ASHRAE IJHVAC 6-2-2000 Revista internacional de investigación sobre calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (volumen 6, número 2, abril de 2000)
American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE)
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ASHRAE IJHVAC 6-2-2000
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El tubo capilar es la forma más sencilla de control del flujo de refrigerante en un sistema de refrigeración. Los tubos capilares son tubos redondos de diámetro interior extremadamente finos en el rango de 0,5 a 2 mm. Dado que los tubos capilares son simples@ no tienen partes móviles@ son económicos@ y permiten que las presiones en el sistema se igualen durante el ciclo de apagado@ el tubo capilar se utiliza en casi todos los sistemas de refrigeración pequeños@ como refrigeradores domésticos@ deshumidificadores@ y aire ambiental -acondicionadores. La Figura 1 muestra la distribución de presión típica del refrigerante 22 que fluye a través de un tubo capilar. La ordenada de la derecha es una escala de temperatura saturada correspondiente a la escala de presión a lo largo del eje izquierdo. El flujo se puede dividir en cuatro regiones: una región de líquido subenfriado, una región de líquido metaestable, una región de dos fases metaestable y una región de dos fases en equilibrio. El flujo ingresa al tubo capilar en condición de líquido subenfriado. Una vez que la presión cae a la condición de saturación, se produce un flujo de líquido metaestable (sobrecalentado) durante una distancia corta hasta el inicio de la vaporización (Mikol 1963 @ Li et al. 1990 @ Lin et al. 1991 @ ASHRAE 1994). La caída de presión es lineal y la temperatura es constante en estas regiones líquidas (al-b-c2). En el punto c2@ se forman primero las burbujas de vapor. El líquido sobrecalentado libera calor a la burbuja saturada que produce un estado líquido saturado. En esta región metaestable de dos fases@ el flujo de evaporación se puede caracterizar por tres fluidos diferentes: líquido sobrecalentado@ líquido saturado y vapor saturado (Feburie et al. 1993). Cuando todo el líquido sobrecalentado cambia a líquido saturado, el flujo se convierte en un flujo de dos fases en equilibrio termodinámico. La caída de presión es entonces exponencial (c2-de) debido a los efectos de aceleración y fricción de dos fases. El flujo suele estrangularse en la salida del tubo. Se han realizado varios estudios teóricos sobre flujos en tubos capilares adiabáticos. Los modelos se desarrollaron en los primeros años (Marcy 1949@ Hopkins 1950@ Prosek 1953@ Whitesel 1957@ Cooper et al. 1957@ Niaz y Davis 1969@ Erth 1969@ Rezk y Awn 1979@ Koizumi y Yokoyama 1980@ Goldstein 1981@ Rizza 1982) No considere el flujo metaestable. Está bien establecido que la condición metaestable debe tenerse en cuenta en los estudios analíticos para evitar una subestimación significativa del caudal másico de refrigerante. Estudios más recientes de Maczek et al. (1983) y Kuijpers y Janssen (1983) se han realizado sobre los efectos del flujo metaestable en desequilibrio sobre el flujo del tubo capilar. Se asumió que el modelo de flujo de dos fases era homogéneo. En el modelo se tuvieron en cuenta el sobrecalentamiento del líquido y los retrasos en el parpadeo. En 1990, Kuehl y Gold-Schmidt (1990) realizaron una serie de experimentos utilizando R-22 como refrigerante y desarrollaron ecuaciones empíricas. Posteriormente, Kuehl y Goldschmidt (1991) propusieron un modelo de flujo capilar en estado estacionario y descubrieron que se debe considerar la región metaestable para obtener una buena concordancia con los datos experimentales. Escanes et al. (1995) desarrollaron un modelo de flujo capilar para situaciones tanto transitorias como estacionarias. Sin embargo, en esta formulación se despreció la región metaestable. En este artículo se desarrolla un modelo teórico que permite una simulación realista del flujo capilar adiabático. Para aplicar este modelo se necesitan datos empíricos, como los coeficientes de transporte y la depresión en la región metaestable. Los resultados calculados se comparan con las ecuaciones empíricas para R-22 propuestas por Kuehl y Goldschmidt (1990) y con las cartas de diseño de ASHRAE. Utilizando el modelo también se desarrollan correlaciones de clasificación para el R-134a que fluye a través de tubos capilares adiabáticos.
ASHRAE IJHVAC 6-2-2000 Historia
2000ASHRAE IJHVAC 6-2-2000 Revista internacional de investigación sobre calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (volumen 6, número 2, abril de 2000)