06/11/2023 door Richard
A warmteoverdrachtsvloeistofDe kernfunctie van het systeem is het efficiënt verplaatsen van thermische energie van het ene gebied van een mechanisch systeem naar het andere, met als doel verwarming of koeling in een industrieel proces of toepassing. Warmteoverdrachtsvloeistoffen, zoals geleverd door Parathermzijn vloeibare koelmiddelen, waarbij water de meest betaalbare en effectieve beschikbare optie is. Water biedt weliswaar voordelen, maar heeft ook beperkingen als warmteoverdrachtsvloeistof. Als gevolg hiervan hebben ingenieurs manieren bedacht om de basiseigenschappen ervan te verbeteren en alternatieve vloeistoffen te formuleren die bestand zijn tegen zwaardere bedrijfsomstandigheden.
Gewenste eigenschappen van een warmteoverdrachtsvloeistof zijn onder meer systeemcompatibiliteit, hoge niveaus van thermische geleidbaarheid, lage viscositeit, soortelijke warmte, laag vriespunt, thermische stabiliteit, lage toxiciteit, hoog vlampunt en lage corrosiviteit. Hieronder beschrijven we enkele van de beste warmteoverdrachtsvloeistoffen die tegenwoordig worden gebruikt voor vloeistofkoelingsprocessen. Deze omvatten water en gedeïoniseerd water, diëlektrische vloeistoffen en geïnhibeerde oplossingen van glycol en water, maar welke de beste is, hangt af van uw toepassing.
Water
Een van de beste opties voor veel toepassingen voor vloeistofkoeling is dat water een hoge warmtecapaciteit en een even hoge thermische geleidbaarheid heeft. Het is ook compatibel met een van de meest effectieve warmteoverdrachtsmaterialen, koper. Water dat wordt gebruikt bij vloeistofkoeling is afkomstig van verschillende bronnen. Kraanwater is bijvoorbeeld afkomstig van openbare waterzuiveringsinstallaties of putten. De voordelen van het gebruik van kraanwater zijn beschikbaarheid en lage kosten.
Wat zijn de beperkingen van water als warmteoverdrachtsvloeistof?
Yapwater is meestal onbehandeld en bevat onzuiverheden. Dergelijke onzuiverheden kunnen koelcircuits aantasten of vloeistofkanalen blokkeren. Als gevolg hiervan wordt het gebruik van kwaliteitswater geadviseerd om corrosie te verminderen en de thermische prestaties te optimaliseren.
Hoeveel water metaal aantast, varieert aanzienlijk, afhankelijk van de chemische samenstelling. Chloride, dat bijtend is, wordt bijvoorbeeld doorgaans aangetroffen in leidingwater. Kraanwater mag niet worden gebruikt in vloeistofkoelcircuits als het meer dan 25 delen per miljoen chloride bevat. Er moet ook rekening worden gehouden met het magnesium- en calciumgehalte, omdat deze aanslag op metalen onderdelen kunnen veroorzaken, waardoor hun thermische prestaties afnemen.
Hoe om te gaan met onzuiver water voor warmteoverdracht
Wanneer het toegankelijke leidingwater een hoog gehalte aan onzuiverheden, zouten en mineralen bevat, kunt u het filteren of in plaats daarvan voorgefilterd of gedeïoniseerd water kopen. Zelfs als het gebruikte water relatief zuiver is en binnen de aanbevolen grenzen ligt, wordt het toevoegen van een corrosieremmer zoals fosfaat, tolyltriazool of sebacinezuur aanbevolen voor extra bescherming.
Gedeïoniseerd water
Een alternatieve warmteoverdrachtsvloeistof is gedeïoniseerd water waaruit ionen zoals natrium, ijzer, calcium, koper, bromide en chloride zijn verwijderd. Deïonisatie verwijdert effectief de schadelijke zouten, mineralen en andere onzuiverheden achter kalkvorming en corrosie. Vergeleken met kraanwater biedt gedeïoniseerd water een hoge weerstand. Het is een uitzonderlijke isolator en wordt door fabrikanten van elektrische componenten gebruikt om componenten elektrisch te isoleren. Naarmate de soortelijke weerstand toeneemt, neemt echter ook de corrosiviteit van water toe. Daarom is het gebruik van een corrosieremmer van cruciaal belang als het water extreem zuiver is.
Wat zijn de belangrijke eigenschappen van gedeïoniseerd water?
Hoewel leidingwater voldoet aan de meeste vereisten voor vloeistofkoelingstoepassingen, heeft gedeïoniseerd water elektrische en chemische eigenschappen waardoor het de beste optie is voor koeling in vloeistofcircuits met microkanalen en voor toepassing met gebruik van gevoelige elektronica.
De uitzonderlijk lage ionenconcentratie geeft gedeïoniseerd water belangrijke prestatiekenmerken. Het verwijdert minerale afzettingen die de koelvloeistofstroom kunnen blokkeren en die, als ze niet worden gecontroleerd, de bedrijfsprestaties en de koelefficiëntie van het systeem kunnen verminderen. Het elimineert ook elk risico op elektrische vonken veroorzaakt door de opbouw van statische lading uit de circulerende koelvloeistof. Vonken beschadigen gevoelige elektronica in apparatuur. Het verwijderen van ionen uit water verzacht beide problemen.
Belangrijke overwegingen bij het gebruik van gedeïoniseerd water als warmteoverdrachtsvloeistof
Gedeïoniseerd water wordt vaak een universeel oplosmiddel genoemd, omdat het tot de meest destructieve oplosmiddelen behoort. Tot op zekere hoogte kan het bijna alles oplossen dat eraan wordt blootgesteld. Als gevolg hiervan moet er altijd uiterste voorzichtigheid in acht worden genomen bij het gebruik ervan als warmteoverdrachtsvloeistof en moeten alle materialen die worden gebruikt om de koellus te construeren, zo zijn ontworpen dat ze bestand zijn tegen corrosie. Veel materialen zijn onverenigbaar met gedeïoniseerd water, inclusief koper, dat het water kan vervuilen. Materialen die het gebruik van gedeïoniseerd water aankunnen zijn onder meer nikkel en staal.
Welke industrieën en toepassingen gebruiken gedeïoniseerd water voor warmteoverdracht?
Toepassingen waarbij gedeïoniseerd water als vloeibaar koelmiddel wordt gebruikt, zijn onder meer medische apparatuur, cosmetische voedselverwerking, farmaceutische productie, lasers, laboratoriuminstrumenten, chemische processen zoals galvaniseren en de productie van halfgeleiders.
Systemen die worden gekoeld door gedeïoniseerd water zijn van cruciaal belang voor de betrouwbare werking van een breed scala aan soorten apparatuur. Op voorwaarde dat systemen goed zijn ontworpen om met gedeïoniseerd water te werken en correct worden onderhouden, kunnen ze betrouwbare koeling en een lekvrije werking gedurende een langere serviceperiode leveren.
Diëlektrische vloeistof
Veel gespecialiseerde industrieën gebruiken diëlektrische vloeistoffen als warmteoverdrachtsvloeistoffen in plaats van water, inclusief die welke zich bezighouden met lasers, vermogenselektronica en halfgeleiders. Diëlektrische vloeistoffen zijn niet-geleidend en hebben daarom de voorkeur boven water wanneer gevoelige elektronische systemen betrokken zijn.
Geperfluoreerde koolstoffen zijn bijvoorbeeld niet-ontvlambare en niet-explosieve vloeistoffen die thermische stabiliteit bieden over een breed bereik aan bedrijfstemperaturen. Hoewel gedeïoniseerd water een niet-geleidend alternatief is, zijn diëlektrica minder corrosief, waardoor ze voor veel toepassingen een geschiktere optie zijn. Diëlektrica zijn echter een duurdere optie vergeleken met gedeïoniseerd water.
Polyalfaolefine, kortweg PAO, is een synthetische koolwaterstof die in veel lucht- en ruimtevaart- en militaire toepassingen wordt gebruikt vanwege de diëlektrische eigenschappen en het brede bedrijfstemperatuurbereik dat het biedt. Vuurleidingssystemen in moderne militaire gevechtsvliegtuigen worden bijvoorbeeld vloeistofgekoeld met PAO. Hoewel diëlektrische vloeistoffen voor gevoelige elektronica een warmteoverdracht met een laag risico kunnen bieden, hebben ze doorgaans een veel lagere thermische geleidbaarheid vergeleken met water en vloeistoffen op waterbasis.
Glycol- en wateroplossingen
De meest voorkomende soorten op glycol gebaseerde oplossingen die worden gebruikt bij vloeistofkoeling zijn propyleenglycol en water of PGW voor kort en ethyleenglycol en water (EGW). De felbegeerde thermische eigenschappen van ethyleenglycol omvatten het hoge kookpunt, de stabiliteit over een breed temperatuurbereik, het lage vriespunt, de thermische geleidbaarheid en de hoge soortelijke warmte. Bovendien vermindert de lage viscositeit de pompvereisten. Hoewel EGW veel gewilde fysieke eigenschappen heeft, is PGW geschikter in toepassingen waarbij toxiciteit een probleem is. Het wordt internationaal erkend als veilig voor voedselverwerkingstoepassingen en in voedsel. Het kan zelfs veilig in een afgesloten ruimte worden gebruikt.
Beste praktijken en overwegingen voor glycoloplossingen als warmteoverdrachtsvloeistoffen
Hoewel EGW een lagere thermische geleidbaarheid heeft dan water, biedt het bescherming tegen bevriezing die gunstig is bij verzending en bij gebruik. Ethyleenglycol wordt vaak gebruikt in antivries voor auto's, maar dit product mag nooit worden toegevoegd aan warmtewisselaars of koelsystemen, omdat het additieven op silicaatbasis bevat om roest tegen te gaan. Deze additieven kunnen een pasta-coating worden, warmtewisselaaroppervlakken en de efficiëntie verminderen, maar silicaten kunnen ook de levensduur van pompafdichtingen aanzienlijk verkorten. Hoewel de verkeerde remmers tot aanzienlijke problemen kunnen leiden, kunnen de juiste remmers de corrosie tegenhouden en de levensduur van een koelcircuit aanzienlijk verlengen.
Wanneer de concentratie glycol in de vloeibare koeloplossing toeneemt, nemen de thermische prestaties van de warmteoverdrachtsvloeistof af. Als gevolg hiervan is het het beste om altijd de laagst mogelijke glycolconcentratie te gebruiken die nodig is om te voldoen aan de vorst- en corrosiebescherming die een systeem nodig heeft.
De waterkwaliteit is ook belangrijk bij de formulering van een op glycol gebaseerde warmteoverdrachtsvloeistof. Water moet aan specifieke limieten voldoen of deze overschrijden, zelfs als een geremde glycol wordt gebruikt. Ionen in het water kunnen leiden tot verlies van de remmer, wat kan leiden tot problemen zoals corrosie en vervuiling.
Toevoegen van glycol aan vloeibare koelvloeistoffen
In recirculerende koelmachines stroomt vloeibaar koelmiddel, meestal water, door het systeem om overtollige warmte te verwijderen en daarbij neemt de temperatuur van de vloeistof toe. Om effectief te blijven moet het koelmiddel worden teruggebracht naar de optimale temperatuur die nodig is door het door de warmtewisselaar van het systeem te laten stromen, ook wel de verdamper genoemd.
Het maakt warmteoverdracht mogelijk tussen het vloeibare koelmiddel en het koelgas in het systeem, ook wel het koelmiddel genoemd. De temperatuur van het koelmiddel moet lager zijn dan de temperatuur van het koelmiddel, zodat de warmte efficiënt kan stromen en de koelmiddeltemperatuur effectief naar het instelpunt kan worden teruggebracht.
Het koelmiddel is gewoonlijk tussen 5°C en 10°C lager dan de temperatuur van het koelmiddel, zodat de warmte effectief kan stromen. Als gevolg hiervan kan de temperatuur van het koelmiddel, als het instelpunt voor de temperatuur onder de 10°C daalt, het vriespunt van water (0°C) benaderen of zelfs dalen. Als de koelvloeistof bevriest, kan de verdamper van het systeem verstopt raken, waardoor de waterstroom stopt. Omdat water uitzet als het bevriest, kan dit permanente schade aan de warmtewisselaar tot gevolg hebben.
Door glycol aan een koelvloeistof toe te voegen, wordt het vriespunt van de vloeistof verlaagd tot ongeveer -34°C. Hierdoor wordt het risico op schade aan de koelmachine als gevolg van bevriezing effectief beperkt.
Het is vermeldenswaard dat glycol niet zo effectief is als het overbrengen van warmte als zuiver water. Om deze reden verdient het de voorkeur om, indien mogelijk, 100 procent water te gebruiken als er geen bevriezingsrisico bestaat. Wanneer het instelpunt van het systeem echter lager is dan 10°C, bestaat er een duidelijk risico op bevriezing en moeten operators glycol toevoegen aan het water dat als koelvloeistof wordt gebruikt. Het kleine tekort in termen van prestaties wordt gezien als een noodzakelijke afweging waardoor het systeem veilig kan werken met een lagere temperatuur als instelpunt.
Alle genoemde warmteoverdrachtsvloeistoffen kunnen de beste oplossing zijn, afhankelijk van uw toepassing, industrie, apparatuur en bedrijfsvereisten. Het is essentieel om ervoor te zorgen dat de warmteoverdrachtsvloeistof die u selecteert, compatibel is met uw systeem, de componenten ervan en eventuele gebruikte koelmiddelen. Raadpleeg de fabrikant van uw originele uitrusting of raadpleeg een smeerdeskundige voordat u een product koopt, om schade aan uw systeem en werking te voorkomen.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
Wat is thermische olie?
Thermische olie, ook wel warmteoverdrachtsvloeistof (HTF) genoemd, is een speciaal ontwikkelde olie die is ontwikkeld voor industriële verwarming.
A guide to using Paratherm NF for temperature control
A CPI Fluid Engineering brand, Paratherm NF is a food grade warmteoverdrachtsvloeistof with an impressive operating range of 332 °C to -4 °C.