Pipa tembaga merupakan salah satu pipa yang paling umum digunakan dalam sistem refrigerasi. Pipa tembaga memiliki keunggulan konduktivitas termal yang baik, kekuatan tinggi, plastisitas yang baik, dan ketahanan terhadap korosi, serta banyak digunakan dalam komponen pertukaran panas seperti kondensor dan evaporator, serta pipa penghubung. Artikel ini akan menguraikan secara rinci tentang klasifikasi pipa tembaga, persyaratan teknis untuk pipa tembaga refrigerasi, dan perhitungan ketebalan dinding pipa tembaga.
1. Klasifikasi dan Karakteristik Kinerja Tabung Tembaga
1. Berdasarkan komposisi bahan:
Pipa tembaga dapat dibagi menjadi pipa tembaga (TP2), pipa kuningan (H62/H65/H68), pipa perunggu (QSn6.5-0.1), pipa tembaga putih (paduan Ni Cu), dll. Di antara mereka, tabung tembaga memiliki konduktivitas termal terbaik, tetapi lebih mahal; Tabung tembaga kuning memiliki kekuatan tinggi, tetapi konduktivitas termal rendah; Pipa perunggu dan tembaga putih memiliki ketahanan korosi yang baik, tetapi kinerja pemrosesan yang buruk.
2. Dibagi berdasarkan proses produksi:
Pipa tembaga dapat dibagi menjadi pipa tembaga bebas oksigen, pipa tembaga yang mengandung oksigen, pipa tembaga berulir internal, dll. Tabung tembaga bebas oksigen memiliki kemurnian tinggi dan umumnya digunakan untuk membuat komponen presisi seperti kapiler; Pipa tembaga yang mengandung oksigen memiliki kekuatan dan kekerasan sedang, kemampuan las yang baik, dan umumnya digunakan sebagai pipa penghubung; Dinding bagian dalam tabung tembaga berulir internal berulir, yang memiliki efek peningkatan perpindahan panas yang baik.
3. Berdasarkan kekerasannya:
Pipa tembaga dapat dibagi menjadi tiga kategori: keadaan lunak (keadaan O), keadaan semi keras (1/2H), dan keadaan keras (keadaan H). Pipa tembaga keadaan O bersifat lunak, dengan plastisitas dan keuletan yang baik, tetapi kekuatannya rendah; pipa tembaga keadaan H memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, tetapi plastisitasnya buruk; pipa tembaga 1/2H memiliki kekuatan dan plastisitas sedang, kinerja pemrosesan yang baik, dan merupakan pilihan yang lebih disukai untuk pipa pendingin.
2. Persyaratan teknis untuk pipa tembaga yang digunakan dalam sistem pendingin
1. Persyaratan material
Sistem refrigerasi sering menggunakan tabung tembaga keadaan 1/2H (TP2M), dan komposisi kimianya harus mematuhi ketentuan GB/T 17505-2010 [4]:
Cu+Ag Lebih besar atau sama dengan 99,90%
{{0}}.015% Kurang dari atau sama dengan P Kurang dari atau sama dengan 0,040%
Kandungan unsur pengotor harus memenuhi syarat Bi Kurang dari atau sama dengan {{0}}.001%, Sb Kurang dari atau sama dengan 0.{{10}}02%, As Kurang dari atau sama dengan 0.002%, Fe Kurang dari atau sama dengan 0,005%, Pb Kurang dari atau sama dengan 0,005%, S Kurang dari atau sama dengan 0,005%, Zn Kurang dari atau sama dengan 0,005%, Ni Kurang dari atau sama dengan 0,002%, Sn Kurang dari atau sama dengan 0,002%.
2. Sifat Mekanik
Sifat mekanik tabung tembaga keadaan 1/2H harus memenuhi persyaratan berikut [4]:
Kekuatan tarik Rm Lebih besar atau sama dengan 295MPa
Kekuatan luluh Rp0.2 Lebih besar atau sama dengan 255MPa
Perpanjangan pasca fraktur A Lebih besar atau sama dengan 3%
Tabel: Sifat mekanik pipa pada suhu ruangan
3. Deviasi dimensi
Batas deviasi diameter luar (D) dan ketebalan dinding (s) pipa tembaga harus mematuhi ketentuan Tabel 1 [5]. Berat Mick (M) harus dihitung sesuai dengan rumus M=0.02566 · D · s [6], dan deviasinya harus berada dalam ± 8%.
Tabel: Dimensi dan Deviasi Tabung Tembaga (mm)
Tabel 1/2H batas deviasi ukuran tabung tembaga (mm)
3, Metode perhitungan ketebalan dinding tabung tembaga
1. Metode standar untuk bejana tekan
Menurut ASME Pressure Vessel Code, ketebalan dinding minimum pipa tembaga di bawah tekanan internal dapat dihitung menggunakan rumus berikut [7]:
t=PD/(2S+0.8P)
Dalam rumus: t-ketebalan dinding minimum (mm), P-tekanan desain (MPa), D-diameter luar pipa (mm), S-tegangan yang diijinkan dari pipa tembaga (MPa), umumnya diambil sebagai 1/3~1/4 dari kekuatan luluh pipa tembaga.
2. Metode mekanika fluida
Mengingat kehilangan tekanan selama aliran fluida, ketebalan dinding pipa tembaga juga harus memenuhi kondisi kekuatan mekanika fluida [8]:
t=D·(3ξρv^2/8σ[s])^0.5
Dalam rumus: ξ - koefisien hambatan sepanjang lintasan, terkait dengan bilangan Reynolds dan kekasaran relatif; ρ - kerapatan refrigeran (kg/m³); V - laju aliran refrigeran (m/s); σ [s] - tegangan geser yang diijinkan dari tabung tembaga (MPa), yang dapat diambil sebagai 1/3 dari kekuatan luluh.
3. Metode kelelahan getaran
Pipa tembaga dalam sistem pendingin sering mengalami tegangan bolak-balik, dan kekuatan kelelahan getaran perlu diverifikasi [9]:
σ[a]=Cf·σ[-1]·(2N[f])^m Kurang dari atau sama dengan [σ]
Dalam rumus: σ [a] - amplitudo tegangan bolak-balik (MPa), Cf - koefisien kualitas permukaan, σ [-1] - batas kelelahan bahan tabung tembaga (MPa), diambil sebagai 0.40.5 dari kekuatan luluh, Nf - masa kelelahan (kali), m - indeks kekuatan kelelahan, diambil sebagai 34, [σ] - tegangan bolak-balik yang diijinkan (MPa), diambil sebagai 0.6~0.7 dari kekuatan luluh. Dari sini, ketebalan dinding minimum yang dibutuhkan dapat diperkirakan.
Untuk memastikan keamanan dan keandalan pipa tembaga dalam kondisi kerja yang keras seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, dan getaran, desain umumnya harus dihitung secara terpisah sesuai dengan tiga metode di atas, dan nilai maksimum harus dipilih sebagai ketebalan dinding nominal pipa tembaga.
4, Kesimpulan
Pemilihan dan perancangan pipa tembaga untuk sistem refrigerasi merupakan proyek sistematis yang memerlukan pertimbangan menyeluruh dari berbagai faktor seperti bahan, pemrosesan, penyambungan, pemasangan, dan penggunaan. Saat merancang, bahan, kondisi, dan spesifikasi pipa tembaga harus dipilih secara wajar berdasarkan kapasitas pendinginan sistem, fluida kerja, suhu, tekanan, dan parameter lainnya. Penentuan ketebalan dinding pipa tembaga memerlukan verifikasi dan perhitungan dari aspek-aspek seperti kapasitas menahan tekanan, ketahanan fluida, kelelahan akibat getaran, dll., untuk memastikan keamanan, keandalan, dan keekonomisan sistem.
Perlu diperhatikan bahwa rumus perhitungan ketebalan dinding yang disediakan dalam artikel ini hanya untuk referensi. Dalam desain aktual, pengaruh faktor-faktor seperti radius tekukan pipa tembaga, jarak tumpuan, dan metode penyambungan juga harus dipertimbangkan. Perancang harus memahami standar dan perkembangan teknologi terbaru pipa dan fitting tembaga secara tepat waktu, meningkatkan metode desain, dan meningkatkan kualitas desain. Pada saat yang sama, perlu untuk memperkuat kontrol proses konstruksi, secara ketat mengikuti spesifikasi untuk transportasi, penyimpanan, pemrosesan, penyambungan, dan pemasangan serta komisioning sistem pipa tembaga, untuk memastikan pengoperasian sistem pendingin yang aman dan efisien.
