De juiste industriële chiller selecteren

Een van de meest overtuigende redenen voor een chillerinstallatie is het minimaliseren van de uitvaltijd door de continue bescherming die de een chiller biedt bij het afvoeren van warmte uit waardevolle en temperatuurgevoelige procesapparatuur. Tegelijkertijd bespaart een chiller water en de bijbehorende kosten door de eigen watertoevoer van de productielocatie te recirculeren en te hergebruiken. De kosten van koelwater kunnen snel oplopen, vooral als de procesapparatuur meerdere ploegendiensten per dag in bedrijf is. Wanneer een chiller in het systeem wordt geïntroduceerd, kunnen de kosten en de behoefte aan een bewaakte gemeentelijke watertoevoer en afvalwaterlozing worden omzeild en kan dit bijdragen aan aanzienlijke besparingen binnen de productiebudgetten. Bovendien kan de investering in apparatuur met de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van chillertechnologie over een zeer korte periode van de levensduur worden terugverdiend.

Bij het specificeren van een chillerinstallatie is een gedegen kennis van de prestatiefactoren van de chiller cruciaal voor het meest geschikte product. Wat moet worden vastgesteld is: het type procesvloeistof dat wordt gebruikt, de koeltemperatuur van het proces, de vereisten voor debiet en druk, de werkomgeving, de omgevingstemperatuur, de benodigde chillergrootte en de ruimtelijke beperkingen van de locatie.

De belangrijkste factoren waarmee rekening moet worden gehouden als het gaat over de juiste koelvloeistoffen voor een proces zijn de prestatiekenmerken en de compatibiliteit van de apparatuur. De prestaties van een koelvloeistof zijn gebaseerd op de eigenschappen bij een bepaalde temperatuur. De relevante parameters zijn specifieke warmte, viscositeit en vries-/kookpunten. Er is een direct verband tussen specifieke warmte- en koelcapaciteit. Om de integriteit van het systeem te handhaven en de optimale prestaties te verlengen, wordt het mengen van een percentage ethyleen of propyleenglycol met water (gewoonlijk tussen 10 en 50%) aanbevolen wanneer lage of hoge instelpunttemperaturen vereist zijn. Wat betreft compatibiliteit zijn de kans op corrosie en vroegtijdige aantasting van afdichtingen veelvoorkomende storingen voor systemen met onjuiste afmetingen. Daarom moeten de bouwmaterialen en de aard van vloeistoffen zorgvuldig worden overwogen en wordt het gebruik van een corrosiewerend middel in de koelvloeistof aanbevolen. In de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van chillertechnologie zijn de opslagtank en de hydraulische onderdelen van centrifugaalpompen echter vervaardigd van roestvast staal om verontreiniging van proceswater met roestdeeltjes te voorkomen en een hogere betrouwbaarheid en temperatuurregeling te bieden. Op dezelfde manier zijn geavanceerde, volledig aluminium microkanaalcondensors ontworpen voor een lange levensduur zonder corrosie, die 30% minder koelmiddel verbruiken in vergelijking met andere typen warmtewisselaars.

De ingestelde temperatuur zal de koelcapaciteit van een chiller beïnvloeden. Als de temperatuur wordt verlaagd, zal het koelsysteem sterker worden belast, het omgekeerde geldt als de temperatuur wordt verhoogd. Er is een direct verband tussen de temperatuur waarop de chiller is ingesteld en de totale koelcapaciteit. Daarom is het belangrijk om de gepubliceerde prestatiegegevens van de chiller te controleren op relevantie voor de voorgestelde installatie. Tegelijkertijd is het, als de chiller zal worden geïnstalleerd op een locatie waar deze aan de elementen zal worden blootgesteld, even belangrijk om het vereiste niveau van vorstbescherming vast te stellen, d.w.z. de koudste vloeistoftemperatuur van de chiller tijdens bedrijf.

Hoewel de levensduur van de pomp een belangrijke overweging is bij het configureren van een industrieel koelsysteem, moet het drukverlies in het systeem en het benodigde debiet eerst worden bepaald aan de hand van de grootte en de prestaties van de pomp.
Druk: een ondermaatse pomp verlaagt de stroomsnelheid van de vloeistof door de gehele koellus. Als de chiller is uitgerust met een interne drukontlasting, wordt de stroming om het proces heen geleid en terug naar de chiller. Als er geen interne drukontlasting is, zal de pomp proberen de benodigde druk te leveren en te werken op wat 'dead-head pressure' of 'limietdruk' wordt genoemd. Wanneer deze toestand zich voordoet, kan de levensduur van de pomp drastisch worden verkort; vloeistof stroomt niet meer en de vloeistof in de pomp wordt heet, waardoor deze uiteindelijk verdampt en het vermogen van de pomp om af te koelen wordt verstoord, wat leidt tot overmatige slijtage van lagers, afdichtingen en waaiers.Om het drukverlies in een systeem te bepalen, moeten drukmeters worden geplaatst bij de inlaat en uitlaat van het proces, waarna pompdruk moet worden toegepast om waarden te verkrijgen bij het gewenste debiet.
Debiet: een onvoldoende stroming door het proces leidt tot onvoldoende warmteoverdracht, waardoor de stroming niet de warmte verwijdert die nodig is voor een veilige werking van het proces. Naarmate de vloeistoftemperatuur stijgt tot boven de instelwaarde, blijven de oppervlakte-/componenttemperaturen ook stijgen totdat een stabiele temperatuur wordt bereikt die hoger is dan de initiële instelwaarde.De meeste chillersystemen zullen de druk- en debietvereisten beschrijven. Bij het specificeren van de noodzakelijke warmteafvoer als onderdeel van het ontwerp, is het belangrijk rekening te houden met alle slangen, koppelingen, aansluitingen en hoogteveranderingen die deel uitmaken van het systeem. Deze aanvullende functies kunnen de drukvereisten aanzienlijk verhogen als de afmetingen niet juist zijn.

Omgevingstemperatuur. Het vermogen van een luchtgekoelde chiller om warmte af te voeren wordt beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Dit komt doordat het koelsysteem de temperatuurgradiënt van de omgevingslucht/het koelmiddel gebruikt om warmteoverdracht voor het condensatieproces te bewerkstelligen. Een stijgende omgevingsluchttemperatuur verlaagt het temperatuurverschil (ΔT) en vermindert vervolgens de totale warmteoverdracht. Als de chiller gebruikmaakt van een vloeistofgekoelde condensor, kunnen hoge omgevingstemperaturen nog steeds negatieve effecten hebben op belangrijke onderdelen zoals de compressor, de pomp en de elektronica. Deze componenten genereren warmte tijdens bedrijf en verhoogde temperaturen verkorten de levensduur ervan. Als richtlijn geldt dat de normale maximale omgevingstemperatuur voor chillers die niet voor buitengebruik geschikt zijn, 40 °C is.
Ruimtelijke beperkingen: om de juiste omgevingsluchttemperatuur te handhaven, is het belangrijk om voldoende ruimte rond de koeler te bewaren zodat de lucht kan circuleren. Zonder een goede luchtstroom wordt de lucht snel verwarmd door recirculatie. Dit beïnvloedt de prestaties van de chiller en kan de chiller beschadigen.

Het kiezen van een chiller met de juiste afmetingen is een cruciale beslissing. Een te kleine chiller zal altijd een probleem zijn - de procesapparatuur kan nooit goed genoeg worden gekoeld en de proceswatertemperatuur zal niet stabiel zijn. Een te grote chiller kan daarentegen nooit op het efficiëntste niveau werken en is duurder in gebruik. Om de juiste grootte van de eenheid voor de toepassing te bepalen, moet u weten welk debiet en warmte-energie de procesapparatuur toevoegt aan het koelmiddel, d.w.z. de temperatuurverandering tussen het inlaat- en uitlaatwater, uitgedrukt als ∆T. De formule voor berekeningsdoeleinden is: warmte-energie per seconde (of meer algemeen bekend als vermogen) = massadebiet × specifieke warmtecapaciteit × temperatuurverandering (∆T)'. De specifieke warmtecapaciteit van het water wordt nominaal uitgedrukt als 4,2 kJ / kg K, maar als het een percentage glycoladditieven bevat, wordt de waarde verhoogd tot 4,8 kJ / kg K. Opmerking: 1 K = 1 °C en de dichtheid van het water is 1, d.w.z. 1 l water = 1 kg water. Hier ziet u een voorbeeld van de toepassing van de formule om te bepalen welk vermogen in kW van de chiller geschikt is om een waterdebiet van 2,36 l/s (8,5 m3/uur) te verwerken bij een temperatuurverandering van 5 °C: warmte-energie per seconde (kJ/s of kW) = 2,36 l/s (debiet) X 5 °C (∆T) X 4,2 kJ /kg K (specifieke warmtecapaciteit van zuiver water). Vereiste chillergrootte = 49,6 kW. De warmte die moet worden gekoeld, is mogelijk al bekend. In dat geval kan de formule worden gebruikt om het temperatuurverschil (∆T) te bepalen dat kan worden bereikt met verschillende debieten (te bereiken met verschillende pompgroottes). Er kunnen andere omstandigheden zijn die de keuze van de grootte kunnen beïnvloeden. Het plannen van toekomstige uitbreiding van de locatie, blootstelling aan hoge omgevingstemperaturen of werken op grote hoogte kunnen allemaal leiden tot de specificatie van een eenheid met een andere grootte.

In de nieuwste, geavanceerde generatie industriële chillers zijn onderhoudsgemak, bedrijfsveiligheid en intelligente besturing en connectiviteit belangrijke kenmerken van hun ontwerpen. Ze zijn bijvoorbeeld voorzien van geluiddempende omkastingen met beschermingsklasse IP54, waardoor chillers zowel binnen als buiten kunnen worden gebruikt, zelfs bij omgevingstemperaturen tot -45 °C. Ze zijn speciaal ontworpen voor eenvoudige toegang tot de geïnstalleerde componenten - koelsystemen aan de voorzijde en de koelwatercirculatie aan de achterzijde. Brede deuren in de omkasting en een intelligente lay-out verminderen de onderhoudstijd en maken eenvoudige inspectie mogelijk om uitval te voorkomen. Innovatieve nieuwe modellen op de markt zijn voorzien van een scala aan veiligheidsvoorzieningen, zoals stroom- en niveauschakelaars, thermische sondes, druksensoren, carterverwarming en zeven, waardoor de koeler veilig kan werken. Bovendien voorkomt een volledig hermetisch afgedicht koelsysteem dat koelgas lekt en is er geen onderhoud nodig. De FGAS-voorschriften in het Verenigd Koninkrijk vereisen een jaarlijkse, en bij grotere koelsystemen, tweejaarlijkse inspectie door een door FGAS gecertificeerde technicus. De voorziening van een fasevolgorderelais voorkomt schade aan de compressor in geval van onjuiste bedrading. In deze nieuwe ontwerpen werkt een regelaar met aanraakscherm met energiezuinige algoritmen, zijn alle koelersensoren in één systeem gecombineerd en wordt u tijdig gewaarschuwd in geval van afwijking van de bedrijfsparameters. Volledige connectiviteit wordt bereikt met ingebouwde slimme bewaking op afstand bij chillergroottes van 11 kW en hoger. Dit voorziet de gebruiker van machinegegevens in real-time in een duidelijk formaat voor optimale efficiëntie.