Jak wybrać odpowiedni chłodniczy agregat przemysłowy

Jednym z najważniejszych argumentów za instalacją agregatu jest minimalizacja przestojów dzięki ciągłej ochronie, która zapewnia usuwanie ciepła z cennych i wrażliwych na temperaturę urządzeń procesowych. Jednocześnie agregat chłodniczy oszczędza wodę i obniża związane z nią koszty, wykorzystując wodę zakładu w obiegu zamkniętym. Koszt wody chłodzącej może się szybko zwiększać, zwłaszcza jeśli urządzenia procesowe pracują przez kilka zmian dziennie. Po wprowadzeniu do systemu agregat pozwala uniknąć kosztów i konieczności zapewnienia monitorowanego źródła wody z sieci miejskiej oraz odprowadzania ścieków, a także przyczynia się do znacznych oszczędności w ramach budżetów produkcyjnych. Ponadto dzięki najnowszym osiągnięciom w technologii agregatów chłodniczych zwrot inwestycji kapitałowych może nastąpić już po bardzo krótkim okresie eksploatacji sprzętu.

Specyfikacja instalacji agregatu wymaga praktycznej wiedzy o czynnikach kształtujących jego wydajność. Bez tego dopasowanie produktu będzie niemożliwe. Należy określić rodzaj stosowanego płynu procesowego, temperaturę chłodzenia procesu, wymagania dotyczące przepływu i ciśnienia, środowisko pracy, temperaturę otoczenia, wymagany rozmiar agregatu oraz ograniczenia przestrzenne jego lokalizacji.

Główne czynniki, o których należy pamiętać przy rozważaniu, jakie płyny chłodzące będą odpowiednie do danego procesu, to ich charakterystyka działania i zgodność ze sprzętem. Wydajność płynu chłodzącego zależy od jego właściwości w danej temperaturze. Ważne parametry to ciepło właściwe, lepkość oraz temperatury zamarzania i wrzenia. Istnieje bezpośredni związek między ciepłem właściwym a potencjałem chłodzenia. W celu zachowania integralności systemu i przedłużenia jego optymalnej wydajności zaleca się mieszanie glikolu etylenowego lub propylenowego z wodą (zwykle w ilości od 10 do 50%), gdy wymagana jest niska lub wysoka temperatura nastawy. Pod względem zgodności typowymi usterkami niewłaściwie zwymiarowanych systemów są ryzyko korozji i wczesnej degradacji uszczelnień. Dlatego też powinny być brane pod uwagę materiały konstrukcyjne i rodzaj płynów oraz dlatego zaleca się stosowanie inhibitora korozji w płynie chłodzącym. W najnowocześniejszych rozwiązaniach agregatów chłodniczych zbiornik magazynowy i części hydrauliczne pomp odśrodkowych są wykonane ze stali nierdzewnej, co pozwala zapobiec zanieczyszczeniu wody procesowej cząsteczkami rdzy, a także zapewnić wyższy poziom niezawodności i lepszą kontrolę temperatury. Podobnie najnowocześniejsze, całkowicie aluminiowe skraplacze mikrokanałowe zostały zaprojektowane tak, aby zapewnić dużą żywotność bez korozji i w porównaniu z innymi typami wymienników ciepła wymagają one o 30% mniej czynnika chłodniczego.

Nastawa temperatury wpływa na wydajność chłodzenia agregatu. Zmniejszenie temperatury spowoduje zwiększenie obciążenia układu chłodzenia i odwrotnie. Istnieje bezpośrednia zależność między temperaturą, na jaką agregat chłodniczy został ustawiony, a jego całkowitą wydajnością chłodzenia. Dlatego ważne jest, aby zapoznać się z dostępnymi danymi dotyczącymi wydajności agregatu chłodniczego i na tej podstawie ocenić jego przydatność w proponowanej instalacji. Jednocześnie, jeśli agregat jest przeznaczony do pracy w miejscu odsłoniętym, równie ważne jest ustalenie wymaganego poziomu ochrony przed zamarzaniem, tj. najniższej temperatury płynu chłodzącego opuszczającego agregat podczas pracy.

O ile podstawowym czynnikiem uwzględnianym podczas konfigurowania przemysłowego układu chłodzenia jest żywotność pompy, to wielkość i wydajność pompy jest determinowana przez spadek ciśnienia w układzie i wymagane natężenie przepływu.
Ciśnienie: zbyt mała pompa zmniejsza natężenie przepływu płynu przez cały obwód chłodzenia. Jeśli agregat wyposażony jest w wewnętrzny zawór nadmiarowy ciśnienia, przepływ będzie kierowany z pominięciem procesu i z powrotem do agregatu. Jeśli brakuje wewnętrznego zaworu nadmiarowego ciśnienia, pompa podejmie próbę zapewnienia wymaganego ciśnienia i będzie pracować z ciśnieniem określanym jako ciśnienie przy braku przepływu lub z wartością graniczną. W takim przypadku żywotność pompy może zostać znacznie zmniejszona; płyn przestaje krążyć, a jego temperatura w pompie bardzo wzrasta, co ostatecznie powoduje parowanie i zakłóca zdolność pompy do chłodzenia, prowadząc do nadmiernego zużycia łożysk, uszczelek i wirników.Określenie spadku ciśnienia w układzie wymaga umieszczenia manometrów na wlocie i wylocie procesu, a następnie dostosowania ciśnienia pompy do wymaganego natężenia przepływu.
Natężenie przepływu: nieodpowiedni przepływ w procesie powoduje nieodpowiedni transfer ciepła. W efekcie przepływ nie usuwa ciepła, co jest niezbędne do bezpiecznego działania procesu. Wraz ze wzrostem temperatury płynu poza punkt nastawy temperatury powierzchni/podzespołów będą również wzrastać do momentu osiągnięcia stałego poziomu, który jest wyższy niż początkowa nastawa.W przypadku większości układów chłodzenia wymagania dotyczące ciśnienia i przepływu są wyszczególnione. Przy określaniu wymaganego usuwania obciążenia cieplnego na etapie projektowania należy uwzględnić wszystkie występujące w układzie węże, złączki, połączenia i zmiany wysokości. Te dodatkowe elementy, jeśli nie są odpowiednio dobrane, mogą znacznie zwiększyć wymagania dotyczące ciśnienia.

Temperatura otoczenia. Zdolność agregatu chłodniczego chłodzonego powietrzem do rozproszenia ciepła zależy od temperatury otoczenia. Jest tak, ponieważ układ chłodzenia wykorzystuje gradient temperatury powietrza otoczenia/czynnika chłodniczego do wywołania przepływu ciepła dla procesu kondensacji. Rosnąca temperatura otaczającego powietrza zmniejsza różnicę temperatur (ΔT), a następnie zmniejsza całkowite przekazywanie ciepła. Jeśli agregat wykorzystuje skraplacz chłodzony cieczą, wysokie temperatury otoczenia mogą nadal mieć negatywny wpływ na kluczowe podzespoły, takie jak sprężarka, pompa i układy elektroniczne. Elementy te wytwarzają ciepło podczas pracy, a podwyższone temperatury skracają ich żywotność. Jako punkt odniesienia należy przyjąć, że typowa maksymalna temperatura otoczenia dla agregatów nieprzeznaczonych do pracy na zewnątrz wynosi 40°C.
Ograniczenia przestrzenne: W celu utrzymania właściwej temperatury powietrza otoczenia ważne jest zapewnienie wokół agregatu chłodniczego odpowiedniej przestrzeni do jego cyrkulacji. Bez odpowiedniego przepływu krążące w nieodpowiedniej ilości powietrza szybko się nagrzewa. To z kolei wpływa na wydajność agregatu chłodniczego i może spowodować jego uszkodzenie.

Wybór właściwego rozmiaru agregatu chłodniczego to kluczowa decyzja. Zbyt mały agregat chłodniczy zawsze stanowi problem — nie można prawidłowo obniżyć temperatury urządzeń technologicznych, a temperatura wody procesowej nie jest stabilna. Z drugiej strony przewymiarowany agregat nigdy nie będzie w stanie pracować na optymalnym poziomie wydajności i będzie bardziej kosztowny w obsłudze. Aby określić właściwą wielkość urządzenia do danego zastosowania, należy znać prędkość przepływu i energię cieplną, jaką sprzęt procesowy oddaje do czynnika chłodzącego, tj. zmianę temperatury między wodą wlotową a wylotową, wyrażoną jako ∆T. Wzór jest następujący: energia cieplna na sekundę (bardziej powszechnie znana jako moc) = natężenie przepływu masowego × właściwa pojemność cieplna × zmiana temperatury (∆T). Właściwa pojemność cieplna wody jest wyrażona nominalnie jako 4,2 kJ / kg K, ale jeśli woda zawiera procentowy dodatek glikolu, wartość ta rośnie do 4,8 kJ / kg K Uwaga: 1 K = 1°C, a gęstość wody wynosi 1, tj. 1 l objętości wody = 1 kg masy wody. Oto przykład zastosowania tego wzoru do obliczenia właściwej mocy (w kW) agregatu chłodniczego do obsługi przepływu wody 2,36 l/s (8,5 m3/h) przy zmianie temperatury o 5°C: Energia cieplna na sekundę (kJ/s lub kW) = 2,36 l/s (natężenie przepływu) × 5°C (∆T) × 4,2 kJ/kg K (ciepło właściwe czystej wody) Wymagana wielkość agregatu = 49,6 kW W pewnych sytuacjach obciążenie cieplne do usunięcia może być już znane. W takim przypadku wzór można zmienić w celu określenia różnicy temperatur (∆T), którą można osiągnąć przy różnych prędkościach przepływu (do uzyskania przy różnych rozmiarach pomp). Mogą także występować inne okoliczności, które wpływają na wybór mocy. Plany przyszłej rozbudowy zakładu, narażenie na działanie wysokich temperatur otoczenia lub lokalizacja na dużych wysokościach n.p.m. mogą skutkować ustaleniem innej wielkości urządzenia.

W najnowszej, zaawansowanej generacji przemysłowych agregatów chłodniczych najważniejszymi cechami konstrukcji są łatwość konserwacji, bezpieczeństwo pracy oraz inteligentne sterowanie i łączność. Agregaty są na przykład wyposażone w tłumiące dźwięk obudowy o stopniu ochrony IP54, które umożliwiają pracę w pomieszczeniach lub na zewnątrz, nawet w temperaturach otoczenia do -45°C. Zostały one zaprojektowane specjalnie z myślą o łatwym dostępie do zainstalowanych komponentów — z układami chłodzenia z przodu i zespołem obiegu wody chłodzącej z tyłu. Szerokie drzwiczki obudowy i inteligentny układ elementów skracają czas konserwacji i ułatwiają kontrolę, zapobiegając awariom. Dostępne na rynku innowacyjne modele są wyposażone w szeroką gamę zabezpieczeń, takich jak przełączniki przepływu i poziomu, sondy termiczne, sondy ciśnieniowe, podgrzewacze skrzyni korbowej i filtry siatkowe, które umożliwiają bezpieczną pracę agregatu chłodniczego. Ponadto w pełni hermetyczny układ chłodzenia zapobiega wyciekom czynnika chłodniczego i nie wymaga konserwacji. Brytyjskie przepisy FGA wymagają corocznej — a w przypadku większych systemów chłodniczych, wykonywanej co dwa lata — kontroli przeprowadzanej przez certyfikowanego inżyniera FGA. Zamontowanie przekaźnika kolejności faz pozwala uniknąć ryzyka uszkodzenia sprężarki w przypadku nieprawidłowego podłączenia przewodów. W tych nowych konstrukcjach sterownik z ekranem dotykowym obsługuje algorytmy oszczędzania energii, łączy wszystkie czujniki agregatu w jeden system i na czas wyświetla ostrzeżenia w przypadku odchylenia od parametrów roboczych. Agregaty chłodnicze o mocy 11 kW i wyższej fabrycznie wyposażone są w inteligentną funkcję zdalnego monitorowania, która zapewnia pełną łączność i pozwala użytkownikowi w czasie rzeczywistym pobierać z maszyny dane w przejrzystym formacie, a dzięki temu uzyskać optymalną wydajność.