Les distributeurs capillaires sont principalement utilisés dans les applications domestiques et commerciales où la charge thermique sur l'évaporateur est quelque peu constante.Ces systèmes ont également des débits de réfrigérant plus faibles et utilisent généralement des compresseurs hermétiques.Les fabricants utilisent les capillaires en raison de leur simplicité et de leur faible coût.De plus, la plupart des systèmes qui utilisent des capillaires comme dispositif de mesure ne nécessitent pas de récepteur haut niveau, ce qui réduit encore les coûts.
Les tubes capillaires ne sont rien de plus que de longs tubes de petit diamètre et de longueur fixe installés entre le condenseur et l'évaporateur.Le capillaire mesure en fait le réfrigérant du condenseur à l’évaporateur.En raison de la grande longueur et du petit diamètre, lorsque le réfrigérant le traverse, une friction du fluide et une chute de pression se produisent.En fait, à mesure que le liquide sous-refroidi s'écoule du bas du condenseur à travers les capillaires, une partie du liquide peut bouillir tout en subissant ces chutes de pression.Ces chutes de pression amènent le liquide en dessous de sa pression de saturation à sa température en plusieurs points le long du capillaire.Ce clignotement est provoqué par la dilatation du liquide lorsque la pression chute.
L'ampleur du flash de liquide (le cas échéant) dépendra du degré de surfusion du liquide provenant du condenseur et du capillaire lui-même.Si un flash liquide se produit, il est souhaitable que le flash soit aussi proche que possible de l'évaporateur pour garantir les meilleures performances du système.Plus le liquide sortant du bas du condenseur est froid, moins il s’infiltre dans le capillaire.Le capillaire est généralement enroulé, passé à travers ou soudé à la conduite d'aspiration pour un sous-refroidissement supplémentaire afin d'empêcher le liquide contenu dans le capillaire de bouillir.Étant donné que le capillaire limite et mesure le débit de liquide vers l’évaporateur, il aide à maintenir la chute de pression nécessaire au bon fonctionnement du système.
Le tube capillaire et le compresseur sont les deux composants qui séparent le côté haute pression du côté basse pression d'un système de réfrigération.
Un tube capillaire diffère d'un dispositif de dosage à détendeur en ce sens qu'il ne comporte aucune pièce mobile et ne contrôle pas la surchauffe de l'évaporateur dans aucune condition de charge thermique.Même en l'absence de pièces mobiles, les tubes capillaires modifient le débit en fonction de la pression du système de l'évaporateur et/ou du condenseur.En fait, il n’atteint une efficacité optimale que lorsque les pressions du côté haut et bas sont combinées.En effet, le capillaire fonctionne en exploitant la différence de pression entre les côtés haute et basse pression du système de réfrigération.À mesure que la différence de pression entre les côtés haut et bas du système augmente, le débit de réfrigérant augmente.Les tubes capillaires fonctionnent de manière satisfaisante sur une large plage de chutes de pression, mais ne sont généralement pas très efficaces.
Le capillaire, l'évaporateur, le compresseur et le condenseur étant connectés en série, le débit dans le capillaire doit être égal à la vitesse de pompage du compresseur.C'est pourquoi la longueur et le diamètre calculés du capillaire aux pressions d'évaporation et de condensation calculées sont critiques et doivent être égaux à la capacité de la pompe dans les mêmes conditions de conception.Trop de tours dans le capillaire affecteront sa résistance à l'écoulement et affecteront ensuite l'équilibre du système.
Si le capillaire est trop long et résiste trop, il y aura une restriction locale du débit.Si le diamètre est trop petit ou s'il y a trop de tours lors de l'enroulement, la capacité du tube sera inférieure à celle du compresseur.Cela entraînera un manque d'huile dans l'évaporateur, ce qui entraînera une faible pression d'aspiration et une grave surchauffe.Dans le même temps, le liquide sous-refroidi refluera vers le condenseur, créant une hauteur de chute plus élevée car il n'y a pas de récepteur dans le système pour contenir le réfrigérant.Avec une hauteur de chute plus élevée et une pression plus faible dans l'évaporateur, le débit de réfrigérant augmentera en raison de la chute de pression plus élevée à travers le tube capillaire.Dans le même temps, les performances du compresseur diminueront en raison du taux de compression plus élevé et de l’efficacité volumétrique inférieure.Cela forcera le système à s'équilibrer, mais à une hauteur de chute plus élevée et à une pression d'évaporation plus faible, cela peut conduire à une inefficacité inutile.
Si la résistance capillaire est inférieure à celle requise en raison d'un diamètre trop court ou trop grand, le débit de réfrigérant sera supérieur à la capacité de la pompe du compresseur.Cela entraînera une pression élevée dans l'évaporateur, une faible surchauffe et un éventuel noyage du compresseur en raison d'une alimentation excédentaire de l'évaporateur.Le sous-refroidissement peut chuter dans le condenseur, provoquant une faible pression de refoulement et même une perte du joint liquide au fond du condenseur.Cette faible hauteur de chute et cette pression d'évaporateur supérieure à la normale réduiront le taux de compression du compresseur, ce qui entraînera une efficacité volumétrique élevée.Cela augmentera la capacité du compresseur, qui pourra être équilibrée si le compresseur peut gérer le débit élevé de réfrigérant dans l'évaporateur.Il arrive souvent que le réfrigérant déborde du compresseur, provoquant une panne du compresseur.
Pour les raisons énumérées ci-dessus, il est important que les systèmes capillaires disposent d'une charge de réfrigérant (critique) précise dans leur système.Trop ou pas assez de réfrigérant peut entraîner un grave déséquilibre et de graves dommages au compresseur en raison d'un écoulement de fluide ou d'une inondation.Pour connaître la taille appropriée des capillaires, consultez le fabricant ou reportez-vous au tableau des tailles du fabricant.La plaque signalétique ou la plaque signalétique du système indiquera exactement la quantité de réfrigérant dont le système a besoin, généralement en dixièmes, voire centièmes d'once.
Lorsque les charges thermiques de l'évaporateur sont élevées, les systèmes capillaires fonctionnent généralement avec une surchauffe élevée ;en fait, une surchauffe de l'évaporateur de 40° ou 50°F n'est pas rare lorsque les charges thermiques de l'évaporateur sont élevées.En effet, le réfrigérant dans l'évaporateur s'évapore rapidement et élève le point de saturation de vapeur à 100 % dans l'évaporateur, donnant au système une lecture de surchauffe élevée.Les tubes capillaires ne disposent tout simplement pas d'un mécanisme de rétroaction, tel qu'un voyant à distance d'un détendeur thermostatique (TRV), pour indiquer à l'appareil de mesure qu'il fonctionne à haute surchauffe et la corriger automatiquement.Par conséquent, lorsque la charge de l’évaporateur est élevée et que la surchauffe de l’évaporateur est élevée, le système fonctionnera de manière très inefficace.
Cela peut être l’un des principaux inconvénients du système capillaire.De nombreux techniciens souhaitent ajouter plus de réfrigérant au système en raison de valeurs de surchauffe élevées, mais cela ne fera que surcharger le système.Avant d'ajouter du réfrigérant, vérifiez les lectures de surchauffe normales à faible charge thermique de l'évaporateur.Lorsque la température dans l'espace réfrigéré est réduite à la température souhaitée et que l'évaporateur est soumis à une faible charge thermique, la surchauffe normale de l'évaporateur est généralement de 5° à 10°F.En cas de doute, récupérez le réfrigérant, vidangez le système et ajoutez la charge critique de réfrigérant indiquée sur la plaque signalétique.
Une fois que la charge thermique élevée de l’évaporateur est réduite et que le système passe à une charge thermique faible de l’évaporateur, le point de saturation de la vapeur de l’évaporateur à 100 % diminuera au cours des derniers passages de l’évaporateur.Cela est dû à une diminution du taux d'évaporation du réfrigérant dans l'évaporateur en raison de la faible charge thermique.Le système aura désormais une surchauffe normale de l'évaporateur d'environ 5° à 10°F.Ces lectures normales de surchauffe de l’évaporateur ne se produiront que lorsque la charge thermique de l’évaporateur est faible.
Si le système capillaire est trop rempli, il accumulera un excès de liquide dans le condenseur, provoquant une hauteur de chute élevée en raison de l'absence de récepteur dans le système.La chute de pression entre les côtés basse et haute pression du système augmentera, entraînant une augmentation du débit vers l'évaporateur et une surcharge de l'évaporateur, ce qui entraînera une faible surchauffe.Cela peut même inonder ou obstruer le compresseur, ce qui constitue une autre raison pour laquelle les systèmes capillaires doivent être chargés strictement ou précisément avec la quantité spécifiée de réfrigérant.
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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