Os dispensadores capilares são usados ​​principalmente em aplicações domésticas e comerciais de pequeno porte, onde a carga de calor no evaporador é um tanto constante.Esses sistemas também possuem taxas de fluxo de refrigerante mais baixas e normalmente usam compressores herméticos.Os fabricantes utilizam capilares devido à sua simplicidade e baixo custo.Além disso, a maioria dos sistemas que utilizam capilares como dispositivo de medição não requerem um receptor no lado alto, reduzindo ainda mais os custos.
Os tubos capilares nada mais são do que longos tubos de pequeno diâmetro e comprimento fixo instalados entre o condensador e o evaporador.O capilar realmente mede o refrigerante do condensador ao evaporador.Devido ao grande comprimento e pequeno diâmetro, quando o refrigerante flui através dele, ocorre atrito do fluido e queda de pressão.Na verdade, à medida que o líquido sub-resfriado flui da parte inferior do condensador através dos capilares, parte do líquido pode ferver enquanto sofre essas quedas de pressão.Estas quedas de pressão levam o líquido abaixo da sua pressão de saturação à sua temperatura em vários pontos ao longo do capilar.Esse piscar é causado pela expansão do líquido quando a pressão cai.
A magnitude do flash do líquido (se houver) dependerá do grau de super-resfriamento do líquido do condensador e do próprio capilar.Se ocorrer flashing de líquido, é desejável que o flash esteja o mais próximo possível do evaporador para garantir o melhor desempenho do sistema.Quanto mais frio o líquido do fundo do condensador, menos líquido vaza pelo capilar.O capilar geralmente é enrolado, passado ou soldado à linha de sucção para sub-resfriamento adicional para evitar que o líquido no capilar ferva.Como o capilar restringe e mede o fluxo de líquido para o evaporador, ele ajuda a manter a queda de pressão necessária para o funcionamento adequado do sistema.
O tubo capilar e o compressor são os dois componentes que separam o lado de alta pressão do lado de baixa pressão de um sistema de refrigeração.
Um tubo capilar difere de um dispositivo de medição de válvula de expansão porque não possui partes móveis e não controla o superaquecimento do evaporador sob qualquer condição de carga térmica.Mesmo na ausência de peças móveis, os tubos capilares alteram a vazão conforme a pressão do sistema evaporador e/ou condensador muda.Na verdade, só atinge a eficiência ideal quando as pressões nos lados superior e inferior são combinadas.Isto ocorre porque o capilar funciona explorando a diferença de pressão entre os lados de alta e baixa pressão do sistema de refrigeração.À medida que a diferença de pressão entre os lados superior e inferior do sistema aumenta, o fluxo de refrigerante aumentará.Os tubos capilares operam satisfatoriamente em uma ampla faixa de quedas de pressão, mas geralmente não são muito eficientes.
Como o capilar, o evaporador, o compressor e o condensador estão conectados em série, a vazão no capilar deve ser igual à velocidade de bombeamento do compressor.É por isso que o comprimento e o diâmetro calculados do capilar nas pressões calculadas de evaporação e condensação são críticos e devem ser iguais à capacidade da bomba nas mesmas condições de projeto.Muitas voltas no capilar afetarão sua resistência ao fluxo e afetarão o equilíbrio do sistema.
Se o capilar for muito longo e resistir demais, haverá restrição de fluxo local.Se o diâmetro for muito pequeno ou houver muitas voltas durante o enrolamento, a capacidade do tubo será menor que a do compressor.Isso resultará em falta de óleo no evaporador, resultando em baixa pressão de sucção e superaquecimento severo.Ao mesmo tempo, o líquido sub-resfriado fluirá de volta para o condensador, criando uma altura manométrica mais alta porque não há receptor no sistema para reter o refrigerante.Com altura manométrica mais alta e pressão mais baixa no evaporador, a vazão do refrigerante aumentará devido à maior queda de pressão no tubo capilar.Ao mesmo tempo, o desempenho do compressor diminuirá devido à maior taxa de compressão e à menor eficiência volumétrica.Isto forçará o sistema a se equilibrar, mas com altura manométrica mais alta e pressão de evaporação mais baixa pode levar a ineficiência desnecessária.
Se a resistência capilar for menor do que a necessária devido a um diâmetro muito curto ou muito grande, a vazão do refrigerante será maior que a capacidade da bomba do compressor.Isto resultará em alta pressão no evaporador, baixo superaquecimento e possível inundação do compressor devido ao excesso de alimentação do evaporador.O sub-resfriamento pode cair no condensador, causando baixa pressão no cabeçote e até mesmo perda da vedação líquida na parte inferior do condensador.Esta altura manométrica baixa e pressão do evaporador superior à normal reduzirão a taxa de compressão do compressor, resultando em alta eficiência volumétrica.Isto aumentará a capacidade do compressor, que pode ser equilibrada se o compressor puder lidar com o alto fluxo de refrigerante no evaporador.Muitas vezes acontece que o refrigerante transborda do compressor, fazendo com que ele falhe.
Pelas razões listadas acima, é importante que os sistemas capilares tenham uma carga precisa (crítica) de refrigerante em seu sistema.Muito ou pouco refrigerante pode causar sérios desequilíbrios e sérios danos ao compressor devido ao fluxo de fluido ou inundação.Para dimensionamento capilar adequado, consulte o fabricante ou consulte a tabela de tamanhos do fabricante.A placa de identificação ou placa de identificação do sistema indicará exatamente quanto refrigerante o sistema requer, geralmente em décimos ou mesmo centésimos de onça.
Em altas cargas térmicas do evaporador, os sistemas capilares normalmente operam com alto superaquecimento;na verdade, um superaquecimento do evaporador de 40° ou 50°F não é incomum em altas cargas de calor do evaporador.Isso ocorre porque o refrigerante no evaporador evapora rapidamente e aumenta o ponto de saturação de vapor de 100% no evaporador, proporcionando ao sistema uma leitura de superaquecimento alta.Os tubos capilares simplesmente não possuem um mecanismo de feedback, como uma luz remota da válvula de expansão termostática (TRV), para informar ao dispositivo de medição que ele está operando em alto superaquecimento e corrigi-lo automaticamente.Portanto, quando a carga do evaporador for alta e o superaquecimento do evaporador for alto, o sistema funcionará de forma muito ineficiente.
Esta pode ser uma das principais desvantagens do sistema capilar.Muitos técnicos desejam adicionar mais refrigerante ao sistema devido às altas leituras de superaquecimento, mas isso apenas sobrecarregará o sistema.Antes de adicionar refrigerante, verifique as leituras normais de superaquecimento em baixas cargas de calor do evaporador.Quando a temperatura no espaço refrigerado é reduzida à temperatura desejada e o evaporador está sob baixa carga de calor, o superaquecimento normal do evaporador é normalmente de 5° a 10°F.Em caso de dúvida, recolha o refrigerante, drene o sistema e adicione a carga crítica de refrigerante indicada na placa de identificação.
Depois que a alta carga de calor do evaporador for reduzida e o sistema mudar para baixa carga de calor do evaporador, o ponto de saturação de 100% do vapor do evaporador diminuirá nas últimas passagens do evaporador.Isto se deve a uma diminuição na taxa de evaporação do refrigerante no evaporador devido à baixa carga térmica.O sistema agora terá um superaquecimento normal do evaporador de aproximadamente 5° a 10°F.Estas leituras normais de superaquecimento do evaporador ocorrerão apenas quando a carga de calor do evaporador for baixa.
Se o sistema capilar estiver cheio demais, acumulará excesso de líquido no condensador, causando altura manométrica elevada devido à falta de receptor no sistema.A queda de pressão entre os lados de baixa e alta pressão do sistema aumentará, fazendo com que a vazão para o evaporador aumente e o evaporador fique sobrecarregado, resultando em baixo superaquecimento.Pode até inundar ou entupir o compressor, outra razão pela qual os sistemas capilares devem ser carregados de forma estrita ou precisa com a quantidade especificada de 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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