Cum să alegeţi răcitorul industrial potrivit

Printre cele mai convingătoare motive pentru instalarea unui răcitor se numără reducerea la minimum a timpilor de nefuncţionare prin protecţia continuă pe care o oferă în eliminarea căldurii din echipamentele de proces valoroase şi sensibile la temperatură. În acelaşi timp, un răcitor economiseşte apă şi costurile asociate prin recircularea şi reutilizarea apei proprii din instalaţie. Costul apei de răcire poate creşte rapid, mai ales dacă echipamentul de proces funcţionează în mai multe schimburi pe zi. Când un răcitor este introdus în sistem, acesta poate ocoli costurile şi necesitatea unei alimentări cu apă monitorizate, municipale şi a evacuării apelor uzate şi poate contribui la economii substanţiale în cadrul bugetelor de producţie. În plus, cu cele mai recente progrese în tehnologia răcitoarelor, amortizarea investiţiei de capital poate fi realizată într-o perioadă foarte scurtă din durata de viaţă a echipamentului.

Când specificaţi o instalaţie a răcitorului, cunoaşterea factorilor de performanţă a răcitorului este esenţială pentru a obţine o potrivire corectă a produsului. Ceea ce trebuie să se determine este: tipul de lichid de proces care va fi utilizat; temperatura de răcire a procesului; cerinţele de debit şi de presiune; mediul de operare; temperatura ambiantă; dimensiunea necesară a răcitorului şi constrângerile spaţiale ale locaţiei acestuia.

Principalii factori de care trebuie să se ţină cont atunci când se analizează lichidele de răcire adecvate pentru un proces sunt caracteristicile lor de performanţă şi compatibilitatea cu echipamentele. Performanţa unui lichid de răcire se bazează pe proprietăţile sale la o anumită temperatură. Parametrii relevanţi sunt căldura specifică, viscozitatea şi punctele de îngheţ/fierbere. Există o relaţie directă între căldura specifică şi capacitatea de răcire. Pentru a menţine integritatea sistemului şi pentru a prelungi performanţa optimă, se recomandă amestecarea unui procent de etilen sau propilenglicol cu apă (de obicei, între 10 şi 50%) atunci când sunt necesare temperaturi de referinţă scăzute sau ridicate. În ceea ce priveşte compatibilitatea, potenţialul de coroziune şi degradarea timpurie a garniturilor de etanşare reprezintă moduri de defecţiune comune pentru sistemele cu dimensiuni incorecte. Acesta este motivul pentru care materialele de construcţie şi natura lichidelor ar trebui să constituie un considerent important şi pentru care se recomandă includerea unui inhibitor de coroziune în lichidul de răcire. Cu toate acestea, în cele mai recente progrese ale tehnologiei răcitoarelor, rezervorul de stocare şi componentele hidraulice ale pompelor centrifuge sunt construite din oţel inoxidabil pentru a preveni contaminarea apei de proces cu particule de rugină, precum şi pentru a oferi niveluri mai ridicate de fiabilitate şi control al temperaturii. În mod similar, condensatoarele de ultimă generaţie, realizate integral din aluminiu cu microcanale, sunt proiectate pentru a oferi o durată de viaţă îndelungată fără coroziune şi necesită o încărcătură de agent frigorific cu 30% mai mică în comparaţie cu alte tipuri de schimbătoare de căldură.

Temperatura de referinţă afectează capacitatea de răcire a unui răcitor. Scăderea temperaturii solicită mai mult sistemul de refrigerare şi invers, în cazul creşterii acesteia. Există o relaţie directă între temperatura la care a fost setat răcitorul şi capacitatea totală de răcire a acestuia. Prin urmare, este important să se analizeze datele de performanţă publicate ale răcitorului pentru a verifica dacă sunt relevante pentru instalaţia propusă. În acelaşi timp, dacă răcitorul este destinat unei locaţii expuse, este la fel de important să se stabilească nivelul de protecţie necesar împotriva îngheţului, respectiv cea mai scăzută temperatură a lichidului care iese din răcitor în timpul funcţionării.

În timp ce durata de viaţă a pompei reprezintă un considerent principal atunci când se configurează un sistem de răcire industrială, pierderea de presiune în sistem şi debitul necesar trebuie să fie determinate mai întâi de dimensiunea şi de performanţa pompei.
Presiune: o pompă subdimensionată reduce debitul de lichid prin întreaga buclă de răcire. Dacă răcitorul a fost echipat cu un dispozitiv de reducere a presiunii interne, debitul este deviat în jurul procesului şi înapoi în răcitor. Dacă nu există un sistem de eliberare internă a presiunii, pompa va încerca să asigure presiunea necesară şi va funcţiona la ceea ce se numeşte presiune cu debit nul sau limită. Când apare această stare, durata de viaţă a pompei poate fi redusă considerabil; lichidul nu mai curge, iar lichidul din pompă se încălzeşte, evaporându-se în cele din urmă şi perturbând capacitatea de răcire a pompei, ceea ce duce la o uzură excesivă a rulmenţilor, a garniturilor şi a roţilor.Determinarea pierderii de presiune în cadrul unui sistem necesită amplasarea unor manometre la intrarea şi la ieşirea procesului, apoi aplicarea presiunii pompei pentru a obţine valori la debitul dorit.
Debit: un debit inadecvat prin proces va produce un transfer de căldură inadecvat, astfel încât debitul nu va elimina căldura necesară pentru funcţionarea sigură a procesului. Pe măsură ce temperatura lichidului creşte dincolo de punctul de referinţă, temperaturile suprafeţelor/componentelor vor continua să crească până când se atinge o temperatură de echilibru mai mare decât punctul de referinţă iniţial.Majoritatea sistemelor de răcire detaliază cerinţele privind presiunea şi debitul. Când se specifică eliminarea sarcinii termice necesare ca parte a proiectării, este important să se ţină cont de toate furtunurile, fitingurile, conexiunile şi modificările de înălţime care fac parte integrantă din sistem. Aceste caracteristici auxiliare pot creşte semnificativ cerinţele de presiune dacă nu sunt dimensionate corespunzător.

Temperatura ambiantă. Capacitatea unui răcitor răcit cu aer de a disipa căldura este afectată de temperatura ambiantă. Motivul îl reprezintă faptul că sistemul de refrigerare utilizează gradientul de temperatură aer ambiant/agent frigorific pentru a induce transferul de căldură pentru procesul de condensare. O creştere a temperaturii aerului ambiant scade diferenţialul de temperatură (ΔT) şi, ulterior, reduce transferul total de căldură. Dacă răcitorul utilizează un condensator răcit cu lichid, temperaturile ambiante ridicate pot avea în continuare efecte negative asupra componentelor cheie, cum ar fi compresorul, pompa şi componentele electronice. Aceste componente generează căldură în timpul funcţionării, iar temperaturile ridicate le reduc durata de viaţă. Cu titlu orientativ, temperatura ambientală maximă tipică pentru răcitoarele fără clasificare exterioară este de 40°C.
Constrângeri spaţiale: pentru a menţine o temperatură adecvată a aerului ambiant, este important să se asigure un spaţiu adecvat de circulaţie a aerului în jurul răcitorului. Fără o circulaţie adecvată a aerului, recircularea unui volum inadecvat de aer îl încălzeşte rapid. Acest lucru afectează performanţa răcitorului şi poate deteriora unitatea de răcire.

Selectarea unui răcitor cu dimensiuni corecte reprezintă o decizie crucială. Un răcitor subdimensionat va constitui întotdeauna o problemă – nu va putea niciodată să răcească în mod corespunzător echipamentul de proces, iar temperatura apei de proces nu va fi stabilă. În schimb, un răcitor supradimensionat nu va putea niciodată să funcţioneze la nivelul cel mai eficient şi se va dovedi mai costisitor pentru funcţionare. Pentru a determina dimensiunea corectă a unităţii pentru aplicaţie, este necesar să se cunoască debitul şi energia termică pe care echipamentul de proces o adaugă la mediul de răcire, respectiv variaţia de temperatură dintre apa de intrare şi cea de ieşire, exprimată ca ∆T. Formula de calcul este următoarea: „Energie termică pe secundă (sau, mai frecvent cunoscută sub denumirea de putere) = debit masic × capacitate termică specifică × variaţia de temperatură (∆T)”. Capacitatea termică specifică a apei este exprimată nominal ca fiind de 4,2 kJ / kg K, dar dacă aceasta conţine un procent de aditivi de glicol, această valoare creşte la 4,8 kJ / kg. K Notă: 1K = 1°C şi densitatea apei este 1, adică 1 l de volum de apă = 1 kg de masă de apă. Iată un exemplu de aplicare a formulei pentru a determina răcitorul cu dimensiunea corectă de kW pentru a gestiona un debit de apă de 2,36 l/s (8,5 m3 /h) cu o schimbare de temperatură de 5°C: energie termică pe secundă (kJ/s sau kW) = 2,36 l/s (debit) X 5°C (∆T) X 4,2 kJ /kg K (capacitate termică specifică a apei pure), dimensiunea necesară a răcitorului = 49,6 kW. Alternativ, sarcina termică care trebuie răcită poate fi deja cunoscută, caz în care formula poate fi restructurată pentru a determina diferenţa de temperatură (∆T) care poate fi obţinută cu diferite debite (realizabile cu diferite dimensiuni ale pompei). Pot exista şi alte circumstanţe care pot influenţa alegerea dimensiunii. Planificarea extinderii viitoare a instalaţiei, expunerea la temperaturi ambiante ridicate sau amplasarea la altitudini mari, toate acestea ar putea conduce la specificarea unei dimensiuni diferite a unităţii.

În cea mai recentă şi avansată generaţie de răcitoare industriale, uşurinţa în întreţinere, siguranţa în funcţionare, şi controlul şi conectivitatea inteligentă sunt caracteristici proeminente ale modelelor lor. De exemplu, acestea sunt construite cu capote cu grad de protecţie IP54, cu atenuare a zgomotului, care permit răcitoarelor să funcţioneze în interior sau în exterior, chiar şi la temperaturi ambiante de până la -45°C. Acestea sunt proiectate special pentru a facilita accesul la componentele instalate − sistemele de refrigerare în partea din faţă şi ansamblul de circulaţie a apei de răcire în partea din spate. Uşile largi ale capotei şi dispunerea inteligentă reduc timpul de întreţinere şi permit o inspecţie uşoară pentru a preveni defecţiunile. Noile modele inovatoare de pe piaţă dispun de o gamă largă de dispozitive de siguranţă, cum ar fi întrerupătoarele de debit şi de nivel, sondele termice, sondele de presiune, încălzirea carterului şi filtrele care permit funcţionarea în siguranţă a răcitorului. În plus, un sistem de refrigerare complet etanşat ermetic previne scurgerile de gaz refrigerant şi nu necesită întreţinere. Reglementările FGAS din Regatul Unit impun o inspecţie anuală, iar în cazul sistemelor de refrigerare mai mari, bianuală, efectuată de un inginer certificat FGAs. Furnizarea unui releu de secvenţă de fază asigură că nu există riscul de deteriorare a compresorului în cazul unei cablări incorecte. La aceste modele noi, un controler cu ecran tactil funcţionează cu algoritmi eficienţi din punct de vedere energetic, combină toţi senzorii răcitorului într-un singur sistem şi emite avertismente în timp util în caz de abatere de la parametrii de funcţionare. Conectivitatea completă este realizată cu capacitatea de monitorizare inteligentă de la distanţă încorporată la răcitoarele cu dimensiuni de cel puţin 11 Kw. Aceasta îi oferă utilizatorului date despre maşină, în timp real, într-un format clar, pentru a asigura o eficienţă optimă.