ser tales que la capacidad de flujo a las presiones de cálculo (de condensación y de evaporación) equivalga a la capacidad de bombeo del compresor en las mismas condiciones. Por ejemplo, si el diámetro del tubo es demasiado pequeño (es decir, si la resistencia es demasiado alta), el flujo de refrigerante líquido será menor que la capacidad de bombeado del compresor, lo que ocasionará la subalimentación del evaporador y una presión de succión baja, tal como se muestra en la figura 5-9. Entrará menos líquido en el evaporador, y el- exceso se acumulará en el condensador, lo que reducirá la superficie efectiva de condensación y aumentará la temperatura y la presión de condensación. Este cambio de presión tiende a aumentar el flujo del tubo y al mismo tiempo reduce la capacidad de compresión. Entonces, el sistema se equilibrará a una capacidad diferente de la de cálculo, con la consiguiente reducción en la capacidad del-compresor y del sistema.

Figura 5-9. Sistema de refrigeración con resistencia capilar demasiado alta, lo que da como resultado la subalimentación del evaporador.

A = Condensador; B = Evaporador; C = Acumulador de succión; D = Compresor; E =Tubo capilar

Si la resistencia del tubo capilar al flujo de refrigerante es demasiado baja (es decir, si el diámetro del tubo es demasiado grande), el caudal será mayor que la capacidad de bombeo. Esto dará como resultado la inundación o la sobrealimentación del evaporador y la retroinundación del compresor.

Figura 5-10. Sistema de refrigeración equilibrado con un tubo capilar.

A = Condensador; B = Evaporador; C = Acumulador de succión; D = Compresor; E = Tubo capilar.

El sistema de refrigeración que aparece en la figura 5-10 emplea un tubo capilar seleccionado para condiciones de capacidad en equilibrio. En la entrada del tubo capilar hay un sello líquido, pero no hay exceso de líquido en el condensador. Las presiones de descarga y de succión del compresor son normales y el evaporador está correctamente cargado.

El diagrama esquemático de la figura 5-11 es un sistema de refrigeración típico cuyo dispositivo regulador es un tubo capilar. En distintos lugares del sistema están ubicados los puntos sensores de temperatura y presión, para indicar dónde deben tomarse las mediciones.

Figura 5-11. Sistema de refrigeración con control de tubo capilar.

A = Filtro; B = Indicador de líquido; C = Purgador; D = Tubo capilar; E = Separador de aceite; F = Condensador; G = Acumulador de succión.

El compresor descarga vapor de refrigerante a alta presión en dirección hacia el condensador, a través de un separador de aceite. En el condensador, se desprende calor, lo que cambia el vapor de refrigerante a líquido, a la misma temperatura y presión. El refrigerante líquido fluye desde el condensador hacia el tubo capilar, pasando por el filtro desecador. El tubo capilar permite el paso de una cantidad preestablecida de refrigerante. Esta cantidad es determinada por el diámetro interno y la longitud del tubo y también por la capacidad del sistema. El refrigerante fluye desde el tubo capilar y a través del evaporador, donde absorbe calor y lo elimina. El refrigerante pasa a través de un acumulador de succión, que recoge el refrigerante líquido que no se ha vaporizado, y fluye nuevamente hacia el compresor.

Recomendaciones para la determinación del tamaño del tubo capilar6

La selección se basa en el método práctico de "prueba y error", es decir, las pruebas de los capilares diferentes para determinar cuál ofrece el mejor rendimiento. A pesar de que existen modelos simplificados de cálculo, la puesta a punto final para una aplicación determinada debe hacerse mediante pruebas de laboratorio práctico. Esto es simplemente porque el sistema de refrigeración no funciona bajo condiciones constantes y el comportamiento del capilar se ve afectado directamente.

ELECCIÓN DEL TUBO CAPILAR

Entre las condiciones que más afectan el flujo en el capilar son las presiones de entrada y salida que, en general, corresponden a las presiones de condensación y evaporación. Una observación práctica sería que un cambio de 10 K en la temperatura de condensación puede dar lugar a una variación aproximada de 5 K de la temperatura de evaporación.

En la producción en masa, las diferencias de diámetro y la rugosidad de la superficie debido a las tolerancias de producción, también afectará el flujo de gas real a través de los capilares.

Esta explicación anterior de las variables encontradas pondrá de relieve las limitaciones de dar algunas recomendaciones de carácter general. La información que se refiere a una condensación temperatura de º C y la existencia de un intercambiador de calor.

El uso de las tablas es muy sencillo (Anexo A). En principio, el punto de partida debe ser el flujo de refrigerante, pero, como un ciclo de refrigeración se define, el flujo es proporcional a la capacidad de enfriamiento que se accede desde el catálogo del compresor,utilizando la capacidad de refrigeración correspondientes y no el flujo de datos.

VERIFICACIÓN DE UN CAPILAR 7

Después de determinar, con la ayuda de los cuadros y las pruebas de ajuste, el capilar apropiado para un determinado sistema, es necesario para reproducir sus características a

6http://www.cubigel.com/java/X? cgi=cubigel.infotecnica.InformacionTecnicaArticulo2.pattern&seccion=informaciontecnica#TablasGraficos

7http://www.cubigel.com/java/X? cgi=cubigel.infotecnica.InformacionTecnicaArticulo2.pattern&seccion=informaciontecnica#TablasGraficos

través de la producción de lotes de gran tamaño (para obtener, en los sistemas equivalentes, las mismas presiones que emplea un compresor similar).

Aquí se utiliza una botella de nitrógeno equipado con un regulador de presión ajustado para proporcionar un caudal variable a una presión constante, por ejemplo, 14 bar.

En la siguiente figura (Figura 1) se muestra un diagrama esquemático de las conexiones para realizar la verificación de un capilar

Figura 1. Verificación de un capilar.

Un capilar, de las mismas dimensiones que la ya determinada, se utiliza como una constante capilar y se monta entre los manómetros de precisión 1 y 2.

El capilar previamente establecido como el apropiado para el sistema, se monta en la salida del manómetro 2. Este es el capilar de referencia.

Después de ajustar el regulador de presión, las lecturas de los manómetros por ejemplo, los siguientes valores

Ejemplo 1 Manómetro: 14 bar

Manómetro 2: 7,8 bar

Estos valores se consideran como los valores de referencia.

Entonces, si el capilar de referencia es sustituido por el capilar para ser verificada y el regulador de presión se ajusta a 14 bar, la lectura de manómetro 2 es de 7,8 bar, sólo si el capilar objeto de la verificación se está comportando como el capilar de referencia.

Si el manómetro de lectura 2 es superior a 7,8 bar, a continuación, los capilares objeto de la verificación se considera que es más restrictiva que el capilar de referencia y es necesario reducir su longitud. Por el contrario, una presión más baja significa que el capilar es menos restrictivo y no funcionará. Será imposible recuperarlo y una versión más larga tiene que ser introducida.

NOTA: Los valores de 14 bar y 7.8 han sido elegidos al azar para este ejemplo. Siempre es recomendable configurar el regulador de presión a un valor superior a 5 bar, excepto en el caso de altas velocidades de flujo y manómetros de gran precisión.

PROCEDIMIENTO

1. Abra y cierre las válvulas manuales para disponer el sistema de refrigeración tal como se muestra en la figura 5-11. En set etapa, puede utilizar el diagrama gráfico que aparece en el apéndice A para ayudarle a disponer correctamente el sistema.

Válvulas Abiertas:1.- 6.-X 11.- X 16.- 21.- X2.-X 7.- 12.- X 17.- 22.-3.-X 8.- X 13.- 18.- X 23.- X4.- 9.- 14.- X 19.- 24.- X5.- 10.- 15.- 20.- 25.-

Válvulas Cerradas:1.-X 6.- 11.- 16.- X 21.-2.- 7.- X 12.- 17.- X 22.- X3.- 8.- 13.- X 18.- 23.-4.-X 9.- X 14.- 19.- X 24.-5.-X 10.- X 15.- X 20.- X 25.-

2. Registre cuáles válvulas están abiertas y cuáles cerradas.3. Mida y registre la presión en la salida del condensador y en la entrada del

evaporador. Esto proporciona la presión inicial en el tubo capilar.

Presión en la entrada del evaporador: 100KPa

Presión en la salida del condensador: 600KPa

4. Conecte el interruptor principal de alimentación.5. Encienda los ventiladores del condensador y del evaporador No. 1. Póngalos en la

posición HIGH.6. Arrastre el compresor y haga funcionar el módulo de capacitación durante

aproximadamente 10 minutos. Esto permite que el sistema se estabilice antes de tomar las mediciones.

7. Mida la presión, la temperatura y los indicadores del sistema eléctrico y registre los valores en el cuadro 5-3. Cerciórese de registrar la hora antes de tomar las mediciones.

8. Apague el ventilador del evaporador. Deje que el sistema funciones durante 10 minutos para estabilizarse. Esto simulará una disminución en la carga de calor del evaporador.

9. Registre cualquier observación que haga con respecto a la temperatura del evaporador. ¿Cambió la temperatura en la salida del evaporador?

Al apagar el ventilador se observa un decremento notable de temperatura en la entrada del evaporador y un incremento mínimo en la salida del evaporador casi no varía por lo tanto se mantiene la temperatura.

10. Mida y registre en el cuadro 5-3 las presiones de succión y de descarga del compresor. Cerciórese de registrar la hora de arranque.

11. Mida y registre en el cuadro 5-3 las presiones en la entrada y en la salida del evaporador.

¿Hay alguna diferencia entre las presiones del evaporador cuando está apagado el ventilador? Explique.

No existen diferencias porque la regulación de presión que da el tubo capilar sigue siendo

la misma.

12. Mida y registre en el cuadro 5-3 las presiones en la entrada y en la salida del condensador.

¿Hay alguna diferencia entre las presiones del condensador? Explique

En la entrada del condensador no se detecta variación en la presión, mientras que en la salida se detecta un aumento considerable, debido a que el tubo capilar debe reducir la temperatura del líquido a la temperatura de saturación del evaporador y como esta temperatura aumento debido a que dejo de funcionar el ventilado, la presión se

incrementara a la salida del condensador con la finalidad de que se pueda realizar la diferencia de presiones sin ningún inconveniente.

13. Mida y registre en el cuadro 5-3 la temperatura de la cámara del evaporador. ¿Hay alguna diferencia en la temperatura de la cámara cuando está pagado el ventilador del evaporador? Explique

Se observa que la temperatura en la cámara del evaporador se incrementa notablemente, ya que en su inicio marcaba 19˚C, y posterior al apagado del ventilador, incrementa a 24˚C. Dicha variación se debe a que el refrigerante ha absorbido el calor del área refrigerada y no se halla ningún dispositivo en funcionamiento que le permita reducir de cierta forma la temperatura.

14. Mida y registre en el cuadro 5-3 las temperaturas en la entrada y en la salida del compresor.

15. Mida y registre en el cuadro 5-3 las temperaturas del sistema eléctrico ¿Hay algún diferencia ente las indicaciones anotadas en el paso 7 del procedimiento y las anotaciones en este paso? Explique.

16. Apague el ventilador.17. Apague el compresor y el interruptor disyuntor principal. Después de cinco

minutos, observe la presión a los dos lados del control de tubo capilar. Explique sus observaciones.

Al apagar el compresor y el disyuntor principal, se observa que la presión en la salida del condensador es igual a la entrada del evaporador, observándose una presión de 420KPa, esto nos indica que el tubo capilar únicamente trabaja cuando el compresor se halla en funcionamiento.

Tabla 5.3

MEDICIONES DEL HORA CON EL HORA SIN EL SISTEMA VENTILADOR VENTILADOR

PRESIÓNSucción del compresor -50 -50Descarga del compresor 750 750Entrada del compresor -50 -50Salida del evaporador -50 700Entrada del condensador 650 650Salida del condensador 750 750

TEMPERATURA

Cámara del evaporador 19 21Entrada del evaporador 22 21,7Salida del evaporador 24 23Entrada del compresor 23 23,5Salida del compresor 25 25,3Entrada del condensador 23 24Salida del condensador 24 24,1

SISTEMA ELÉCTRICOVoltios 120 120Amperios 3,2 4,3Vatios 250 250

RESUMEN

El tubo capilar es un tipo común de dispositivo de control de refrigeración, que consiste de

un tramo de tubería con un diámetro interno reducido. Esto proporciona la restricción

necesaria en el sistema de refrigeración. El tubo capilar proporciona resistencia constante

al flujo de refrigerante desde el lado de alta al lado de baja del sistema. Por lo tanto se

mantiene una diferencia de presiones en el sistema.

El tamaño del diámetro y la longitud del tubo capilar así como la capacidad del sistema

son los factores que determinan cuál tubo capilar debe utilizarse, sino se utiliza un tubo

del tamaño correcto, quedará sumamente afectado el rendimiento del sistema.

PREGUNTAS

1.-¿Qué es un tubo capilar?

El tubo capilar es un tipo común de dispositivo de control de refrigeración, que consiste de

un tramo de tubería con un diámetro interno reducido

2.-¿Cómo controla un tubo capilar el flujo de refrigerante en un sistema de

refrigeración?

El tubo capilar proporciona resistencia constante al flujo de refrigerante desde el lado de

alta al lado de baja del sistema. Por lo tanto, se mantiene una diferencia de presiones en

el sistema.

3.-¿Qué factores participan en la selección del tubo capilar correcto?

El tamaño del diámetro y la longitud del tubo capilar así como la capacidad del sistema

son los factores que determinan cuál tubo capilar debe utilizarse.

4. Si se escoge una tubería de diámetro demasiado pequeño para el control de tubo

capilar, ¿qué efecto tendrá en el sistema de refrigeración?

Si el diámetro del tubo es demasiado pequeño (es decir si la resistencia es demasiado

alta) el flujo de refrigerante líquido será menor que la capacidad de bombeo del

compresor, lo que ocasionará la subalimentación del evaporador y una presión de succión

baja.

5.-Si se escoge una tubería de diámetro demasiado grande para el control capilar,

¿qué efecto tendrá en el sistema de refrigeración?

Si la resistencia del tubo capilar al flujo de refrigerante es demasiado baja (es decir si el

diámetro del tubo es demasiado grande), el caudal será mayor que la capacidad de

bombeo. Esto dará como resultado la inundación o la sobrealimentación del evaporador y

la retroinundación del compresor.

6.- ¿Para qué tipo de carga de refrigeración se utiliza el tubo capilar?

El tubo capilar es a menudo usado cuando la carga de refrigeración es variable.

7.- ¿Cite dos ventajas al utilizar el tubo capilar en un sistema de refrigeración?

1. No requiere receptor de líquidos

2. Iguala las presiones al parar la unidad lo cual permite utilizar un motor con par

inicial de arranque bajo para el compresor.

8.- ¿Cite una desventaja de utilizar el tubo capilar?

Por tener un diámetro pequeño puede quedar obstruido debido a suciedades y otras

impurezas a pesar de tener un purgador en la entrada.

9.-Con los datos de la tabla 5-3 dibuje el ciclo de refrigeración:

Ciclo de refrigeración real:8

8http://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-2-ciclos-de-refrigeracion1.pdf

1-2 Se transfiere (absorción) calor reversiblemente desde la región fría TL, deforma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase.2-3 Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza latemperatura máxima TH.3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente a TH, de formaisoterma, donde el refrigerante experimenta cambios de fase (vapor alíquido).

Ciclo con ventilador

Ciclo sin ventilador

CONCLUSIONES

1.- El tubo capilar iguala presiones en un sistema cuando la unidad se detiene, por lo cual

el compresor necesita de un torque de arranque bajo.

2.- Debido a su diámetro pequeño debe ser protegido por un filtro colador para evitar

taponamientos.

3.- Para seleccionar el tubo capilar se debe tener en cuenta que la capacidad de flujo a

las presiones de cálculo (de condensación y evaporación) equivalga a la capacidad de

bombeo del compresor en las mismas condiciones.

RECOMENDACIONES

1.- Localizar los puntos de prueba mediante el diagrama esquemático.

2.- No tomar mediciones mientras el sistema no se estabilice

3.- Usar correctamente el equipo de medición para no tener errores en las medidas.

BIBLIOGRAFÍA

Folleto de prácticas del módulo de capacitación.

http://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-2-ciclos-de-refrigeracion1.pdf

http://www.emersonflowcontrols.com.mx/art_tecnicos/tubos_capilares.pdfhttp://www.cubigel.com/java/X?cgi=cubigel.infotecnica.InformacionTecnicaArticulo2.pattern&seccion=informaciontecnica#TablasGraficos

ANEXO ATABLE FOR REFRIGERANT R134a (LBP)

Capillarytubelength (m)

QASH MCapillary tube internal diameter (mm) & Evaporating temperature (°C)

0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,5

kcal/h kg/h -30 -23,3 -30 -23,3 -30 -23,3 -30 -23,3 -30 -23,3 -30 -23,3 -30 -23,3

75 1,69 2,81 2,96                        

80 1,80 2,47 2,60                        

85 1,91 2,18 2,31                        

90 2,03 1,95 2,06                        

95 2,14 1,75 1,85                        

100 2,25 1,58 1,67                        

105 2,36 1,43 1,52 3,30 3,48                    

110 2,48 1,30 1,38 3,00 3,17                    

115 2,59 1,19 1,26 2,74 2,90                    

120 2,70 1,10 1,16 2,52 2,66                    

125 2,82 1,01 1,07 2,32 2,45                    

130 2,93     2,14 2,26                    

140 3,15     1,85 1,95 3,82 4,04                

150 3,38     1,61 1,70 3,32 3,51                

160 3,60     1,41 1,49 2,91 3,08                

170 3,83     1,25 1,32 2,58 2,72                

180 4,05     1,11 1,17 2,29 2,42                

190 4,28         2,06 2,17 3,90 4,12            

200 4,50         1,85 1,95 3,52 3,71            

210 4,73         1,68 1,77 3,18 3,36            

220 4,95         1,53 1,61 2,90 3,06            

230 5,18         1,39 1,47 2,65 2,79            

240 5,41         1,28 1,35 2,43 2,56 4,29 4,56        

250 5,63           1,24 2,23 2,36 3,94 4,19        

275 6,19             1,84 1,94 3,25 3,45        

300 6,76             1,54 1,63 2,72 2,89        

325 7,32               1,38 2,31 2,45        

350 7,88               1,19 1,98 2,10        

375 8,45               1,03 1,72 1,83        

400 9,01                   1,60 4,11 4,34    

425 9,57                   1,41 3,63 3,83    

450 10,14                   1,26 3,22 3,40    

475 10,70                   1,13 2,88 3,04    

500 11,26                   1,01 2,59 2,73    

525 11,82                     2,34 2,47    

550 12,39                     2,13 2,24    

575 12,95                     1,94 2,05    

600 13,51                     1,78 1,87    

650 14,64                       1,59    

700 15,77                       1,36 4,38 4,61

750 16,89                       1,18 3,79 4,00

800 18,02                       1,03 3,30 3,49

850 19,14                         2,91 3,07

900 20,27                         2,58 2,72

950 21,40                         2,30 2,42

1000 22,52                         2,06 2,18