Principi di progettazione ottimale per le tubazioni dei sistemi di raffreddamento a liquido

Le tubazioni per il raffreddamento dei liquidi servono principalmente a stabilire collegamenti tra la sorgente di raffreddamento dei liquidi e l'apparecchiatura, tra un'apparecchiatura e l'altra e tra l'apparecchiatura e altre tubazioni, utilizzando collegamenti flessibili (rigidi). Queste tubazioni sono di due tipi: tubi flessibili e tubi metallici.

Esempi di interfaccia

Un'estremità della tubazione presenta una filettatura interna, mentre l'altra è dotata di una filettatura esterna. Entrambe le estremità utilizzano un metodo di tenuta conica a 74°.

Entrambe le estremità della tubazione sono dotate di filettature interne e utilizzano una guarnizione di giunzione sferica a 60°.

Filettature esterne: Filettature metriche, inglesi e per tubi. I metodi di tenuta includono guarnizioni coniche a 74°, 60°, 24° e altre tecniche di tenuta.

Filettature interne: Filettature metriche, inglesi e per tubi. I metodi di tenuta includono guarnizioni coniche a 74°, 60°, 24° e altre tecniche di tenuta.

Giunti a pagoda spinati: La dimensione circolare esterna dell'ardiglione è personalizzata in base alla tubazione dell'utente.

Flangia: Struttura a piastra quadrata; flange a manicotto standard, flange standard, ecc.

Istruzioni per la scelta di una tubazione di raffreddamento a liquido

Le tubazioni di raffreddamento del liquido sono utilizzate principalmente per stabilire collegamenti tra la sorgente di raffreddamento del liquido e l'apparecchiatura, da un'apparecchiatura all'altra e tra l'apparecchiatura e altre tubazioni, utilizzando collegamenti flessibili (rigidi).

La scelta della conduttura influisce sulla durata di vita, sull'affidabilità, sulla manutenibilità e su altre caratteristiche di prestazione. Nella scelta si devono considerare i seguenti fattori:

1. Pressione massima di esercizio:

La pressione massima di esercizio della condotta non deve superare il valore della pressione massima di esercizio previsto dalle specifiche della condotta (è necessario riservare un certo margine).

2. Temperatura di esercizio:

Scegliere in base alla temperatura ambientale effettiva e alla temperatura di esercizio della tubazione. L'intervallo di temperatura di esercizio deve rientrare nell'intervallo di temperatura applicabile alle specifiche della tubazione.

3. Diametro della condotta:

Scegliere in base alla portata e alla dimensione della velocità del sistema.

4. Metodo del giunto della condotta:

Scegliere in base alla situazione d'uso effettiva dell'utente.

5. Mezzo fluido:

Fare riferimento al campione.

6. Fissazione:

Per i tubi flessibili utilizzati in ambienti vibranti, si raccomanda di fissarli a intervalli compresi tra 250 e 400 mm in base alle dimensioni del diametro del tubo. A seconda della situazione, per il fissaggio si possono utilizzare fascette o fascette standard.

I. Principi fondamentali della progettazione di condotte

1) Assicurare l'erogazione del liquido refrigerante necessario all'evaporatore, garantendo così la capacità di raffreddamento;

2) Assicurarsi che il refrigerante fluisca attraverso il sistema con la minima perdita di pressione, per evitare ulteriori perdite di potenza;

3) Assicurare che il refrigerante e l'olio di raffreddamento ritornino il più possibile al compressore senza accumularsi nella tubazione, garantendo così il normale funzionamento del compressore;

4) Evitare che il liquido refrigerante e l'olio di raffreddamento causino danni da impatto al compressore;

5) Garantire costi ragionevoli sia per la conduttura che per il refrigerante.

II. Scelta del diametro del tubo

Quando si sceglie il diametro del tubo, si fanno considerazioni diverse per sistemi di refrigerazione con scopi diversi. Per il condizionamento dell'aria di comfort, che in genere viene utilizzato per circa 8-18 ore al giorno, l'investimento iniziale è importante.

Se si cerca di ridurre al minimo la caduta di pressione aumentando eccessivamente il diametro dei tubi, il costo delle tubazioni e del caricamento del refrigerante aumenterà. Pertanto, si può scegliere una soluzione con un costo inferiore, purché garantisca un ritorno d'olio sufficiente e una caduta di pressione ragionevole.

Per il condizionamento industriale, in particolare nelle sale server che funzionano 24 ore su 24, i costi operativi sono più preoccupanti. In questo caso, si può prendere in considerazione una soluzione che garantisca un'elevata efficienza di refrigerazione durante il ritorno dell'olio.

III. Perdita di carico delle tubazioni

I due fattori più significativi che influenzano la scelta del diametro del tubo sono:

01) Perdita di carico delle tubazioni

02) Velocità di flusso delle tubazioni

Per un determinato sistema di refrigerazione, un aumento della caduta di pressione comporta una diminuzione del flusso di refrigerante, con conseguente riduzione della capacità di refrigerazione. Per aumentare la capacità di refrigerazione, è necessario aumentare la carica di refrigerante per mantenere il flusso di refrigerante originale e quindi la capacità di refrigerazione originale.

Tuttavia, per superare l'aumento della caduta di pressione, è necessario aumentare la potenza del compressore. La nostra azienda ha fornito alcuni valori di riferimento che dimostrano che la perdita di carico del tubo di aspirazione ha un impatto maggiore sul sistema rispetto alla perdita di carico del tubo di scarico.

IV. Portata delle condotte

La portata è correlata sia alla caduta di pressione che al ritorno dell'olio. L'olio refrigerante nel sistema di refrigerazione svolge le seguenti funzioni:

1. Lubrifica le parti in movimento;

2. Raffredda il compressore;

3. Agisce come un sigillo;

4. Alimenta il meccanismo di scarico;

5. Rimuove le impurità e pulisce le parti.

Inoltre, se l'olio refrigerante si accumula nei tubi di scambio termico dello scambiatore di calore, riduce la capacità di scambio termico dello scambiatore. Pertanto, l'olio refrigerante che fuoriesce con il refrigerante deve essere restituito al compressore il più possibile, altrimenti il compressore si esaurirà.

L'olio refrigerante e il liquido refrigerante hanno una certa solubilità, per cui possono facilmente scorrere insieme nella tubazione. Tuttavia, la solubilità con il gas refrigerante è relativamente scarsa, quindi il gas refrigerante deve raggiungere una certa velocità per guidare il flusso dell'olio refrigerante.

Il fattore che influenza la portata del refrigerante è il diametro del tubo. Minore è il diametro, maggiore è la velocità del refrigerante e inevitabile è l'aumento della caduta di pressione. Pertanto, la caduta di pressione e il ritorno dell'olio sono in contraddizione.

Per un ritorno regolare dell'olio, la velocità del refrigerante deve essere elevata. Se la velocità del refrigerante è elevata, la caduta di pressione è grande. Pertanto, è necessario trovare un punto di equilibrio e selezionare un diametro di tubo adeguato.

Introdurremo innanzitutto il metodo della nostra azienda per selezionare il diametro delle tubazioni in base alla curva di portata. Di seguito sono riportati i valori di riferimento per la portata di ogni sezione della condotta.

Valori di riferimento per la velocità del flusso in ogni segmento di tubo.

A causa delle diverse fonti di informazione, alcuni valori di riferimento potrebbero essere incoerenti. In questa sede cercherò di fornire considerazioni e fonti di riferimento, in modo che possiate scegliere di conseguenza durante l'utilizzo.

Il metodo di selezione dei diametri dei tubi in base alle curve di portata richiede innanzitutto la conoscenza della capacità di raffreddamento e delle temperature in ogni sezione del tubo (tubo di scarico, tubo di aspirazione, tubo del liquido). Quindi, in base all'intervallo della tabella precedente e alle caratteristiche dello scopo del prodotto, si determina il diametro del tubo.

V. Requisiti di perdita di carico per ogni tubazione:

01) Tubo di scarico:

Sebbene la caduta di pressione nel tubo di scarico non abbia un impatto sostanziale sulla capacità di raffreddamento come quella del tubo di aspirazione, può aumentare il consumo di energia. Pertanto, per l'R22, il valore massimo non dovrebbe superare i 6psi (0,4bar).

02) Tubo del condensatore verso l'accumulo di liquido:

Per consentire al liquido di uscire rapidamente dal condensatore dopo la condensazione e non occupare l'area di scambio termico del condensatore, questa sezione richiede un tubo di diametro maggiore. In questo modo si evita la congestione del refrigerante liquido e si garantisce che il liquido possa uscire dal condensatore in tempo utile, riducendo così l'area di condensazione.

03) Accumulo di liquido al tubo di collegamento della valvola di espansione:

La considerazione più critica per questa sezione è evitare l'evaporazione istantanea dovuta alle perdite di pressione, soprattutto per le tubazioni in salita. Ad esempio, con l'R22, per ogni metro di aumento si verifica una perdita di pressione di 0,115 bar. Per ogni perdita di pressione di 0,38 bar, la temperatura di saturazione si abbassa di 1°C.

Di conseguenza, se anche il grado di sottoraffreddamento diminuisce di 1°C e se la tubazione si alza di 10 metri, con una perdita di pressione di 1,115bar, la temperatura di saturazione del refrigerante diminuisce di circa 3°C. Ignorando le altre perdite di pressione, anche il grado di sottoraffreddamento del liquido refrigerante diminuisce di 3°C. Ciò implica che il grado minimo di sottoraffreddamento deve essere superiore a 3°C per evitare l'evaporazione istantanea del liquido refrigerante.

La tabella seguente mostra la variazione di pressione quando la temperatura di saturazione del liquido cambia di circa 0,5°C (1F) a una temperatura di condensazione di 38°C (100°F) (1 psi = 0,069 bar).

4) Tubo di aspirazione:

Questo condotto determina direttamente l'ingresso dell'aria nel compressore e quindi influisce in modo significativo sul sistema. Se la perdita di pressione è notevole, il volume specifico del refrigerante aumenta, riducendo così la massa dello stesso volume.

Questo, a sua volta, fa diminuire la portata massica del refrigerante aspirato nel compressore, riducendo in ultima analisi la capacità di raffreddamento. Secondo le fonti, per ogni perdita di pressione di 1 psi, la capacità di raffreddamento dell'R22 diminuisce di 1%, mentre per l'R410A diminuisce di 0,6%.