A megfelelő ipari folyadékhűtő kiválasztása

A folyadékhűtő-rendszerek alkalmazásának legfontosabb okai közé tartozik, hogy minimalizálják az állásidőt azáltal, hogy hőt vonnak el az értékes és hőmérséklet-érzékeny technológiai berendezésektől, így folyamatos védelmet nyújtva. Ugyanakkor a folyadékhűtő vizet és vízzel kapcsolatos költségeket is megtakarít az üzem saját vizének visszakeringetésével és újbóli felhasználásával. A hűtővízzel kapcsolatos költségek gyorsan összeadódhatnak, különösen ha a technológiai berendezések naponta több műszakon át üzemelnek. Egy folyadékhűtő rendszerbe állításával kiküszöbölhetők a lakossági vízellátással és szennyvízkibocsátással kapcsolatos szükségletek és költségek, ami jelentős megtakarításokat jelenthet a gyártási költségvetésben. Mindemellett pedig a folyadékhűtő-technológia legújabb fejlesztéseinek köszönhetően a tőkebefektetés a berendezés élettartamán belül nagyon gyorsan megtérülhet.

Egy folyadékhűtő-rendszer kialakításakor alapvető fontosságú tisztában lenni a folyadékhűtő teljesítmény tényezőivel, hogy a megfelelő terméket választhassuk ki. A következőket kell figyelembe venni: a használandó technológiai folyadék típusa; a folyamathoz szükséges hűtési hőmérséklet; az áramlással és nyomással kapcsolatos követelmények; az üzemi környezet; a környezeti hőmérséklet; a szükséges folyadékhűtő mérete, valamint a telepítési terület helykorlátai.

Egy folyamat megfelelő hűtőfolyadékainak kiválasztása során a fő tényezők közé tartoznak a folyadékok teljesítményjellemzői és a berendezésekkel való kompatibilitásuk. A hűtőfolyadék teljesítménye azon alapszik, hogy milyen tulajdonságokkal bír egy adott hőmérsékleten. A releváns paraméterek közé tartoznak a specifikus hőjellemzők, a viszkozitás és fagyás-/forráspontok. A specifikus hőjellemzők és a hűtési kapacitás között közvetlen kapcsolat van. A rendszer integritásának megőrzése és az optimális teljesítmény meghosszabbítása érdekében ajánlott egy adott százaléknyi (jellemzően 10–50% között) etilén- vagy propilén-glikolt keverni a vízhez, amikor alacsony vagy magas hőmérsékleti alapértékre van szükség. A kompatibilitás tekintetében a korrózió és a tömítések korai elhasználódása gyakori hibajelenségnek számít a nem megfelelően méretezett rendszerek esetében. Ezért fontos figyelembe venni a rendszert alkotó anyagokat és a folyadékok természetét, továbbá ezért ajánlott korróziógátló anyagot adni a hűtőfolyadékhoz. A folyadékhűtők legújabb technológiai fejlesztéseinek részeként azonban a tárolótartály és a centrifugálszivattyúk hidraulikus alkatrészei már rozsdamentes acélból készülnek, hogy a technológiai víz ne szennyeződhessen rozsdarészecskékkel, valamint a magasabb szintű megbízhatóság és hőmérséklet-szabályozás biztosítása érdekében. Ehhez hasonlóan a csúcsmodern, teljesen alumíniumból készült mikrocsatornás kondenzátorok úgy készülnek, hogy hosszú korróziómentes élettartamot biztosítsanak, és 30%-kal kevesebb hűtőközeg-betöltésre legyen szükségük az egyéb típusú hőcserélőkhöz képest.

A hőmérsékleti alapérték hatással van a folyadékhűtő hűtési kapacitására. A hőmérséklet csökkentése nagyobb terhelést ró a hűtőrendszerre, a hőmérséklet növelése pedig csökkenti a terhelést. Közvetlen kapcsolat áll fenn a folyadékhűtő beállított hőmérséklete és a teljes hűtési kapacitása között. Ezért fontos összevetni a folyadékhűtő közzétett teljesítményadatait a kiépíteni kívánt rendszer követelményeivel. Amennyiben pedig a folyadékhűtő kültéren kerül telepítésre, ugyanannyira fontos gondoskodni a megfelelő fagyvédelemről, például meghatározni a folyadékhűtőből kilépő hűtőfolyadék legalacsonyabb hőmérsékletét.

Bár a szivattyú élettartama elsődleges szempont egy ipari hűtőrendszer konfigurálása során, elsőként a rendszer nyomásveszteségét és a szükséges áramlási sebességet kell megállapítani a szivattyú mérete és teljesítménye alapján.
Nyomás: Egy alulméretezett szivattyú csökkenti a folyadék áramlási sebességét a teljes hűtőkörben. Ha a folyadékhűtő belső nyomáscsökkentővel rendelkezik, a rendszer az áramlást szétosztja a folyamat különböző részei között, majd visszavezeti a folyadékhűtőbe. Ha nincs belső nyomáscsökkentő, a szivattyú megkísérli biztosítani a szükséges nyomást, ami miatt leállítási nyomáson vagy határértéken üzemel. Ilyen állapotban a szivattyú élettartama drámai mértékben csökkenhet, mivel leáll a folyadékáramlás és a szivattyúban lévő folyadék felforrósodik, majd idővel gőzzé válik, ami miatt a szivattyú nem tud lehűlni, ez pedig a csapágyak, a tömítések és a járókerekek túlzott kopásához vezet. A rendszer nyomásveszteségének meghatározásához nyomásmérőket kell elhelyezni a be- és kimenetnél, majd a szivattyú beindítása után beállítani a kívánt áramlási sebességet.
Áramlási sebesség: Ha nem áll rendelkezésre megfelelő áramlás a folyamat során, az nem megfelelő hőátadáshoz vezet, így az áramló folyadék nem fog tudni a folyamat biztonságos működéséhez szükséges mennyiségű hőt elvonni. Mivel a folyadék hőmérséklete az alapérték fölé emelkedik, a felületi/alkatrész-hőmérsékletek szintén emelkednek, majd állandósulnak egy adott, az eredetileg beállított alapértékénél magasabb hőmérséklet elérésekor. A legtöbb folyadékhűtő-rendszer esetében részletesen meg vannak határozva a nyomással és áramlással kapcsolatos követelmények. Amikor a tervezés során megállapítjuk a szükséges hőelvonás mértékét, fontos figyelembe venni a rendszer összes tömlőjét, szerelvényét, csatlakozását és magasságbeli változását. Ezek jelentős mértékben növelhetik a nyomással kapcsolatos követelményeket, ha nincsenek megfelelően méretezve.

Környezeti hőmérséklet: A léghűtéses folyadékhűtők hőelvezetési képességére hatással van a környezeti hőmérséklet. Ennek oka, hogy a hűtőrendszer a környezeti levegő/hűtőközeg hőmérsékletének gradiense alapján indukál hőátadást a kondenzációs folyamat során. A környezeti hőmérséklet emelkedése csökkenti a hőmérsékleti különbséget (ΔT), aminek következtében csökken a teljes hőátadás. A magas környezeti hőmérséklet akkor is negatív hatással lehet az olyan kulcsfontosságú alkatrészekre, mint a kompresszor, a szivattyú és az elektronika, ha a folyadékhűtő vízhűtéses kondenzátorral rendelkezik. Ezek az alkatrészek hőt generálnak a működés során, és a magas hőmérséklet csökkenti az élettartamukat. A nem kültéri használatra szánt folyadékhűtők jellemző maximális környezeti hőmérséklete 40 °C.
Térbeli korlátok: A környezeti levegő megfelelő hőmérsékletének fenntartása érdekében fontos megfelelő levegőkeringést biztosítani a folyadékhűtő körül. Megfelelő légáramlás nélkül a nem megfelelő mennyiségű, visszakeringő levegő gyorsan felmelegszik. Ez hatással van a folyadékhűtő teljesítményére, és akár károsíthatja is a folyadékhűtő egységet.

A megfelelő méretű folyadékhűtő kiválasztása kulcsfontosságú. Az alulméretezett folyadékhűtő folyamatosan problémákhoz fog vezetni – soha nem lesz képes megfelelően lehűteni a folyamatban résztvevő berendezéseket, és a technológiai víz hőmérséklete nem lesz stabil. Ezzel szemben egy túlméretezett hűtő soha nem fog a legmagasabb hatékonysági szinten működni, és költségesebb lesz az üzemeltetése. Az alkalmazás szempontjából megfelelő méretű egység kiválasztásához ismerni kell az áramlási sebességet és a folyamat berendezései által a hűtőközeghez hozzáadott hőenergiát, vagyis a bemenő és kimenő víz hőmérséklete közötti különbséget, amelynek jele ∆T. A számításhoz szükséges képlet a következő: Hőenergia per másodperc (vagy ismertebb nevén Teljesítmény) = tömegáram × fajhő × hőmérséklet-változás (∆T). A víz fajhője 4,2 kJ / kg K, de amennyiben bizonyos százalékban glikoladalékokat tartalmaz, ez az érték 4,8 kJ / kg K-ra nő. Megjegyzés: 1 K = 1 °C, és a víz sűrűsége 1, vagyis 1 l víztérfogat = 1 kg víztömeg. Íme egy példa a képlet alkalmazására, ha egy olyan folyadékhűtő hűtési kapacitására vagyunk kíváncsiak, amely képes 2,36 l/s (8,5 m3/óra) vízáramlás és 5 °C-os hőmérséklet-változás kezelésére: hőenergia per másodperc (kJ/s vagy kW) = 2,36 l/s (áramlási sebesség) X 5 °C (∆T) X 4,2 kJ /kg K (a tiszta víz fajhője), szükséges folyadékhűtő-méret = 49,6 kW. Másik esetként elképzelhető, hogy az elvonandó hőmennyiséget már ismerjük, amely esetben a képlet átalakítható úgy, hogy megállapíthassuk vele a különböző (eltérő méretű szivattyúkkal elérhető) áramlási sebességek nyomán létrejövő hőmérséklet-különbséget (∆T). Lehetnek egyéb körülmények is, amelyek befolyásolják a méret kiválasztását. Az üzem jövőbeli bővítésével kapcsolatos tervek, a magas környezeti hőmérsékletnek való kitettség vagy a magas tengerszint feletti magasság mind olyan tényezők, amelyek esetén eltérő méretű egységre lehet szükség.

Az ipari folyadékhűtők legújabb, továbbfejlesztett generációjának tervezése során kiemelt szerepet kaptak az olyan jellemzők, mint az egyszerű karbantartás, az üzemeltetési biztonság, valamint az intelligens vezérlési és csatlakoztathatósági lehetőségek. Például IP54-es védelmi besorolással és hangcsillapító burkolattal rendelkeznek, ami lehetővé teszi az ilyen folyadékhűtők kültéri és beltéri üzemeltetését, akár -45 °C-ig. Kimondottan úgy készültek, hogy a beszerelt alkatrészeik egyszerűen hozzáférhetőek legyenek – a hűtőrendszer elöl, a hűtővíz-keringető egység pedig hátul található. A széles burkolóelemek és az intelligens elrendezés együttesen csökkentik a karbantartási időt, valamint lehetővé teszik az egyszerű átvizsgálást a meghibásodások megelőzése érdekében. A piacon kapható új, innovatív modellek számos biztonsági elemmel rendelkeznek, ezek közé tartoznak például az áramlás- és szintkapcsolók, a hő- és nyomásérzékelők, a karterfűtés és szűrők. A hermetikusan zárt kompresszor megakadályozza a hűtőgáz szivárgását, és nulla karbantartást igényel. A beépített fázissorrend-relé biztosítja, hogy helytelen bekötés esetén nem áll fenn a kompresszor károsodásának veszélye. Ezekben az új konstrukciókban energiahatékony algoritmusokkal működő érintőképernyős vezérlő egyesíti az összes hűtőszenzort egyetlen rendszerbe és időben figyelmeztet az üzemi paraméterektől való eltérés esetén. A 11 kW-os vagy annál nagyobb méretű folyadékhűtőknél a beépített intelligens távfelügyeleti előkészítéssel teljeskörű csatlakoztathatóság érhető el. Ez a felhasználó számára valós időben, áttekinthető formátumban biztosítja a gép adatait az optimális hatékonyság érdekében.