Ako vybrať správny priemyselný chladič

Medzi najpresvedčivejšie dôvody pre inštaláciu chladiča patrí minimalizácia prestojov vďaka neustálej ochrane, ktorú zabezpečuje pri odvádzaní tepla z cenných a na teplotu citlivých procesných zariadení. Chladič navyše prostredníctvom recirkulácie a opätovného využívania vlastných zásob vody v závode šetrí nielen vodu, ale aj súvisiace náklady. Náklady na vodu na ochladzovanie sa môžu rýchlo navýšiť, najmä ak procesné zariadenie pracuje na niekoľko zmien denne. Keď do systému zavediete chladič, môžete preskočiť náklady na monitorovanie obecnej vodovodnej siete a vypúšťanie odpadových vôd, čo prispeje k nezanedbateľným úsporám v rámci výrobných rozpočtov. Vzhľadom na nedávny vývoj v oblasti technológie chladičov sa navyše kapitálové investície môžu vrátiť už za veľmi krátku dobu životnosti zariadenia.

Pri určovaní inštalácie chladiča je rozhodujúca pracovná znalosť faktorov výkonu chladiča na výber správneho produktu. Treba určiť: typ procesnej kvapaliny, ktorá sa použije; teplotu chladenia procesu; požiadavky na prietok a tlak; prevádzkové prostredie; teplotu okolia; potrebnú veľkosť chladiča a priestorové obmedzenia jeho umiestnenia.

Hlavné faktory, ktoré treba mať na pamäti pri zvažovaní vhodných chladiacich kvapalín pre proces, sú ich výkonnostné charakteristiky a kompatibilita so zariadením. Výkon chladiacej kvapaliny vyplýva z jej vlastností pri konkrétnej teplote. K relevantným parametrom patrí špecifické teplo, viskozita a body tuhnutia/varu. Medzi špecifickým teplom a výkonom chladenia je priamy vzťah. V záujme zachovania integrity systému a predĺženia optimálneho výkonu sa v prípadoch, kedy sa vyžaduje nízka alebo naopak vysoká nastavená hodnota teploty, odporúča zmiešať s vodou isté percento etylénu alebo propylénglykolu (zvyčajne v rozsahu 10 až 50 %) Pokiaľ ide o kompatibilitu, bežnou poruchou systémov s nesprávnou veľkosťou je potenciálna korózia a predčasná degradácia tesnení. Práve preto treba dobre zvážiť konštrukčné materiály a povahu kvapalín a z rovnakého dôvodu sa odporúča použiť v chladiacej kvapaline aj inhibítor korózie. V najnovšej technológii chladičov sa však skladovacia nádrž a hydraulické časti odstredivých čerpadiel vyrábajú z nehrdzavejúcej ocele, aby nedošlo ku kontaminácii procesnej vody časticami hrdze. Zároveň to zabezpečuje vyššiu úroveň spoľahlivosti a regulácie teploty. Aj najmodernejšie celohliníkové mikrokanálové kondenzátory sú navrhnuté tak, aby poskytli dlhú životnosť bez korózie, pričom potrebujú o 30 % menšiu náplň chladiacej kvapaliny v porovnaní s inými typmi výmenníkov tepla.

Výkon chladiča ovplyvní nastavená hodnota teploty. Nižšia teplota chladiaci systém zaťaží a naopak. Teplota, na ktorú je chladič nastavený, a jeho celkový chladiaci výkon spolu priamo súvisia. Preto je dôležité skontrolovať zverejnené údaje o výkone chladiča a zvážiť, či sú relevantné pre navrhovanú inštaláciu. Ak je chladič navyše určený na exponované miesto, je dôležité stanoviť aj požadovanú úroveň ochrany pred zamrznutím, t. j. najnižšiu teplotu kvapaliny na výstupe z chladiča počas prevádzky.

Zatiaľ čo pri konfigurácii priemyselného chladiaceho systému je primárnym hľadiskom životnosť čerpadla, najprv je nutné určiť podľa veľkosti a výkonu čerpadla pokles tlaku v systéme a potrebný prietok.
Tlak: Poddimenzované čerpadlo zníži rýchlosť prietoku kvapaliny cez celý chladiaci okruh. Ak je chladič vybavený vnútorným pretlakovým ventilom, prietok bude presmerovaný mimo procesu a späť do chladiča. Ak k uvoľneniu vnútorného tlaku nedôjde, čerpadlo sa pokúsi zabezpečiť potrebný tlak a bude bežať pri tzv. mŕtvom tlaku alebo limite. Pri takomto stave sa životnosť čerpadla môže drasticky skrátiť. Kvapalina prestane prúdiť, kvapalina v čerpadle sa zohreje, prípadne sa vyparí a následne sa naruší schopnosť čerpadla chladiť, čo vedie k nadmernému opotrebovaniu ložísk, tesnení a obežných kolies.Určenie poklesu tlaku v systéme si vyžaduje umiestnenie manometrov na vstupe a výstupe procesu a následne aplikovanie tlaku čerpadla na získanie hodnôt pri požadovanom prietoku.
Prietok: Nedostatočný prietok v procese má za následok neprimeraný prenos tepla. Prietok neodvádza teplo tak, ako si to vyžaduje bezpečná prevádzka procesu. Keď teplota kvapaliny presiahne nastavenú hodnotu, povrchová teplota/teplota komponentov bude tiež ďalej rásť, kým sa nedosiahne stála teplota, ktorá je vyššia ako počiatočná nastavená hodnota.Väčšina chladiacich systémov podrobne uvádza požiadavky na tlak a prietok. Pri špecifikácii potrebného odvodu tepelnej záťaže v rámci návrhu je dôležité vziať do úvahy všetky hadice, ventily, prípojky a zmeny výšky, ktoré sú súčasťou systému. Tieto doplnkové funkcie môžu výrazne ovplyvniť požiadavky na tlak, ak nie sú primerane dimenzované.

Teplota okolia. Schopnosť vzduchom chladeného chladiča odvádzať teplo ovplyvňuje teplota okolia. Chladiaci systém totiž využíva spád teploty okolitého vzduchu/chladiva na vyvolanie prenosu tepla pre proces kondenzácie. Rastúca teplota okolitého vzduchu teplotný rozdiel (ΔT) znižuje a následne redukuje aj celkový prenos tepla. Ak chladič používa kvapalinou chladený kondenzátor, vysoká okolitá teplota môže mať negatívny vplyv na kľúčové komponenty, ako je kompresor, čerpadlo a elektronika. Tieto komponenty počas prevádzky generujú teplo a zvýšená teplota skracuje ich životnosť. Na usmernenie postačí uvedomiť si, že bežná maximálna okolitá teplota pre chladiče, ktoré nie sú určené do exteriéru, je 40 °C.
Priestorové obmedzenia: Na udržanie správnej teploty okolitého vzduchu je dôležité zabezpečiť dostatočný priestor na cirkuláciu vzduchu okolo chladiča. Bez správneho prúdenia vzduchu sa chladič pri recirkulácii nedostatočného objemu vzduchu rýchlo zohreje. To má potom vplyv na jeho výkon a potenciálne môže viesť k poškodeniu chladiča.

Výber správneho chladiča je vážne rozhodnutie. Poddimenzovaný chladič bude vždy problematický – nikdy nebude schopný správne ochladiť procesné zariadenie a teplota procesnej vody nebude stabilná. Naopak naddimenzovaný chladič nikdy nebude fungovať na svojej najefektívnejšej úrovni a jeho prevádzka bude nákladnejšia. Na určenie správnej veľkosti zariadenia pre konkrétnu aplikáciu je potrebné poznať rýchlosť prietoku a tepelnú energiu, ktorú procesné zariadenie pridáva do chladiaceho média, t. j. rozdiel teploty vody na vstupe a výstupe, vyjadrenú ako ∆T. Vzorec na účely výpočtu je nasledovný: Tepelná energia za sekundu (resp. výkon) = hmotnostný prietok × špecifická tepelná kapacita × zmena teploty (∆T). Špecifická tepelná kapacita vody je nominálne vyjadrená ako 4,2 kJ/kg K, ale ak obsahuje nejaké percento glykolových prísad, táto hodnota sa zvyšuje na 4,8 kJ/kg K. Poznámka: 1 K = 1 °C a hustota vody je 1, t. j. 1 l objemu vody = 1 kg vodnej hmoty. Uvádzame príklad použitia vzorca na určenie správneho chladiča s hodnotou kW, ktorý zvládne prietok vody 2,36 l/s (8,5 m3/h) pri zmene teploty o 5 °C: Tepelná energia za sekundu (kJ/s alebo kW) = 2,36 l/s (prietok) X 5 °C (∆T) X 4,2 kJ/kg K (špecifická tepelná kapacita čistej vody) Požadovaná veľkosť chladiča = 49,6 kW Prípadne môže byť tepelné zaťaženie, ktoré sa má odvádzať, už známe. V takom prípade sa dá vzorec upraviť tak, aby sa určil teplotný rozdiel (∆T), ktorý možno dosiahnuť rôznymi prietokmi (pomocou rôznych veľkostí čerpadiel). Výber veľkosti môžu ovplyvniť aj ďalšie okolnosti. K určeniu inej veľkosti jednotky môže viesť aj plánovaná expanzia závodu v budúcnosti, vystavenie vysokým okolitým teplotám alebo umiestnenie vo vysokých nadmorských výškach.

Najnovšia moderná generácia priemyselných chladičov sa vyznačuje hlavne jednoduchou údržbou, prevádzkovou bezpečnosťou a inteligentným ovládaním a konektivitou. Takéto chladiče majú, napríklad, kryty s úrovňou ochrany IP54 a zvukovou izoláciou, vďaka ktorým sa chladiče môžu prevádzkovať v interiéri alebo v exteriéri, dokonca aj pri okolitej teplote až do -45 °C. Sú špeciálne navrhnuté tak, aby umožňovali ľahký prístup k inštalovaným komponentom – teda k chladiacim systémom vpredu a zostave cirkulácie chladiacej vody vzadu. Široké dvierka a inteligentné usporiadanie skracujú dobu údržby a umožňujú jednoduchú kontrolu v rámci prevencie porúch. Inovatívne nové modely na trhu obsahujú širokú škálu bezpečnostných zariadení, ako sú prietokové a hladinové spínače, tepelné sondy, tlakové sondy, ohrev kľukovej skrine a sitá, ktoré zaisťujú bezpečnú prevádzku chladiča. Plne hermeticky uzavretý chladiaci systém navyše predchádza úniku chladiaceho plynu a nevyžaduje si žiadnu údržbu. Z predpisov Spojeného kráľovstva týkajúcich sa regulácie fluórovaných skleníkových plynov (tzv. FGAS) vyplýva povinnosť každoročnej a pri väčších chladiacich systémoch aj polročnej kontroly certifikovaným technikom. Vďaka relé sekvencie fáz je riziko poškodenia kompresora v prípade nesprávneho zapojenia nulové. V týchto nových prevedeniach pracuje ovládač s dotykovou obrazovkou s energeticky účinnými algoritmami, spája všetky senzory chladiča do jedného systému a vydáva včasné varovania v prípade odchýlky od prevádzkových parametrov. Úplnú konektivitu zaisťuje zabudovaná funkcia inteligentného monitorovania na diaľku na chladičoch s výkonom 11 kW a viac. Táto funkcia poskytuje používateľovi údaje stroja v reálnom čase v prehľadnom formáte na zaistenie optimálnej účinnosti.