06/11/2023 από Ρίτσαρντ
ΕΝΑ υγρό μεταφοράς θερμότηταςΗ βασική λειτουργία του είναι να μεταφέρει αποτελεσματικά τη θερμική ενέργεια από τη μια περιοχή ενός μηχανικού συστήματος στην άλλη, με στόχο είτε τη θέρμανση είτε την ψύξη σε μια βιομηχανική διαδικασία ή εφαρμογή. Ρευστά μεταφοράς θερμότητας, όπως αυτά που παρέχονται από Paratherm, είναι υγρά ψυκτικά, με το νερό να είναι η πιο προσιτή και αποτελεσματική διαθέσιμη επιλογή. Ωστόσο, ενώ προσφέρει οφέλη, το νερό έχει επίσης περιορισμούς ως ρευστό μεταφοράς θερμότητας. Ως αποτέλεσμα, οι μηχανικοί έχουν επινοήσει τρόπους για να βελτιώσουν τα βασικά χαρακτηριστικά του καθώς και να διαμορφώσουν εναλλακτικά υγρά που μπορούν να ανταπεξέλθουν σε πιο έντονες συνθήκες λειτουργίας.
Οι περιζήτητες ιδιότητες σε ένα ρευστό μεταφοράς θερμότητας περιλαμβάνουν συμβατότητα συστήματος, υψηλά επίπεδα θερμικής αγωγιμότητας, χαμηλό ιξώδες, ειδική θερμότητα, χαμηλό σημείο πήξης, θερμική σταθερότητα, χαμηλή τοξικότητα, υψηλό σημείο ανάφλεξης και χαμηλή διαβρωτικότητα. Παρακάτω, παρουσιάζουμε λεπτομερώς μερικά από τα καλύτερα υγρά μεταφοράς θερμότητας που χρησιμοποιούνται για διαδικασίες υγρής ψύξης σήμερα. Αυτά περιλαμβάνουν νερό και απιονισμένο νερό, διηλεκτρικά υγρά και ανασταλμένα διαλύματα γλυκόλης και νερού, αλλά το ποιο είναι καλύτερο θα εξαρτηθεί από την εφαρμογή σας.
Νερό
Μεταξύ των καλύτερων επιλογών για πολλές εφαρμογές υγρής ψύξης, το νερό έχει υψηλή θερμική ικανότητα και εξίσου υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Είναι επίσης συμβατό με ένα από τα πιο αποτελεσματικά υλικά μεταφοράς θερμότητας, τον χαλκό. Το νερό που χρησιμοποιείται στην υγρή ψύξη προέρχεται από διάφορες πηγές. Για παράδειγμα, το νερό της βρύσης προέρχεται από δημόσιες εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού ή πηγάδια. Τα πλεονεκτήματα της χρήσης του νερού της βρύσης είναι η διαθεσιμότητα και το χαμηλό κόστος.
Ποιοι είναι οι περιορισμοί του νερού ως υγρού μεταφοράς θερμότητας;
Το νερό Yap είναι συνήθως ακατέργαστο και περιέχει ακαθαρσίες. Τέτοιες ακαθαρσίες μπορεί να διαβρώσουν τους βρόχους ψύξης ή να μπλοκάρουν τα κανάλια υγρών. Ως αποτέλεσμα, συνιστάται η χρήση ποιοτικού νερού για τον μετριασμό της διάβρωσης και τη βελτιστοποίηση της θερμικής απόδοσης.
Το πόσο νερό διαβρώνει το μέταλλο ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τη χημική σύνθεση. Για παράδειγμα, το χλωρίδιο, το οποίο είναι διαβρωτικό, βρίσκεται συνήθως στο νερό της βρύσης. Το νερό της βρύσης δεν πρέπει να χρησιμοποιείται σε βρόχους υγρής ψύξης όταν περιέχει πάνω από 25 μέρη ανά εκατομμύριο χλωρίου. Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη τα επίπεδα μαγνησίου και ασβεστίου, καθώς μπορούν να δημιουργήσουν άλατα σε μεταλλικά μέρη, μειώνοντας τη θερμική τους απόδοση.
Πώς να διαχειριστείτε ακάθαρτο νερό για μεταφορά θερμότητας
Όταν το προσβάσιμο νερό της βρύσης περιέχει υψηλά επίπεδα ακαθαρσιών, αλάτων και μετάλλων, μπορείτε να το φιλτράρετε ή να αγοράσετε προφιλτραρισμένο ή απιονισμένο νερό. Ακόμη και όταν το νερό που χρησιμοποιείται είναι σχετικά καθαρό και εντός των συνιστώμενων ορίων, η προσθήκη ενός αναστολέα διάβρωσης όπως φωσφορικό, τολυλτριαζόλη ή σεβακικό οξύ συνιστάται για πρόσθετη προστασία.
Απιονισμένο νερό
Ένα εναλλακτικό υγρό μεταφοράς θερμότητας είναι το απιονισμένο νερό στο οποίο αφαιρούνται ιόντα όπως το νάτριο, ο σίδηρος, το ασβέστιο, ο χαλκός, το βρωμίδιο και το χλώριο. Ο απιονισμός αφαιρεί αποτελεσματικά τα επιβλαβή άλατα, τα μέταλλα και άλλες ακαθαρσίες πίσω από το σχηματισμό αλάτων και τη διάβρωση. Σε σύγκριση με το νερό της βρύσης, το απιονισμένο νερό προσφέρει υψηλή ειδική αντίσταση. Είναι ένας εξαιρετικός μονωτήρας και χρησιμοποιείται από τους κατασκευαστές ηλεκτρικών εξαρτημάτων για την ηλεκτρική απομόνωση εξαρτημάτων. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η ειδική αντίστασή του, αυξάνεται και η διαβρωτική ικανότητα του νερού. Ως αποτέλεσμα, η χρήση ενός αναστολέα διάβρωσης είναι ζωτικής σημασίας όταν το νερό είναι εξαιρετικά καθαρό.
Ποια είναι τα σημαντικά χαρακτηριστικά του απιονισμένου νερού;
Ενώ το νερό της βρύσης πληροί τις απαιτήσεις εφαρμογής υγρής ψύξης, το απιονισμένο νερό έχει ηλεκτρικές και χημικές ιδιότητες το καθιστούν την καλύτερη επιλογή για ψύξη σε κυκλώματα υγρών με μικροκανάλια και εφαρμογή με ευαίσθητα ηλεκτρονικά.
Η εξαιρετικά χαμηλή συγκέντρωση ιόντων του δίνει βασικά χαρακτηριστικά απόδοσης απιονισμένου νερού. Εξουδετερώνει τα κοιτάσματα ορυκτών που μπορούν να εμποδίσουν τη ροή του ψυκτικού υγρού, η οποία, αν αφεθεί ανεξέλεγκτη, μπορεί να μειώσει την απόδοση λειτουργίας και την απόδοση ψύξης του συστήματος. Αφαιρεί επίσης κάθε κίνδυνο ηλεκτρικού τόξου που προκαλείται από τη συσσώρευση στατικού φορτίου από το ψυκτικό που κυκλοφορεί. Το τόξο καταστρέφει τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά στον εξοπλισμό. Η αφαίρεση ιόντων από το νερό μετριάζει και τα δύο αυτά προβλήματα.
Βασικές εκτιμήσεις κατά τη χρήση απιονισμένου νερού ως υγρού μεταφοράς θερμότητας
Το απιονισμένο νερό αναφέρεται συχνά ως γενικός διαλύτης καθώς συγκαταλέγεται στους πιο καταστροφικούς διαλύτες που έχουν εντοπιστεί. Σε κάποιο βαθμό μπορεί να διαλύσει σχεδόν οτιδήποτε εκτεθεί σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, πρέπει πάντα να δίνεται μεγάλη προσοχή όταν χρησιμοποιείται ως ρευστό μεταφοράς θερμότητας και όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του βρόχου ψύξης πρέπει να είναι σχεδιασμένα ώστε να είναι ανθεκτικά στη διάβρωση. Πολλά υλικά δεν είναι συμβατά με το απιονισμένο νερό, συμπεριλαμβανομένου του χαλκού που μπορεί να το μολύνει. Τα υλικά που μπορούν να αντιμετωπίσουν τη χρήση απιονισμένου νερού περιλαμβάνουν το νικέλιο και τον χάλυβα.
Ποιες βιομηχανίες και εφαρμογές χρησιμοποιούν απιονισμένο νερό για μεταφορά θερμότητας;
Οι εφαρμογές όπου το απιονισμένο νερό χρησιμοποιείται ως υγρό ψυκτικό περιλαμβάνουν ιατρικό εξοπλισμό, επεξεργασία καλλυντικών τροφίμων, φαρμακευτική παραγωγή, λέιζερ, εργαστηριακά όργανα, χημικές διεργασίες όπως η επιμετάλλωση και την κατασκευή ημιαγωγών.
Τα συστήματα που ψύχονται με απιονισμένο νερό είναι κρίσιμα για την αξιόπιστη λειτουργία μιας μεγάλης ποικιλίας τύπων εξοπλισμού. Με την προϋπόθεση ότι τα συστήματα είναι κατάλληλα σχεδιασμένα για να λειτουργούν με απιονισμένο νερό και συντηρούνται σωστά, μπορούν να παρέχουν αξιόπιστη ψύξη καθώς και λειτουργία χωρίς διαρροές για εκτεταμένη περίοδο λειτουργίας.
Διηλεκτρικό υγρό
Πολλές εξειδικευμένες βιομηχανίες χρησιμοποιούν διηλεκτρικά υγρά ως ρευστά μεταφοράς θερμότητας αντί για νερό, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με τα λέιζερ, τα ηλεκτρονικά ισχύος και τους ημιαγωγούς. Τα διηλεκτρικά υγρά είναι μη αγώγιμα και ως εκ τούτου είναι η προτιμώμενη επιλογή έναντι του νερού όταν η λειτουργία περιλαμβάνει ευαίσθητα ηλεκτρονικά συστήματα.
Οι υπερφθοριωμένοι άνθρακες, για παράδειγμα, είναι μη εύφλεκτα και μη εκρηκτικά ρευστά που προσφέρουν θερμική σταθερότητα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας. Ενώ το απιονισμένο νερό είναι μια μη αγώγιμη εναλλακτική λύση, τα διηλεκτρικά είναι λιγότερο διαβρωτικά, καθιστώντας τα πιο κατάλληλη επιλογή για πολλές εφαρμογές. Ωστόσο, τα διηλεκτρικά είναι μια πιο ακριβή επιλογή σε σύγκριση με το απιονισμένο νερό.
Η πολυαλφαολεφίνη ή PAO για συντομία, είναι ένας συνθετικός υδρογονάνθρακας που χρησιμοποιείται σε πολλές αεροδιαστημικές και στρατιωτικές εφαρμογές για τις διηλεκτρικές ιδιότητες και το ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας που προσφέρει. Για παράδειγμα, τα συστήματα ελέγχου πυρός στα σύγχρονα στρατιωτικά μαχητικά αεροπλάνα ψύχονται με υγρό με PAO. Ενώ τα διηλεκτρικά υγρά μπορούν να παρέχουν μεταφορά θερμότητας χαμηλού κινδύνου για ευαίσθητα ηλεκτρονικά, έχουν συνήθως πολύ χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με το νερό και τα υγρά με βάση το νερό.
Διαλύματα γλυκόλης και νερού
Οι πιο συνηθισμένοι τύποι διαλυμάτων με βάση τη γλυκόλη που χρησιμοποιούνται σε εργασίες υγρής ψύξης είναι η προπυλενογλυκόλη και το νερό ή PGW για το σύντομο και η αιθυλενογλυκόλη και το νερό (EGW). Οι πολυπόθητες θερμικές ιδιότητες της αιθυλενογλυκόλης περιλαμβάνουν το υψηλό σημείο βρασμού, τη σταθερότητα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, το χαμηλό σημείο πήξης, τη θερμική αγωγιμότητα και την υψηλή ειδική θερμότητα. Επιπλέον, το χαμηλό ιξώδες του μειώνει τις απαιτήσεις άντλησης. Ενώ το EGW έχει πολλά περιζήτητα φυσικά χαρακτηριστικά, το PGW είναι πιο κατάλληλο σε εφαρμογές όταν η τοξικότητα είναι ανησυχητική. Είναι διεθνώς αναγνωρισμένο ως ασφαλές για εφαρμογές επεξεργασίας τροφίμων και σε τρόφιμα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια ακόμη και σε κλειστό χώρο.
Βέλτιστες πρακτικές και εκτιμήσεις για διαλύματα γλυκόλης ως ρευστά μεταφοράς θερμότητας
Ενώ το EGW έχει χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από το νερό, προσφέρει προστασία από το πάγωμα που είναι ευεργετική στη ναυτιλία και στη χρήση. Η αιθυλενογλυκόλη χρησιμοποιείται συνήθως σε αντιψυκτικά αυτοκινήτων, αλλά αυτό το προϊόν δεν πρέπει ποτέ να προστίθεται στον εναλλάκτη θερμότητας ή στο σύστημα ψύξης, καθώς περιλαμβάνει πρόσθετα με βάση το πυριτικό άλας για την αναστολή της σκουριάς. Αυτά τα πρόσθετα μπορούν να γίνουν επικάλυψη πάστας, επιφάνειες εναλλάκτη και μείωση της απόδοσης, αλλά τα πυριτικά μπορούν επίσης να μειώσουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής των στεγανοποιήσεων της αντλίας. Αν και οι λάθος αναστολείς μπορεί να οδηγήσουν σε σημαντικά προβλήματα, οι σωστοί αναστολείς μπορούν να σταματήσουν τη διάβρωση και να παρατείνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής ενός βρόχου ψύξης.
Όταν η συγκέντρωση της γλυκόλης στο υγρό ψυκτικό διάλυμα αυξάνεται, η θερμική απόδοση του ρευστού μεταφοράς θερμότητας μειώνεται. Ως αποτέλεσμα, η καλύτερη πρακτική είναι να χρησιμοποιείτε πάντα τη χαμηλότερη δυνατή συγκέντρωση γλυκόλης που απαιτείται για να καλύψει την προστασία από το πάγωμα και τη διάβρωση που χρειάζεται ένα σύστημα.
Η ποιότητα του νερού είναι επίσης σημαντική στη σύνθεση ενός υγρού μεταφοράς θερμότητας με βάση τη γλυκόλη. Το νερό πρέπει να πληροί ή να υπερβαίνει τα συγκεκριμένα όρια, ακόμη και όταν χρησιμοποιείται ανασταλμένη γλυκόλη. Τα ιόντα μέσα στο νερό μπορεί να οδηγήσουν σε απώλεια του αναστολέα που μπορεί να οδηγήσει σε θέματα όπως διάβρωση και ρύπανση.
Προσθήκη γλυκόλης σε υγρά ψυκτικά υγρά
Στα ψυκτικά συγκροτήματα ανακυκλοφορίας, υγρό ψυκτικό, συνήθως νερό θα ρέει μέσω του συστήματος για να αφαιρέσει την περίσσεια θερμότητας και στη διαδικασία, η θερμοκρασία του ρευστού αυξάνεται. Για να παραμείνει αποτελεσματικό το ψυκτικό πρέπει να επιστρέψει στη βέλτιστη θερμοκρασία που απαιτείται ρέοντας μέσω του εναλλάκτη θερμότητας του συστήματος που είναι γνωστός ως εξατμιστής.
Επιτρέπει τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ του υγρού ψυκτικού και του ψυκτικού αερίου στο σύστημα, γνωστό ως ψυκτικό. Η θερμοκρασία του ψυκτικού πρέπει να είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του ψυκτικού για να ρέει αποτελεσματικά η θερμότητα και να επανέλθει αποτελεσματικά η θερμοκρασία του ψυκτικού στο σημείο ρύθμισης.
Το ψυκτικό είναι συνήθως μεταξύ 5°C και 10°C χαμηλότερο από τη θερμοκρασία του ψυκτικού για να επιτρέψει τη θερμότητα να ρέει αποτελεσματικά. Ως αποτέλεσμα, εάν το σημείο ρύθμισης θερμοκρασίας πέσει κάτω από τους 10°C, η θερμοκρασία του ψυκτικού μπορεί να πλησιάσει ή ακόμα και να πέσει πέρα από το σημείο πήξης του νερού (0°C). Εάν το ψυκτικό υγρό παγώσει, ο εξατμιστής του συστήματος μπορεί να μπλοκαριστεί, διακόπτοντας τη ροή του νερού. Καθώς το νερό διαστέλλεται όταν παγώνει, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη βλάβη στον εναλλάκτη θερμότητας.
Με την προσθήκη γλυκόλης σε ένα ψυκτικό, μειώνει το σημείο πήξης του υγρού σε περίπου -34°C. Αυτό μετριάζει αποτελεσματικά κάθε κίνδυνο βλάβης του ψυκτικού συγκροτήματος λόγω παγώματος.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η γλυκόλη δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο η μεταφορά θερμότητας όσο το καθαρό νερό. Για το λόγο αυτό, είναι προτιμότερο, όταν είναι δυνατόν, να χρησιμοποιείται 100 τοις εκατό νερό όταν δεν υπάρχει κίνδυνος παγώματος. Ωστόσο, όταν το σημείο ρύθμισης του συστήματος είναι χαμηλότερο από 10°C, υπάρχει σίγουρος κίνδυνος παγώματος και οι χειριστές θα πρέπει να προσθέτουν γλυκόλη στο νερό που χρησιμοποιείται ως ψυκτικό. Το ελαφρύ έλλειμμα όσον αφορά την απόδοση θεωρείται ως απαραίτητο συμβιβασμό που μπορεί να επιτρέψει στο σύστημα να λειτουργεί με ασφάλεια με χαμηλότερη θερμοκρασία ως σημείο ρύθμισης.
Όλα τα ρευστά μεταφοράς θερμότητας που αναφέρονται έχουν τη δυνατότητα να είναι η καλύτερη λύση ανάλογα με την εφαρμογή, τη βιομηχανία, τον εξοπλισμό και τις απαιτήσεις λειτουργίας σας. Είναι ζωτικής σημασίας να διασφαλίσετε ότι το υγρό μεταφοράς θερμότητας που επιλέγετε είναι συμβατό με το σύστημά σας, τα εξαρτήματά του και τυχόν ψυκτικά που χρησιμοποιείτε. Συμβουλευτείτε τον κατασκευαστή του γνήσιου εξοπλισμού σας ή συμβουλευτείτε έναν ειδικό λίπανσης πριν αγοράσετε ένα προϊόν για να αποφύγετε βλάβη στο σύστημα και τη λειτουργία σας.
Μπορεί επίσης να σας ενδιαφέρει:
Τι είναι το θερμικό λάδι;
Το θερμικό λάδι, που μερικές φορές αναφέρεται ως ρευστό μεταφοράς θερμότητας (HTF), είναι ένα ειδικά κατασκευασμένο λάδι που αναπτύχθηκε για βιομηχανική θέρμανση.
ΕΝΑ guide to using Paratherm NF for temperature control
A CPI Fluid Engineering brand, Paratherm NF is a food grade υγρό μεταφοράς θερμότητας with an impressive operating range of 332 °C to -4 °C.