Seria edukacyjna Procold: „Medium robocze to nie detal” — część 1

Przy wyborze płynu niezamarzającego najczęściej jako pierwszy analizowany jest punkt zamarzania. To ważny parametr, ale nie daje pełnej odpowiedzi na pytanie, jak medium będzie zachowywało się podczas codziennej pracy instalacji.

Płyn przepływa przez rurociągi, zawory, filtry, pompę i wymienniki ciepła. Jego właściwości wpływają więc nie tylko na ochronę przed niską temperaturą, lecz również na charakterystykę hydrauliczną układu, możliwość osiągnięcia wymaganego przepływu oraz warunki transportu energii.

Jednym z parametrów, który należy uwzględnić podczas projektowania i eksploatacji instalacji, jest lepkość medium roboczego.

Nie jest ona jednak samodzielnym wyznacznikiem jakości płynu. Medium o niższej lepkości nie musi być rozwiązaniem lepszym dla każdej instalacji, podobnie jak płyn o wyższej lepkości nie jest produktem gorszym.

Każda baza chemiczna odpowiada na inne potrzeby związane z temperaturą pracy, bezpieczeństwem użytkowania, kompatybilnością materiałową i konstrukcją układu.

Czym jest lepkość medium roboczego?

Lepkość określa opór, jaki ciecz stawia podczas przepływu.

Jej wartość wpływa na wymagania hydrauliczne instalacji, dlatego powinna zostać uwzględniona przy doborze:

• pompy,
• średnic przewodów,
• armatury,
• wymienników,
• zakładanego natężenia przepływu.

W dokumentacji technicznej płynów często podawana jest lepkość kinematyczna, wyrażana w mm²/s. Parametru tego nie należy jednak analizować bez informacji o temperaturze pomiaru.

Ta sama ciecz może mieć zupełnie inną lepkość w temperaturze:

• +20°C,
• 0°C,
• –10°C,
• –20°C.

Płyn, który podczas napełniania układu w temperaturze pokojowej jest łatwy do przetłoczenia, może inaczej zachowywać się po osiągnięciu docelowej temperatury roboczej.

Dlatego porównywanie mediów wyłącznie na podstawie wartości określonych przy +20°C nie zawsze pozwala właściwie ocenić ich późniejszą pracę.

Dlaczego lepkość zmienia się wraz z temperaturą?

Wraz z obniżaniem temperatury większość mediów roboczych staje się bardziej lepka. Zmiana ta nie musi przebiegać liniowo.

Oznacza to, że różnica pomiędzy dwoma płynami może być stosunkowo niewielka w temperaturze pokojowej, a znacznie bardziej widoczna przy 0°C lub –10°C.

Wzrost lepkości może wpływać na:

• straty ciśnienia w przewodach,
• opory występujące na zaworach i filtrach,
• punkt pracy pompy,
• rzeczywiste natężenie przepływu,
• sposób równoważenia instalacji,
• warunki wymiany ciepła.

Nie jest to wada konkretnego medium. Jest to właściwość fizyczna, którą należy uwzględnić podczas projektowania układu.

Prawidłowo dobrana pompa i właściwie zaprojektowana instalacja mogą zapewnić wymagany przepływ również przy zastosowaniu medium o większej lepkości.

Jak lepkość wpływa na instalację?

Podczas przepływu medium traci część energii na pokonanie oporów występujących w instalacji.

Straty powstają między innymi na:

• prostych odcinkach rurociągów,
• kolanach i trójnikach,
• zaworach,
• filtrach,
• rozdzielaczach,
• wymiennikach ciepła,
• zmianach średnicy i kierunku przepływu.

Ich wielkość zależy nie tylko od rodzaju cieczy, ale również od długości i średnic przewodów, prędkości przepływu, gęstości medium oraz konstrukcji całego układu.

Zależność można przedstawić w następujący sposób:

Im większa lepkość medium w danej temperaturze, tym większe znaczenie ma uwzględnienie jej w obliczeniach hydraulicznych.

Nie oznacza to jednak, że płyn o większej lepkości uniemożliwia efektywną pracę instalacji. Oznacza jedynie, że układ powinien zostać do niego właściwie dobrany.

Medium robocze a punkt pracy pompy

Pompa nie pracuje według jednego stałego parametru. Jej rzeczywisty punkt pracy wynika z połączenia charakterystyki urządzenia z charakterystyką hydrauliczną instalacji.

Po zmianie medium mogą zmienić się również warunki pracy pompy.

Urządzenie dobrane wyłącznie na podstawie parametrów wody może pracować inaczej po napełnieniu układu medium glikolowym, glicerynowym albo płynem na bazie mrówczanu potasu.

Uwzględnienie docelowego medium już na etapie projektu pozwala:

• osiągnąć wymagany przepływ,
• dopasować wysokość podnoszenia,
• wykorzystać pompę w odpowiednim zakresie pracy,
• zachować rezerwę na naturalne zmiany zachodzące w instalacji,
• ograniczyć ryzyko problemów podczas uruchomienia.

W przypadku istniejącej instalacji zmiana rodzaju płynu powinna być poprzedzona analizą parametrów układu.

Nie każde medium można wprowadzić do dotychczas pracującej instalacji bez dodatkowego przygotowania.

Lepkość a transport energii

Podstawowym zadaniem medium jest przenoszenie energii pomiędzy źródłem a odbiornikiem.

Na skuteczność tego procesu wpływa kilka parametrów:

• lepkość,
• gęstość,
• przewodność cieplna,
• ciepło właściwe,
• natężenie przepływu,
• różnica temperatur,
• konstrukcja wymiennika.

Lepkość nie powinna być więc oceniana w oderwaniu od pozostałych właściwości płynu.

Medium o korzystnej lepkości może ułatwiać uzyskanie określonego przepływu, ale musi równocześnie spełniać wymagania dotyczące:

• temperatury pracy,
• bezpieczeństwa,
• ochrony przed korozją,
• kompatybilności z materiałami,
• konstrukcji instalacji.

Dopiero połączenie tych elementów pozwala wybrać rozwiązanie właściwe dla danego systemu.

Jak różne media zachowują się wraz ze spadkiem temperatury?

Poniższe zestawienie przedstawia lepkość kinematyczną wybranych mediów
Procold w gotowych wariantach oznaczonych jako −20°C.

Źródło: aktualne dane techniczne Procold. Porównanie dotyczy gotowych
wariantów produktów oznaczonych jako −20°C.

Dane pokazują, że poszczególne bazy chemiczne w różnym stopniu reagują
na obniżenie temperatury. Zestawienie nie powinno być jednak interpretowane
jako ranking produktów ani wskazanie jednego uniwersalnie najlepszego
rozwiązania.

Produkty nie są wzajemnymi zamiennikami. Zostały stworzone z myślą
o różnych rodzajach instalacji i innych priorytetach technicznych.

Jak prawidłowo interpretować porównanie?

Tabela pokazuje, dlaczego właściwości docelowego płynu należy uwzględnić podczas projektowania instalacji.

Nie pokazuje natomiast, że:

• każdy układ powinien pracować z medium o najniższej lepkości,
• SUPERCOOL może zastąpić glikol w dowolnej instalacji,
• media glikolowe są mniej wartościowe,
• jeden produkt odpowiada na wszystkie potrzeby rynku.

Właściwy wniosek jest inny:

SUPERCOOL – do instalacji dedykowanych

SUPERCOOL jest medium na bazie mrówczanu potasu, przeznaczonym między innymi do wymagających zastosowań niskotemperaturowych. Charakteryzuje się niską lepkością w temperaturach ujemnych.

Nie jest jednak produktem uniwersalnym ani zamiennikiem typu 1:1 dla płynów glikolowych.

SUPERCOOL powinien pracować w instalacji dedykowanej do medium na bazie mrówczanu potasu. Układ musi zostać zaprojektowany i przygotowany z uwzględnieniem jego właściwości, materiałów, uszczelnień oraz wymagań technologicznych.

Z tego powodu niska lepkość SUPERCOOL jest korzyścią w konkretnym zastosowaniu, a nie ogólną przewagą nad wszystkimi pozostałymi mediami.

Nie należy wprowadzać go do istniejącej instalacji glikolowej bez wcześniejszej analizy technicznej i właściwego przygotowania układu.

FACTORY – rozwiązanie do szerokiej grupy instalacji technicznych

FACTORY jest medium na bazie glikolu monoetylenowego, przeznaczonym do instalacji, w których istotne są wydajność i wszechstronne zastosowanie, a nie zachodzi konieczność użycia produktu ekologicznego.

Jego korzyścią jest możliwość zastosowania w szerokiej grupie odpowiednio zaprojektowanych układów technicznych oraz dostępność wielu wariantów temperaturowych.

W tym przypadku większa lepkość niż w medium na bazie mrówczanu potasu nie oznacza niższej jakości. Jest jedną z właściwości wynikających z zastosowanej bazy i powinna zostać uwzględniona przy doborze pompy.

FACTORY EKO – gdy priorytetem jest bezpieczeństwo użytkowania

FACTORY EKO bazuje na glikolu monopropylenowym. Produkt posiada atest PZH i jest przeznaczony do instalacji o uniwersalnym zastosowaniu, w których szczególnie istotne jest bezpieczeństwo użytkowania. Dostępny jest również wariant z detekcją wycieku.

W tym przypadku główną korzyścią nie jest osiągnięcie możliwie najniższej lepkości, lecz połączenie ochrony przed zamarzaniem z wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa.

FACTORY GLY – rozwiązanie na bazie gliceryny

FACTORY GLY jest płynem na bazie gliceryny, posiadającym atest PZH i system detekcji wycieku. Produkt jest przeznaczony między innymi do systemów o wyższej temperaturze pracy.

Jego zastosowanie wynika z innych potrzeb niż w przypadku medium niskotemperaturowego na bazie mrówczanu potasu.

Porównywanie obu rozwiązań wyłącznie przez pryzmat lepkości pomijałoby ich przeznaczenie i najważniejsze korzyści.

Czy niższa lepkość oznacza niższe koszty eksploatacji?

Niższa lepkość może wspierać ograniczenie oporów hydraulicznych i ułatwiać osiągnięcie wymaganego przepływu.

Nie oznacza to jednak, że sam wybór płynu o niższej lepkości automatycznie obniży zużycie energii.

Rzeczywisty efekt zależy od:

• konstrukcji instalacji,
• sprawności pompy,
• sposobu regulacji,
• punktu pracy,
• długości i średnic rurociągów,
• liczby elementów miejscowych,
• stanu filtrów i wymienników,
• wymaganej mocy cieplnej lub chłodniczej.

Jeżeli medium nie jest kompatybilne z układem lub instalacja nie została do niego zaprojektowana, potencjalna korzyść wynikająca z jednego parametru nie zrekompensuje błędnego doboru całego rozwiązania.

Dlatego ważniejsza od poszukiwania najniższej lepkości jest zgodność medium z konstrukcją i przeznaczeniem instalacji.

Dlaczego stężenie medium ma znaczenie?

W przypadku koncentratów istotny jest również właściwy poziom rozcieńczenia.

Większe stężenie może zwiększać ochronę przed zamarzaniem, ale jednocześnie zmienia:

• lepkość,
• gęstość,
• przewodność cieplną,
• ciepło właściwe,
• wymagania wobec pompy.

Dobór stężenia do rzeczywistej temperatury pracy pozwala połączyć wymaganą ochronę z właściwymi parametrami hydraulicznymi i cieplnymi.

Zasada „im więcej koncentratu, tym lepiej” nie zawsze przynosi instalacji dodatkową korzyść.

Kiedy analiza lepkości jest szczególnie ważna?

Lepkość należy dokładnie uwzględnić szczególnie w:

• instalacjach pracujących w temperaturach ujemnych,
• dużych obiegach przemysłowych,
• systemach z długimi rurociągami,
• układach o ograniczonych średnicach przewodów,
• instalacjach wymagających wysokiego przepływu,
• dolnych źródłach pomp ciepła,
• układach z niewielką rezerwą parametrów pompy,
• instalacjach modernizowanych lub napełnianych innym medium niż dotychczas.

Im bardziej wymagające warunki pracy, tym większe znaczenie ma analiza nie tylko temperatury zamarzania, ale całego zestawu właściwości płynu.

Najczęstsze błędy podczas oceny medium

Wybór wyłącznie na podstawie temperatury zamarzania

Podobny poziom ochrony nie oznacza identycznej lepkości, gęstości, przewodności cieplnej ani przeznaczenia produktu.

Traktowanie płynów jako zamienników 1:1

Zmiana bazy chemicznej może wymagać innej konstrukcji, materiałów, uszczelnień i procedury przygotowania instalacji.

Dotyczy to szczególnie przejścia z mediów glikolowych na rozwiązania na bazie mrówczanu potasu.

Obliczenia wykonane wyłącznie dla wody

Pompa dobrana dla wody może pracować inaczej po zastosowaniu medium niezamarzającego.

Porównywanie produktów bez kontekstu zastosowania

Najniższa lepkość nie będzie korzyścią, jeżeli medium nie odpowiada wymaganiom bezpieczeństwa albo nie jest kompatybilne z instalacją.

Dobór nadmiernego stężenia

Zbyt duże stężenie może zwiększać wymagania hydrauliczne bez uzasadnionej potrzeby eksploatacyjnej.

Właściwe medium to medium właściwie dopasowane

Nie istnieje jeden płyn odpowiedni do każdej instalacji.

SUPERCOOL może zapewnić istotne korzyści w dedykowanych układach niskotemperaturowych, ale nie jest rozwiązaniem uniwersalnym.

FACTORY odpowiada na potrzeby szerokiej grupy instalacji technicznych.

FACTORY EKO wspiera bezpieczeństwo użytkowania tam, gdzie ma ono szczególne znaczenie.

FACTORY GLY stanowi rozwiązanie na bazie gliceryny do odpowiednio dobranych zastosowań, w tym systemów o wyższych temperaturach pracy.

Każdy z tych produktów ma inne zadanie.

Dlatego właściwy proces nie polega na wskazaniu zwycięzcy tabeli, ale na odpowiedzi na pytania:

• W jakiej temperaturze będzie pracować instalacja?
• Z jakich materiałów została wykonana?
• Jakie są wymagania dotyczące bezpieczeństwa?
• Jaka pompa i jakie uszczelnienia pracują w układzie?
• Czy instalacja jest przeznaczona do wybranego rodzaju medium?
• Jakie parametry mają znaczenie dla danego zastosowania?

Potrzebujesz pomocy przy doborze medium?

Prześlij nam podstawowe informacje o układzie:

• rodzaj i przeznaczenie instalacji,
• minimalną oraz maksymalną temperaturę pracy,
• objętość układu,
• wymagany przepływ,
• parametry pompy,
• materiały i uszczelnienia,
• obecnie stosowane medium.

Na tej podstawie pomożemy określić, które parametry należy uwzględnić i jaki rodzaj medium odpowiada warunkom konkretnej instalacji.

Dobrze działający układ nie zaczyna się od wyboru jednego „najlepszego” produktu. Zaczyna się od właściwego dopasowania technologii.

Najczęściej zadawane pytania

Czy medium o niższej lepkości jest zawsze lepsze?

Nie. Niższa lepkość może być korzystna w określonych warunkach hydraulicznych, ale nie przesądza o przydatności medium do konkretnej instalacji. Znaczenie mają również kompatybilność, bezpieczeństwo, temperatura i konstrukcja układu.

Czy SUPERCOOL można zastosować zamiast glikolu w istniejącej instalacji?

Nie należy traktować SUPERCOOL jako zamiennika 1:1. Medium wymaga instalacji dedykowanej do pracy z mrówczanem potasu. Każda zmiana powinna zostać poprzedzona analizą techniczną i odpowiednim przygotowaniem układu.

Czy wyższa lepkość oznacza gorszą wydajność produktu?

Nie. Lepkość jest właściwością fizyczną, którą należy uwzględnić przy projektowaniu instalacji. Media o wyższej lepkości mogą równocześnie zapewniać inne istotne korzyści związane z bezpieczeństwem, zastosowaniem lub bazą chemiczną.

Czy pompę dobraną do wody można stosować z glikolem?

Może być to możliwe, ale wymaga weryfikacji. Po zastosowaniu płynu niezamarzającego zmieniają się właściwości medium, a wraz z nimi charakterystyka hydrauliczna instalacji.

Dlaczego lepkość należy sprawdzać w kilku temperaturach?

Ponieważ wartość lepkości zmienia się wraz z temperaturą. Płyny o zbliżonych parametrach przy +20°C mogą zachowywać się inaczej przy 0°C lub –10°C.

Jak wybrać właściwe medium?

Należy przeanalizować temperaturę pracy, materiały, uszczelnienia, parametry pompy, wymagania bezpieczeństwa oraz przeznaczenie instalacji. Nie należy dobierać produktu wyłącznie na podstawie jednego parametru.