Chillerde glikol kullanımı ve donma noktası

Chillerde glikol, su çıkış sıcaklığı +5 °C'nin altına indiğinde ya da ünite ve tesisat kışın donma riski taşıdığında kullanılır. Hacimce %30 etilen glikol donma noktasını yaklaşık -14 °C'ye çeker; buna karşılık ısı taşıma kapasitesi düşer, aynı yükü aynı sıcaklık farkıyla taşımak için su debisini yaklaşık %7 artırmak ve pompayı buna göre seçmek gerekir.

Glikol hangi durumlarda gerekir?

Kapalı bir soğutma devresinde su, elinizdeki en iyi ısı taşıyıcıdır: özgül ısısı yüksek, viskozitesi (akmaya karşı direnci) düşük, ucuz ve temizdir. Glikol katmanın tek meşru gerekçesi donmayı önlemektir; ısı transferi açısından bakıldığında eklenen her yüzde birlik oran bir kayıptır. Bu yüzden doğru soru "kaç yüzde glikol koyalım" değil, "gerçekten gerekli mi, gerekliyse en az kaçta kalabiliriz" sorusudur.

Sahada üç durumda glikol kaçınılmaz olur:

• Proses çıkış suyu +5 °C'nin altına iniyorsa. Bir chillerin (su soğutma grubu) evaporatöründe (buharlaştırıcı) soğutucu akışkanın buharlaşma sıcaklığı, tipik olarak su çıkış sıcaklığının 3–6 K altındadır (K, Kelvin; sıcaklık farkı birimi olarak 1 K = 1 °C'lik fark). 7 °C çıkışta bu sıcaklık hâlâ sıfırın üzerindedir; 2 °C çıkışta ise eksiye iner ve eşanjör yüzeyinde buzlanma başlar. Buz, plakalı bir eşanjörü dakikalar içinde deforme edecek kadar hızlı ve güçlü genleşir.
• Ünite, tank veya boru hattı dış ortamdaysa. Hava soğutmalı gruplar çoğunlukla dış ortama ya da havalandırması serbest bir alana kurulur; ünite, tank veya hattın herhangi bir bölümü sıfırın altına düşen bir ortamda kalıyorsa donma riski vardır. Devrenin durduğu her an — vardiya sonu, hafta sonu, elektrik kesintisi — bir donma penceresidir. Çalışan bir devrede pompa sirkülasyonu koruma sağlar; asıl risk duruştadır.
• Tesis kışın uzun süre duracaksa. Sistem tam olarak drene edilip basınçlı hava ile üflenmiyorsa, tankın ve boruların dibinde kalan su donar. Drenaj kulağa kolay gelir, pratikte alçak noktalar ve kör hatlar nedeniyle nadiren eksiksiz yapılır.

KPLN serisinin katalog kapasiteleri ve su debileri 12/7 °C su rejimi ile 35 °C ortam sıcaklığı için verilmiştir. Bu rejimde suyun kendisi donma riski taşımaz; glikol kararı, ünitenin kışın nerede duracağına ve prosesin istediği çıkış sıcaklığına bağlıdır. Seri genelini ürün gamı sayfasında, modeller arası farkları karşılaştırma aracında görebilirsiniz.

Etilen glikol mü, propilen glikol mü?

Endüstriyel soğutmada iki akışkan kullanılır ve seçim çoğu zaman termodinamik değil, temas riski üzerinden yapılır.

Kısa kural: insan veya ürünle temas ihtimali varsa propilen, kapalı endüstriyel proseste etilen. Kalıp soğutma, hidrolik yağ soğutma, ceket soğutma gibi tamamen kapalı devrelerde etilen glikolün ısı transferi üstünlüğü belirleyicidir. Soğutma suyunun ürüne sızma ihtimali olan yerlerde ise propilen glikolün düşük toksisitesi bu üstünlüğü anlamsızlaştırır — ısı transferi kaybını kapasite seçiminde telafi etmek, bir kontaminasyon riskini yönetmekten daha kolaydır.

Donma noktası: oran–sıcaklık tablosu

Bu değerler glikol–su çözeltileri için yaygın kabul gören yaklaşık büyüklüklerdir. Ticari ürünlerde inhibitör (korozyon önleyici katkı) paketi nedeniyle birkaç derecelik sapma olur; nihai oranı her zaman kullandığınız ürünün kendi teknik föyünden doğrulayın.

Donma noktası ile çatlama noktası aynı şey değildir

Glikollü bir çözelti, suyun aksine tek bir sıcaklıkta katılaşmaz. Önce buz kristalleri oluşur ve karışım kar bulamacı kıvamına gelir; tam katılaşma çok daha aşağıdadır. Tablodaki donma noktası bu bulamacın başladığı sıcaklıktır ve akışkan orada artık pompalanamaz. Boruyu çatlatan tam donma birkaç derece daha aşağıdadır. Tasarımı pompalanabilirlik sınırına göre yapmak gerekir; "boru patlamıyorsa yeter" mantığı, kış sabahı kalkmayan bir sistem demektir.

Karışım oranı nasıl seçilir?

Üç kontrolü de geçen en düşük oran doğru orandır.

1. Ortam kontrolü. Bölgenin tasarım dış sıcaklığının en az 5–8 K altında bir donma noktası hedefleyin. Pay bırakmak, hem ölçüm hatasına hem zamanla oluşacak seyrelmeye karşı sigortadır.
2. Evaporatör kontrolü. Donma noktası, düşük yükte oluşabilecek en düşük buharlaşma sıcaklığının altında kalmalıdır. Düşük çıkış sıcaklıklı proseslerde belirleyici olan çoğu zaman bu kontroldür, ortam değil.
3. Alt sınır kontrolü. İnhibitörün etkin çalışabilmesi için tipik olarak hacimce %25–30'un altına inilmez. Çok seyreltik karışım hem korozyona hem mikrobiyolojik üremeye açıktır; donma koruması gerekmese bile bu alt sınır korunur.

Örnek: Çıkış suyu 0 °C istenen bir proseste buharlaşma sıcaklığı düşük yükte -6 °C civarına inebilir; tasarım dış sıcaklığı -8 °C olan bir bölgede ortam kontrolü ise -16 °C ister. İkisinden düşük olanı belirleyicidir. -16 °C hedefiyle tabloya bakıldığında hacimce yaklaşık %33 etilen glikol yeterlidir; uygulamada bu değer %35'e yuvarlanır.

Fazla glikol, az glikol kadar sorunludur. Etilen glikolde ötektik nokta (donma noktasının en aşağı indiği bileşim) hacimce %60 civarındadır; bu oranın üzerine çıkıldığında donma noktası tekrar yükselmeye başlar, üstelik viskozite ısı transferini ve pompalamayı belirgin biçimde bozar.

Glikolün kapasiteye ve debiye etkisi

Glikol üç fiziksel özelliği aynı anda kötüleştirir: özgül ısı düşer, viskozite artar, ısı iletim katsayısı azalır. Sonucu iki başlıkta okumak gerekir — aynı ısıyı taşımak için daha çok akışkan döndürmek ve eşanjörde daha düşük ısı geçişiyle yetinmek.

Debi düzeltmesi

Bir akışkanın taşıdığı ısı yükü; birim zamanda dolaştırdığınız hacim, o hacmin kütlesi ve o kütlenin bir derece başına depoladığı ısı ile giriş–çıkış sıcaklık farkının çarpımıdır. Formül olarak:

Q = V · ρ · c · ΔT

Burada Q ısı yükü (kW), V hacimsel debi (m³/s), ρ yoğunluk (kg/m³), c özgül ısı (kJ/kg·K), ΔT giriş–çıkış sıcaklık farkı (K). Glikol, ρ · c çarpımını düşürdüğü için aynı Q ve aynı ΔT'de V büyümek zorundadır.

7 °C civarında su için ρ · c ≈ 1.000 × 4,18 = 4.180 kJ/(m³·K). Hacimce %30 etilen glikolde aynı sıcaklıkta yaklaşık ρ ≈ 1.045 kg/m³ ve c ≈ 3,75 kJ/(kg·K) alınırsa ρ · c ≈ 3.920 kJ/(m³·K) olur. Oran 3.920 / 4.180 = 0,94; yani debiyi 1 / 0,94 ≈ 1,07 kat, kabaca %7 artırmak gerekir.

Bunu bir modele oturtalım. KPLN 100.2 için katalog su debisi 12/7 °C rejiminde 17,0 m³/h'tir (86.000 kcal/h, 100,0 kW). Aynı 5 K'lik ΔT hacimce %30 etilen glikolle korunacaksa gereken debi 17,0 × 1,07 ≈ 18,1 m³/h olur. Debiyi artırmazsanız ΔT büyür, çıkış suyu tasarım değerinin altına iner ve alçak basınç emniyeti devreye girer — glikol koymanıza rağmen sistem, donma riskine daha yakın bir noktada çalışmaya başlar.

Kapasite düzeltmesi

Debiyi düzeltmek tek başına yetmez. Viskozite arttıkça eşanjör içindeki akış türbülansını kaybeder ve ısı geçiş katsayısı düşer. Hacimce %30 etilen glikolde soğutma kapasitesindeki azalma sektörde tipik olarak %3–5 aralığında verilir; propilen glikolde kayıp daha büyüktür. Bu nedenle glikollü devrelerde katalogdaki nominal kapasite doğrudan kullanılmaz.

Örneğin proses yükü 100 kW ise ve devre %30 etilen glikolle çalışacaksa, 100,0 kW nominal kapasiteli KPLN 100.2 sınırda kalır. Aynı yükte KPLN 125.2 — 100.000 kcal/h, 116,3 kW, 20,0 m³/h — kayıp düşüldükten sonra da rahat bir pay bırakır; glikollü debisi ise yaklaşık 21,3 m³/h olur. Seçimi bizimle yapıyorsanız glikol tipini ve oranını baştan söyleyin; düzeltmeyi seçim aşamasında biz uygularız.

Basınç kaybı ve pompa

Glikolün viskozitesi düşük sıcaklıkta suyun birkaç katına çıkar. Aynı debide boru hattı ve eşanjör basınç kaybı tipik olarak %15–25 artar; buna debideki %7'lik artış eklendiğinde toplam basınç ihtiyacı belirgin biçimde yükselir. Suya göre seçilmiş bir pompa glikolle çalıştırıldığında çalışma noktasından geriye kayar, yani hem debi hem verim düşer. Hesapta bu göz ardı edilirse eşanjörden geçen debi azalır ve donma riski artar.

Pislik tutucu ve filtre kayıpları da aynı oranda büyür. Devreye alma sonrası ilk haftalarda filtrenin sık kontrol edilmesi bu yüzden önemlidir: yeni doldurulmuş bir glikol devresi, montaj artıklarını suya göre daha inatçı biçimde taşır.

Sistemde ne kadar glikol var? Hacim hesabı

Karışım oranı sistemin toplam hacmine göre hesaplanır, sadece tank hacmine göre değil. Toplam hacim; chiller tankı, evaporatör ve pompa gövdesi, gidiş–dönüş hattı ve proses tarafındaki ekipmanın (kalıp kanalları, ceket, ara eşanjör) toplamıdır. Pratik boru değerleri: DN50 ≈ 2,3 L/m, DN65 ≈ 3,8 L/m, DN80 ≈ 5,3 L/m.

Örnek: KPLN 55.2 tank hacmi 250 L'dir. Buna 60 m DN65 gidiş–dönüş hattı (60 × 3,8 ≈ 228 L) ve proses tarafında 60 L eklenirse toplam yaklaşık 540 L eder. Hacimce %30 karışım için 540 × 0,30 = 162 L saf glikol ve 378 L su gerekir. Hazır %50'lik karışım satın alıyorsanız aynı sonuç için yaklaşık 324 L ürün ve 216 L su kullanırsınız.

KPLN 200.2 ve üzeri modellerde tank opsiyoneldir; bu gruplarda hacim hesabına harici denge tankı da girer ve devrenin toplam hacmi çoğu zaman tahmin edilenden büyük çıkar. Katalogdaki tank hacmi, hesabın yalnızca ilk kalemidir.

Doldurma, su kalitesi ve malzeme uyumu

• Karışımı sistem dışında hazırlayın. Konsantreyi doğrudan tanka dökmek homojen olmayan bir dolgu bırakır: üstte neredeyse saf su, altta çok yoğun glikol. Ortalama ölçüm doğru çıksa bile devrenin bir bölümü korumasız kalır.
• Şebeke suyu yerine yumuşatılmış veya demineralize su kullanın. Sertlik ve klorür hem inhibitörü tüketir hem eşanjörde kireç ve korozyon yaratır.
• Otomotiv antifrizi kullanmayın. Motor devreleri için formüle edilen ürünlerdeki silikat esaslı katkılar plakalı eşanjörde çökelti yapabilir; boyar maddeleri refraktometre okumasını zorlaştırır. Endüstriyel soğutma için üretilmiş, inhibitörlü ısı transfer akışkanı kullanın.
• Galvanizli boru kullanmayın. Glikol çinko kaplamayı aşındırır; ayrışan çinko devrede tortu olarak birikir.
• Sızdırmazlığı yeniden gözden geçirin. Glikollü karışımın yüzey gerilimi sudan düşüktür; suyu tutan bir rakor ya da conta glikolde sızabilir. Dolumdan önce tüm bağlantıları kontrol edin.
• Genleşme payı bırakın. Glikollü karışım suya göre daha çok genleşir; tank seviyesi ve taşma hattı buna göre ayarlanmalıdır.

Ölçüm ve bakım takvimi

Refraktometre kullanırken iki ayrıntı sıkça atlanır: cihaz ölçeği etilen ve propilen glikol için farklıdır — etilen ölçeğinde okunan propilen karışımı olduğundan güçlü görünür — ve okumanın sıcaklık düzeltmesi gerekir. Ölçümü sistem çalışırken, karışım homojenken yapın.

Kaçak sonrası tamamlama saf su ile yapılmaz. Seviye düştüğünde aynı orandaki hazır karışımla tamamlayın. Su ile tamamlamak devreyi sessizce seyreltir ve donma noktasını yukarı çeker; kış ortasında karşılaştığımız donma arızalarının en yaygın sebebi budur.

Sahada en sık karşılaştığımız hatalar

• Yazın su ile doldurulan sisteme kış girerken ölçmeden "birkaç bidon" antifriz eklenmesi.
• Farklı marka ya da farklı inhibitör teknolojisine sahip iki ürünün karıştırılması; katkı paketleri birbirini çökeltebilir.
• Donma noktasının tasarım dış sıcaklığına tam eşitlenmesi, emniyet payı bırakılmaması.
• Debinin su değerinde bırakılıp kapasite ve ΔT kaymasının hesaba katılmaması.
• Gerekenden yüksek konsantrasyon; ısı transferi ve pompa gücü gereksiz yere kötüleşir, akışkan maliyeti artar.
• Glikol konulduğu için bakımın tamamen bırakılması. İnhibitörü tükenmiş bir karışım, temiz sudan daha agresif bir korozyon ortamıdır.

Seçim aşamasında bize ne söylemelisiniz?

Glikollü bir devrede doğru model seçimi için dört bilgi yeterlidir: proses ısı yükü (kW ya da kcal/h), istenen su giriş–çıkış sıcaklıkları, glikol tipi ve hacimce oranı, ünitenin kurulacağı bölgenin tasarım dış sıcaklığı. Bu dördü elimizdeyse kapasite ve debi düzeltmesini yapar, uygun modeli ve gerekli debi değerini birlikte veririz.

Uygulamanıza yakın örnekler için plastik enjeksiyon uygulamaları sayfasına, kapasite hesabının adımları için chiller seçimi rehberimize, fiyat ve teslim süresi için teklif formuna geçebilirsiniz.

Sıkça sorulanlar