Dobór agregatu wody lodowej zaczyna się od mocy odbieranej z procesu, temperatury zasilania i powrotu oraz wymaganego przepływu. Dopiero potem sprawdzasz zbiornik buforowy i zapas mocy na upał. Poniżej pokazujemy wzór, krótki przykład i błędy, które widzimy na obiektach. Masz dane maszyn i chcesz je sprawdzić? Zadzwoń: +48 501 179 381, jeździmy po całej Polsce.
Spis treści:
Dobór agregatu wody lodowej: od czego zacząć
Nie zaczynaj od katalogu. Zacznij od procesu, który chcesz chłodzić. Agregat ma odebrać konkretne ciepło z konkretnych odbiorników, a nie „jakieś” kilowaty.
Zbierz dane z tabliczek i kart maszyn. Potrzebujesz kilku rzeczy, które da się ustalić jeszcze przed rozmową z dostawcą.
- Moc cieplną do odebrania z każdego odbiornika (wtryskarka, prasa, piec, wymiennik, hydraulika).
- Wymaganą temperaturę wody na wejściu do odbiornika i dopuszczalną temperaturę powrotu.
- Przepływ wymagany przez odbiorniki oraz ich opory hydrauliczne.
- Pracę jednoczesną: ile odbiorników działa naraz, a ile tylko okresowo.
- Miejsce montażu i najwyższą temperaturę powietrza, przy której agregat ma dać pełną moc.
- Rodzaj płynu w obiegu, bo woda i roztwór glikolu mają inne właściwości cieplne.
Do tego dochodzi pytanie, które łatwo pominąć: czy to jest nowa instalacja, czy rozbudowa istniejącej. W starym obiegu pompa, rury i filtry już coś narzucają, więc nowy agregat musi się do nich dopasować. Podobnie wygląda sytuacja przy chłodzeniu form i wtryskarek, którą opisaliśmy w osobnej sekcji o chłodzeniu form i wtryskarek.
Jak policzyć moc chłodniczą
Moc, którą musi odebrać agregat, wynika z bilansu cieplnego. Dla obiegu wodnego używa się wzoru:
Q = m * cp * dT
Q to moc chłodnicza w kilowatach, m to masowy strumień wody w kilogramach na sekundę, cp to ciepło właściwe (dla wody około 4,18 kJ/(kg*K)), a dT to różnica temperatur powrotu i zasilania w kelwinach. Wzór działa w obie strony: znając moc i dT, wyliczasz przepływ, a znając przepływ i dT, sprawdzasz, ile ciepła rzeczywiście odbiera obieg.
W praktyce moc odbieraną z maszyn bierzesz z danych producenta maszyny albo z pomiaru. Producent wtryskarki, prasy czy pieca zwykle podaje wymaganą moc chłodzenia lub przepływ i temperaturę wody. Jeśli nie ma tych danych, da się je zmierzyć: dwa czujniki temperatury na rurach i pomiar przepływu dają Q z powyższego wzoru. Mierzysz przy typowym obciążeniu, a potem przy szczytowym.
Moce poszczególnych odbiorników sumujesz, ale z głową. Jeżeli wszystkie maszyny nie pracują jednocześnie, możesz przyjąć współczynnik jednoczesności. Musi on jednak wynikać z realnego harmonogramu produkcji, a nie z optymizmu. Do mocy odbiorników dolicz straty ciepła w rurociągach i ciepło wnoszone przez pompę, które w dłuższych obiegach nie są pomijalne.
Temperatury zasilania i powrotu a przepływ
Z tego samego wzoru wyliczysz przepływ. Dla wody przy cp około 4,18 kJ/(kg*K) i gęstości około 1000 kg/m3 wychodzi, że przepływ w metrach sześciennych na godzinę to w przybliżeniu moc w kilowatach podzielona przez iloczyn 1,163 i dT.
Przykład obliczeniowy (ilustracja, nie dane żadnego obiektu): odbiorniki mają łącznie oddać 100 kW ciepła do wody, a obieg pracuje z dT równym 5 K. Przepływ wynosi wtedy 100 / (1,163 * 5), czyli około 17 m3/h. Przy dT równym 10 K ta sama moc wymaga już tylko około 8,6 m3/h. Mniejszy przepływ to mniejsza pompa i cieńsze rury, ale większa różnica temperatur na odbiornikach, a ta bywa ograniczona przez odbiornik.
Dlatego temperatury i przepływ dobiera się razem. Zbyt mały przepływ przy tej samej mocy oznacza wyższy dT, a więc gorętszą wodę na powrocie. Zbyt duży przepływ podnosi opory, koszt pompowania i hałas. Każdy agregat ma też zakres przepływu przez parownik, który podaje producent. Poniżej minimum rośnie ryzyko zamarznięcia, powyżej maksimum rosną opory i erozja.
Drugi parametr to temperatura zasilania. Im niższa, tym mniejsza moc, jaką agregat odda, i tym większy pobór prądu na kilowat chłodu. Jeśli proces nie wymaga niskiej temperatury, nie obniżaj jej „na zapas”. Wiele procesów przemysłowych spokojnie pracuje przy wyższej wodzie, a agregat ma wtedy lepszą sprawność. Szerzej o układach wody lodowej piszemy na stronie o budowie systemów wody lodowej.
Zbiornik buforowy: ile wody w układzie
Zbiornik buforowy nie jest ozdobą instalacji. Daje układowi pojemność cieplną, dzięki której sprężarki nie włączają się i nie wyłączają co chwilę. Zbyt mała ilość wody w obiegu to jedna z częstszych przyczyn krótkich cykli pracy sprężarki, wahań temperatury i przedwczesnego zużycia.
Pojemność cieplną zbiornika policzysz tym samym podejściem: energia = objętość * gęstość * cp * dT. Przykład obliczeniowy (ilustracja): 1 m3 wody (około 1000 kg) w zbiorniku, dopuszczalne wahanie temperatury 2 K, czyli 1000 * 4,18 * 2 = 8360 kJ. Przy obciążeniu 20 kW, które agregat musiałby w tym czasie odebrać sam, daje to 8360 / 20, czyli około 418 s, nieco ponad 7 minut.
Ten sposób pokazuje logikę doboru agregatu wody lodowej, ale nie zastępuje danych producenta. Wymagana minimalna ilość wody w obiegu zależy od typu sprężarek, liczby stopni mocy i sterownika agregatu, więc w karcie urządzenia sprawdź, ile wody producent zaleca przy danej mocy. Gdy obieg jest krótki i ma mało wody, bufor jest prawie na pewno potrzebny. Gdy obciążenie jest stałe i duże, a rurociągi mają dużą objętość, wystarczy często mniej.
Pamiętaj o hydraulice. Bufor podłączony niewłaściwie potrafi mieszać wodę zasilającą z powrotną i zafałszować pomiar temperatury. Sposób włączenia zbiornika, rozdział obiegu pierwotnego i wtórnego oraz pompy to elementy, które sprawdzamy na obiekcie przy ocenie istniejącej instalacji.
Zapas mocy i warunki pracy agregatu
Moc w katalogu to moc w warunkach znamionowych. Dla agregatów chłodzonych powietrzem są to zwykle określone temperatury wody (często 12/7°C) i powietrza (często 35°C), podane w danych producenta. Twoje warunki mogą być inne. Przy upale, zabrudzonym skraplaczu albo ograniczonym dopływie powietrza moc spada, a pobór prądu rośnie. Rzeczywista wydajność przy Twoich temperaturach zasilania i powietrza jest tą liczbą, którą porównujesz z obliczonym Q.
Zapas mocy ma sens, ale umiarkowany. Orientacyjnie przyjmuje się kilkanaście procent, zależnie od pewności danych, planów rozbudowy i charakteru procesu. Zbyt duży agregat pracuje często na małym obciążeniu, wchodzi w krótkie cykle i rzadziej osiąga dobrą sprawność. Zbyt mały nie utrzyma temperatury w najgorszy dzień. Gdy ruch produkcji jest zmienny, lepiej rozważyć agregat z kilkoma stopniami mocy albo dwa mniejsze urządzenia niż jedno duże.
Na dobór wpływają jeszcze:
- Rodzaj skraplacza: powietrzny wymaga miejsca i przepływu powietrza, wodny wymaga obiegu chłodzenia.
- Tryb free coolingu, jeśli proces pozwala na wyższą temperaturę wody w chłodniejszej porze roku.
- Poziom hałasu i ograniczenia zabudowy w miejscu montażu.
- Rodzaj czynnika i obowiązki wynikające z przepisów o gazach fluorowanych.
- Rezerwa: jedno urządzenie czy dwa, jeśli przestój chłodzenia zatrzymuje produkcję.
Informacje o wydajności i certyfikowanych danych urządzeń znajdziesz m.in. w katalogu Eurovent Certified Performance, gdzie producenci publikują zweryfikowane parametry. Jeśli nie masz pewności, czy dotychczasowy układ w ogóle ma rezerwę, pomaga audyt instalacji chłodniczej z pomiarami na obiekcie. Opis podejścia do całych układów znajdziesz też w sekcji o chłodzeniu procesów przemysłowych.
Pytania i odpowiedzi
Jak dobrać agregat wody lodowej, gdy nie znam mocy maszyn?
Poproś producenta maszyny o dane lub zmierz bilans na obiegu. Dwa czujniki temperatury i pomiar przepływu wystarczą, żeby policzyć Q ze wzoru Q = m * cp * dT. Pomiar rób przy typowym i przy szczytowym obciążeniu.
Czy każdy agregat wymaga zbiornika buforowego?
Nie w każdej instalacji, ale bardzo często. Zależy od ilości wody w obiegu, liczby stopni mocy agregatu i stałości obciążenia. Minimalną objętość wody sprawdź w danych producenta urządzenia.
Ile zapasu mocy przyjąć przy doborze agregatu?
Orientacyjnie kilkanaście procent, jeśli dane są pewne. Większy zapas ma sens przy planowanej rozbudowie. Zbyt duży agregat pracuje w krótkich cyklach i traci na sprawności.
Dlaczego agregat nie osiąga mocy z katalogu?
Katalog podaje moc w warunkach znamionowych, a Twoje warunki są zwykle inne. Wpływają na nią temperatura powietrza, zasilania i stan skraplacza. Przed oceną urządzenia robimy diagnostykę, bo przyczyną bywa też przepływ albo brak czynnika.
Czy dT równe 5 K jest właściwe w każdym układzie?
Nie. To tylko częsta wartość projektowa. Dobór dT zależy od odbiorników i od tego, jak duży przepływ chcesz utrzymać. Wybierz go razem z mocą i pompą, nie osobno.
Zadzwoń przed doborem agregatu wody lodowej
Zgłoś się do nas, jeśli planujesz nowy agregat, rozbudowę obiegu albo podejrzewasz, że obecny jest źle dobrany. Przed telefonem przygotuj:
- Listę odbiorników z mocą lub przepływem i wymaganą temperaturą wody.
- Tabliczkę znamionową i model obecnego agregatu, jeśli już jest.
- Informację o płynie w obiegu i o istnieniu zbiornika buforowego.
- Zdjęcia miejsca montażu oraz schemat lub opis obiegu.
Zadzwoń: +48 501 179 381 albo napisz: info@coolingflow.pl. Odbieramy od poniedziałku do soboty, 8:00 do 16:00. Pracujemy dla zakładów produkcyjnych na terenie całej Polski.
Najszybciej przez telefon: +48 501 179 381. Wolimy słuchać niż czytać, na maile odpowiadamy z opóźnieniem.
