مقایسه تحمل فشار مکانیکی در تیوب 8/5 با ضخامت های 0.5 ، 0.63 و 1 میلیمتر

این مطالعه به‌طور خلاصه رفتار مکانیکی و حرارتی تیوب‌های مسی (سایز 8/5 اینچ) با سه ضخامت دیواره مختلف (0.5 mm، 0.63 mm و 1.0 mm) در کویل‌های فین-تیوب را بررسی می‌کند. هدف تعیین حدود تحمل فشار و دما و تبیین تفاوت‌های عملکردی ناشی از تغییر ضخامت است.

مشخصات مواد و مفروضات:

• ماده: مس تجاری (Copper C110 یا مشابه) با تنسایل نهایی حدود 200–250 MPa و کشش نهایی ~220 MPa، مدول یانگ ≈ 110 GPa.
• قطر خارجی تیوب 8/5  اینچ ≈ 15.875 mm.
• شرایط کاری مرسوم کویل فین-تیوب: انتقال حرارت مبرد/آب درون تیوب و جریان هوا بیرونی؛ دماهای کاری معمول بین -40 °C تا ~120 °C بسته به مبرد/کاربرد.
• طراحی بر اساس فرمول فشار داخلی بحرانی برای لوله‌های نازک: حداکثر فشار داخلی ایمن با در نظر گرفتن ضریب ایمنی 2–3.

تحمل فشار:

• از رابطه حلقه‌ای (thin-wall) برای فشار داخلی مجاز تقریبی:
  σ_hoop = (p·r)/(t) → برای ایمنی p_allow ≈ (σ_allow·t)/r
  با r = D_o/2 ≈ 7.9375 mm.
• فرض σ_allow عملیاتی (با ضریب ایمنی 2) ≈ 100 MPa:

1. t = 0.5 mm: p_allow ≈ (100e6·0.0005)/0.0079375 ≈ 6.3 MPa ≈ 63 bar.
2. t = 0.63 mm: p_allow ≈ (100e6·0.00063)/0.0079375 ≈ 7.94 MPa ≈ 79 bar.

• t = 1.0 mm: p_allow ≈ (100e6·0.001)/0.0079375 ≈ 12.6 MPa ≈ 126 bar.

• نتیجه:
• تیوب‌های ضخیم‌تر به‌طور قابل‌توجهی فشار داخلی بالاتری را تحمل می‌کنند؛ اما در عمل استانداردهای تولید و اتصالات، و نیز ضریب ایمنی واقعی ممکن است مقادیر مجاز را کاهش دهند (معمولاً تیوب‌های فین-تیوب برای فشارهای کاری تا چند ده بار طراحی می‌شوند).

تحمل دما:

• مس دارای رسانش حرارتی بالا و مقاومت مکانیکی مناسب در گستره دمایی وسیع. خواص مکانیکی کاهش می‌یابد با افزایش دما؛ تا حدود 200–300 °C عملکرد مکانیکی قابل‌قبول است اما خواص تسلیم کاهش می‌یابد.
• در دماهای زیر صفر (تا حدود -40 °C) مس شکننده‌تر نمی‌شود به میزان فولاد؛ بنابراین رفتار مناسب است.
• برای کاربردهای معمول تهویه مطبوع و چیلر: دماهای کاری درون تیوب از -40 تا +120 °C ایمن هستند؛ در دماهای بالاتر لازم است معیارهای خوردگی، خزش و تغییر خواص مکانیکی بررسی شوند.

نتیجه‌گیری:
برای تیوب مسی 8/5  اینچ، افزایش ضخامت دیواره از 0.5 به 0.63 و به 1.0 mm موجب افزایش قابل‌توجه ظرفیت تحمل فشار از حدود 63 بار به حدود 79 و 126 بار (برآورد نظری با ضریب ایمنی) می‌شود. از نظر دما، تمام سه ضخامت در محدوده کاربری مرسوم سیستم‌های تهویه مطبوع (تقریباً -40 تا +120 °C) عملکرد مناسبی خواهند داشت، اما برای دماهای بسیار بالا یا شرایط خوردگی باید بررسی‌های تکمیلی و استانداردهای مربوطه (ASME, EN 13445 یا استانداردهای HVAC) رعایت شود. برای طراحی نهایی پیشنهاد می‌شود محاسبات دقیق‌تر با خواص مواد مشخص، ضریب ایمنی مورد نظر، و شرایط اتصال و خستگی انجام شود.