كيفية اختيار المبرّد الصناعي المناسب

من بين الأسباب الأكثر إلحاحًا لتركيب مبرّد هو تقليل أوقات التعطل من خلال توفير الحماية المستمرة التي يوفرها عن طريق إزالة حرارة معدات العمليات القيمة والحساسة لدرجة الحرارة. في الوقت نفسه، يوفر المبرّد المياه والتكاليف المرتبطة بها من خلال إعادة تدوير إمدادات المياه الخاصة بالمحطة وإعادة استخدامها. قد تزداد تكلفة ماء التبريد بوتيرة سريعة، خاصة إذا كانت معدات العمليات تعمل لعدة نوبات يوميًا. وعند إدخال مبرّد في النظام، يمكنه توفير التكاليف وإلغاء الحاجة إلى إمدادات مياه البلدية الخاضعة للرقابة وتصريف مياه الصرف، والإسهام في تحقيق وفورات كبيرة في حدود ميزانيات الإنتاج. إضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق عائد استثماري رأسمالي خلال فترة قصيرة للغاية من عمر المعدات بفضل أحدث التطورات في تكنولوجيا التبريد.

عند تحديد إمكانية تركيب مبرّد، تعد المعرفة العملية بعوامل أداء المبرّد أمرًا ضروريًا للحصول على المنتج المناسب. ما يجب تحديده هو: نوع سائل التشغيل الذي سيتم استخدامه؛ درجة الحرارة اللازمة لتبريد العمليات؛ متطلبات التدفق والضغط؛ بيئة التشغيل؛ درجة الحرارة المحيطة؛ حجم المبرّد اللازم وقيود المساحة المخصصة له.

العوامل الرئيسية التي يجب أخذها في الحسبان عند اختيار سوائل التبريد المناسبة لعملية تشغيلية هي خصائص أدائها وتوافقها مع المعدات. حيث يعتمد أداء سائل التبريد على خصائصه في درجة حرارة معينة. والمعلمات ذات الصلة هي الحرارة النوعية واللزوجة ونقاط التجمد/الغليان. فهناك علاقة مباشرة بين الحرارة النوعية وسعة التبريد. للحفاظ على سلامة النظام وإطالة مدى الأداء الأمثل، يُوصى بمزج نسبة من الإيثيلين أو البروبلين جيليكول مع الماء (عادةً في نطاق يتراوح بين 10 و50%) عند الحاجة إلى الوصول إلى درجة حرارة نقط ضبط منخفضة أو مرتفعة. أما بالنسبة إلى التوافق، فإن احتمالية تآكل موانع التسرب وتدهورها المبكر من أنماط الفشل الشائعة للأنظمة ذات الحجم غير الصحيح. ولهذا السبب يجب أن تكون مواد التصنيع وطبيعة السوائل من العوامل المهمة التي يجب أخذها في الحسبان، ويوصى بتضمين مانع للتآكل في سائل التبريد. ومع ذلك، اتباعًا لأحدث التطورات في تكنولوجيا التبريد، تم تصنيع صهريج التخزين والأجزاء الهيدروليكية للمضخات التي تعمل بالطرد المركزي من الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع تلوث مياه المعالجة بجسيمات الصدأ، بالإضافة إلى توفير مستويات أعلى من الموثوقية والتحكم في درجة الحرارة. وبالمثل، تم تصميم المكثفات الحديثة متعددة القنوات المصنوعة بالكامل من الألومنيوم لتوفير عمر طويل من دون تآكل، وبحيث تتطلب شحنًا أقل بنسبة 30% من مواد التبريد مقارنة بالأنواع الأخرى من المبادلات الحرارية.

تؤثر درجة حرارة نقطة الضبط في سعة التبريد للمبرّد. حيث يؤدي خفض درجة الحرارة إلى زيادة الحمل على نظام التبريد، والعكس صحيح عند زيادة درجة الحرارة. فهناك علاقة مباشرة بين درجة الحرارة التي يتم ضبط المبرّد عندها وإجمالي سعة التبريد الخاصة به. لذلك من المهم مراجعة بيانات أداء المبرّد المنشورة للتأكد من ملاءمتها للتركيب المقترح. وفي الوقت نفسه، إذا كان من المقرر استخدام المبرّد في موقع مكشوف فمن المهم أيضًا تحديد مستوى الحماية المطلوبة من التجمد، أي أعلى درجة حرارة للسائل الخارج من المبرّد في أثناء التشغيل.

في حين أن عمر المضخة يُعد من الاعتبارات الأساسية عند تهيئة نظام تبريد صناعي، يجب أولاً تحديد معدل فقدان الضغط عبر النظام ومعدل التدفق اللازم حسب حجم المضخة وأدائها.
الضغط: تقلل المضخات صغيرة الحجم معدل تدفق السائل عبر حلقة التبريد بالكامل. إذا كان المبرّد مزودًا بنظام تصريف ضغط داخلي فسيتم تحويل التدفق حول مسار العملية، ثُمَّ يعود إلى المبرّد. في حال عدم وجود نظام تصريف ضغط داخلي، ستحاول المضخة توفير الضغط اللازم والعمل عندما يشار إليه بالضغط المتواصل أو الحد اللانهائي. عند حدوث هذه الحالة، قد يقل عمر المضخة بشكل كبير؛ ويتوقف السائل عن التدفق ويصبح سائل المضخة ساخنًا، ويتبخر في النهاية ويعطل قدرة المضخة على التبريد، ما يؤدي إلى حدوث تآكل في المحامل وموانع التسرب والدفاعات بشكل مفرط.يتطلب تحديد معدل فقدان الضغط عبر نظام وضع مقاييس ضغط عند مدخل مسار العملية ومخرجه، ثُمَّ تطبيق ضغط المضخة للحصول على القيم عند معدل التدفق المطلوب.
معدل التدفق: يؤدي التدفق غير الكافي خلال التشغيل إلى نقل حرارة بمعدل غير كافٍ، ومن ثَمَّ لن يزيل التدفق الحرارة اللازمة للتشغيل الآمن للعمليات. ومع استمرار تجاوز درجة حرارة السائل درجة حرارة نقطة الضبط، سيستمر ارتفاع درجة حرارة السطح/المكون أيضًا حتى يصل إلى درجة حرارة ثابتة أعلى من درجة حرارة نقطة الضبط الأولية.ترد تفاصيل بمتطلبات الضغط والتدفق مع معظم المبرّدات. عند تحديد إمكانية إزالة الحمل الحراري اللازم كجزء من التصميم، من المهم مراعاة جميع الخراطيم والتجهيزات والوصلات والتغييرات في الارتفاع التي تعد جزءًا لا يتجزأ من النظام. يمكن أن تزيد هذه الميزات الإضافية متطلبات الضغط بشكل كبير إذا لم يتم ضبط حجمها بشكل مناسب.

درجة الحرارة المحيطة. تتأثر قدرة المبرّدات الهوائية على تبديد الحرارة بدرجة الحرارة المحيطة. وذلك لأن نظام التبريد يستخدم تدرج درجة حرارة الهواء المحيط/مادة التبريد للحث على نقل الحرارة لعملية التكثيف. يؤدي ارتفاع درجة حرارة الهواء المحيط إلى خفض الفارق في درجة الحرارة (ΔT)، ومن ثَمَّ خفض إجمالي معدل نقل الحرارة. إذا كان المبرّد يستخدم مكثف مبرّد بسائل فقد تكون لدرجات الحرارة المحيطة المرتفعة تأثيرات سلبية في المكونات الرئيسية مثل الضاغط والمضخة والأجزاء الإلكترونية. تولّد هذه المكونات حرارة في أثناء التشغيل، وتؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تقصير عمرها. كمبدأ توجيهي، تبلغ درجة الحرارة المحيطة القصوى النموذجية للمبرّدات المصنفة غير الخارجية 40 درجة مئوية.
قيود المساحة: للحفاظ على درجة حرارة الهواء المحيط المناسبة، من المهم توفير مساحة كافية لتدوير الهواء حول المبرّد. فمن دون وجود تدفق هواء مناسب، ستؤدي إعادة تدوير كمية غير كافية من الهواء إلى تسخينه بسرعة. سيؤثر ذلك في أداء المبرّد، وقد يؤدي إلى تلف وحدة التبريد.

إن اختيار مبرّد بحجم مناسب قرار بالغ الأهمية. فدائمًا ما يشكل المبرّد الصغير مشكلة – فلن يكون كافيًا مطلقًا لتبريد معدات العمليات بشكل مناسب ولن تكون درجة حرارة مياه المعالجة مستقرة. في المقابل، لن يكون المبرّد كبير الحجم قادرًا على العمل بأعلى مستويات الكفاءة ويكون تشغيله أكثر تكلفة. لتحديد حجم الوحدة المناسب للاستخدام، من الضروري معرفة معدل التدفق والطاقة الحرارية التي تضيفها معدات العمليات إلى وسط التبريد، أي التغير في درجة الحرارة بين مياه المدخل والمخرج، الذي يتم التعبير عنه بالرمز ‎∆T. المعادلة المستخدمة لأغراض الحساب هي: الطاقة الحرارية في الثانية (أو المعروفة أكثر باسم الطاقة) = معدل تدفق الكتلة × السعة الحرارية المحددة × التغير في درجة الحرارة (‎(∆T. يتم التعبير عن السعة الحرارية النوعية للماء في شكل 4,2 كيلو جول/كيلو جرام × كلفن، لكن إذا كان يحتوي على نسبة من إضافات الجيليكول فستزداد هذه القيمة إلى 4,8 كيلو جول/كيلو جرام × كلفن. ملحوظة: 1 كلفن = 1 درجة مئوية وكثافة الماء هي 1، فمثلاً 1 لتر من حجم الماء = 1 كجم من كتلة الماء. في ما يأتي مثال على تطبيق المعادلة لتحديد حجم المبرّد المناسب بوحدة الكيلو واط للتعامل مع معدل تدفق مياه يبلغ 2,36 لتر/ثانية (8,5 م3/الساعة) وتغير في درجة الحرارة يبلغ 5 درجات مئوية: الطاقة الحرارية في الثانية (كيلو جول/ثانية أو كيلو وات) = 2,36 لتر/ثانية (معدل التدفق) ‎5 X درجات مئوية (∆T)‏ X‏ 4,2 كيلو جول/كيلو جرام X كلفن (السعة الحرارية النوعية للماء النقي)، يكون حجم المبرّد المطلوب = 49,6 كيلو وات. بدلاً من ذلك، قد يكون الحمل الحراري المراد تبريده معروفًا بالفعل، وفي هذه الحالة يمكن إعادة ترتيب المعادلة لتحديد الفرق في درجة الحرارة (‎(∆T الذي يمكن تحقيقه بمعدلات تدفق مختلفة (يمكن تحقيقه بأحجام مضخات مختلفة). قد تكون هناك ظروف أخرى يمكن أن تؤثر في اختيار الحجم. وقد يؤدي التخطيط لتوسعة المحطة في المستقبل أو التعرض لدرجات حرارة محيطة مرتفعة، أو كان الموقع على ارتفاعات عالية، إلى تحديد حجم وحدة مختلف.

في أحدث جيل متقدم من المبرّدات الصناعية، تعد سهولة الصيانة، والسلامة التشغيلية، والتحكم الذكي والاتصال سمات بارزة لتصميماتها. فعلى سبيل المثال، تم تصنيعها باستخدام مظلات مخففة للصوت بتصنيف IP54 تسمح للمبرّدات بالعمل في الأماكن الداخلية أو الخارجية، وحتى في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة التي تصل إلى -45 درجة مئوية. وقد تم تصميمها خصوصًا لتسهيل الوصول إلى المكونات المثبتة - أنظمة التبريد في المقدمة ومجموعة تدوير مياه التبريد في الجزء الخلفي. تعمل أبواب المظلة العريضة والتصميم الذكي على تقليل وقت الصيانة، كما تتيح سهولة الفحص لمنع الأعطال. تتميز الموديلات الجديدة المبتكرة في السوق بمجموعة واسعة من أجهزة السلامة، مثل مفاتيح التدفق وتحديد المستوى، والمجسات الحرارية، ومجسات الضغط، وتدفئة علبة المرافق والمصافي التي تتيح تشغيل المبرّد بأمان. بالإضافة إلى ذلك، يمنع نظام التبريد محكم الغلق تسرب غاز التبريد ولا يتطلب أي صيانة. تتطلب لوائح الغازات المفلورة (UK FGAS) البريطانية إجراء فحص سنوي -ونصف سنوي لأنظمة التبريد الكبيرة- بواسطة مهندس معتمد متخصص في الغازات المفلورة. يضمن توفير مرحّل تسلسل الطور تفادي مخاطر تلف الضاغط في حال توصيل الأسلاك بطريقة غير صحيحة. في هذه التصميمات الجديدة، تعمل وحدة التحكم بشاشة اللمس مع خوارزميات موفرة للطاقة، وتجمع بين كل مستشعرات المبرّد في نظام واحد، كما تصدر تنبيهات في الوقت المناسب في حال الانحراف عن معلمات التشغيل. يتم تحقيق الاتصال الكامل مع إمكانية المراقبة الذكية عن بُعد المدمجة في المبرّدات ذات الأحجام 11 كيلو وات فأكثر. ويوفر ذلك بيانات الماكينة للمستخدم في الوقت الحقيقي، بتنسيق واضح لضمان أعلى كفاءة.