Vesi, mis on mitmesuguste tööstuslike protsesside põhielement, on selle ainulaadsete termofüüsikaliste omaduste tõttu peamine soojusülekande vahend. Vee külmumistemperatuuriga seotud piirang nõuab aga teatud stsenaariumide puhul alternatiivsete vedelike, näiteks antifriisilahuste kasutamist.
Vee paremus soojusülekande vahendina:
Vesi on oma kõrge soojusjuhtivuse ja soojusmahtuvuse tõttu väljapaistev soojusülekandevedelik tööstussüsteemides. Need omadused võimaldavad tõhusat soojuse neeldumist ja ülekandmist, muutes vee ideaalseks keskkonnaks süsteemides, mis nõuavad kiiret temperatuuri reguleerimist. Lisaks tagab vee madal viskoossus sujuva voolu läbi torude ja kanalite, suurendades süsteemi efektiivsust. Madal soojuspaisumine vähendab temperatuurimuutustest tingitud kahjustuste ohtu. Lisaks on vesi kergesti kättesaadav, odav ja keskkonnasõbralik, mistõttu on see eelistatud valik paljudes tööstuslikes rakendustes.
Vee piirang – külmumispunkt:
Vaatamata nendele eelistele on veel üks kriitiline puudus – selle külmumistemperatuur 0°C juures. See piirang kujutab endast märkimisväärset probleemi miinustemperatuuriga keskkondades, kuna külmunud vesi võib põhjustada süsteemi rikke või kahjustusi.
Vajadus antifriisi lahuste järele tööstusprotsessides:
Vee külmumistemperatuuri piirangutest ülesaamiseks pöördub tööstus antifriisilahenduste poole. Need on üliolulised toiduainete töötlemise sektoris, kus protsessid nõuavad sageli jahutamist. Samuti on ravimitootmises teatud temperatuuride säilitamine toote stabiilsuse ja tõhususe seisukohast kriitilise tähtsusega.
Toidu- ja farmaatsiatööstuses, aga ka tulekustutussüsteemides kasutatakse propüleenglükoolil või glütseriinil põhinevaid kahjutuid vesilahuseid. Päikesekollektorites kasutatakse propüleenglükoolil põhinevaid vedelikke.
Looduslikke lahendusi kasutatakse ka eramajade, lasteasutuste ja tööstusettevõtete küttesüsteemides, kus lahenduste joogisüsteemi sattumisel on vaja minimeerida kahjuriski. Propüleenglükoolidel ja glütseriinil põhinevad lahused on võrreldes etüleenglükooli lahustega ohutud.
MasterChemi laboris välja töötatud propüleenglükooli vesilahused jaotatakse külmumispunkti ja roostekaitse järgi rühmadesse.
Master ECO-20PRO™
Master on MasterChemi patenteeritud toode
ECO – tähendab propüleenglükoolil põhinevat vesilahust. (Teistel MasterChemi jahutusvedelike sarjadel on tähendus
BIO – glütseriini ja vee lahus
EWS – etüleenglükooli ja vee lahus
-10; -20; -30; -40; -50 vesilahuste külmumistemperatuur Celsiuse järgi
NOR – vesilahus ilma roostelisanditeta
PRO – roostevastase lisandiga vesilahus – sisaldab inhibiitorit
näiteks Master ECO-20PRO™ – propüleenglükoolil põhinev vesilahus, mis ei külmu temperatuuril kuni -20C ja sisaldab inhibiitorlisandeid
Propüleenglükooli vesilahuste omadused on tõepoolest kriitilised nende kasutamisel soojusülekandevedelikuna erinevates rakendustes. Arutame neid omadusi üksikasjalikumalt:
● Tihedus: propüleenglükooli vesilahustel on suurem tihedus kui vees, tavaliselt 6–8% suurem. See tihedus suureneb propüleenglükooli kontsentratsiooni suurenedes. Nende lahenduste suurem tihedus võib mõjutada voolu- ja soojusülekande omadusi süsteemides, kus neid kasutatakse.
● Erisoojus- ja soojusjuhtivus: propüleenglükooli lahuste erisoojus- ja soojusjuhtivus on madalamad kui vee omad ja vähenevad propüleenglükooli kontsentratsiooni suurenedes kuni 20%. See vähenemine muutub olulisemaks madalamatel temperatuuridel, eriti miinustingimustes. See tähendab, et lahuse soojuse säilitamise ja edasiandmise võime väheneb võrreldes veega.
● Viskoossus: propüleenglükooli vesilahuste nii kinemaatiline kui dünaamiline viskoossus on kõrgem kui vee viskoossus, positiivsetel temperatuuridel ligikaudu 4-5 korda kõrgem. Kui propüleenglükooli kontsentratsiooni tõstetakse ligikaudu 55%-ni (mis on tavaliselt praktiline piir), võib viskoossus suureneda 10-15 korda, eriti kui kristallisatsioonitemperatuur langeb ligikaudu -40 °C-ni. Kõrge viskoossus madalamatel temperatuuridel võib mõjutada lahuse pumbatavust ja voolavust, mis on süsteemi projekteerimisel ja töötamisel kriitiline tegur.
● Need omadused muudavad propüleenglükooli vesilahused eriti kasulikuks rakendustes, kus võib esineda külmumistemperatuure, näiteks HVAC-süsteemides, külmutusseadmetes ja erinevates tööstuslikes protsessides. Nende lahuste koostis on tasakaal nõutavate antifriisi omaduste ja soovitud soojusülekande omaduste vahel.
● Propüleenglükooli vesilahuseid kasutavate süsteemide projekteerimisel ja käitamisel on oluline, et insenerid ja tehnikud arvestaksid nende omadustega, et tagada optimaalne jõudlus ja tõhusus.
Propüleenglükooli vesilahuste suurenenud viskoossus negatiivsetel töötemperatuuridel põhjustab tegelikult märkimisväärseid hüdraulilisi kadusid torustike hõõrdumise ja hüdraulilise takistuse ületamise tõttu jahutus- ja tööstuslike kliimaseadmete kõigis komponentides. See tegur on süsteemi projekteerimisel ja toimimisel kriitiline, kuna suurema viskoossusega vedelikud vajavad pumpamiseks rohkem energiat, mille tulemuseks on suurenenud töökulud ja potentsiaalne süsteemi stress.
Lisaks nõuab propüleenglükooli lahuste soojuse erimahtuvuse ja soojusjuhtivuse vähenemine veega võrreldes kuni 20% võrra süsteemi töö kohandamist. Vajaliku soojusvõimsuse (energia) ülekande tagamiseks võib osutuda vajalikuks jahutusvedeliku tsirkulatsiooni kiiruse suurendamine või muud tehnilised lahendused. See võib mõjutada soojusülekande protsesside tõhusust ning kütte- ja jahutussüsteemide üldist jõudlust.
Need tegurid muutuvad eriti oluliseks erinevates kliimatingimustes, kus äärmuslikud temperatuurid võivad vedeliku omadusi oluliselt mõjutada. Kütte- ja tööstuslike kliimaseadmete projekteerimisel ja käitamisel peavad insenerid arvestama propüleenglükooli lahuste nende omadustega. See hõlmab alternatiivsete süsteemikonstruktsioonide, näiteks suuremate pumpade või torude kaalumist, et võtta arvesse vedeliku suurenenud viskoossust ja vähenenud soojusülekande efektiivsust.
Seega nõuab propüleenglükooli vesilahuste kasutamine äärmuslikel temperatuuridel nende termofüüsikaliste omaduste hoolikat kaalumist, et tagada süsteemi tõhus ja usaldusväärne töö. See võib hõlmata süsteemi parameetrite üksikasjalikku analüüsi ja potentsiaalselt keerukamaid või kulukamaid süsteemikujundusi, et neid probleeme tõhusalt lahendada.
Master ECO-10PRO™ 25% propüleenglükooli vesilahuse termofüüsikalised omadused, külmumistemperatuur miinus -10°C
| Lahuse temperatuur, t°C | Tihedus, kg/m**3 | Soojusmaht, keskmine, kJ/(kg*K) | Soojusjuhtivus, W/(m*K) | Dünaamiline viskoossus, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaatiline viskoossus, *10-6[(m**2/s] |
| -10°C | 1028 | 3.92 | 0.465 | 10,231 | 9.81 |
| 0°C | 1025 | 3.95 | 0.470 | 6,180 | 6.02 |
| 20°C | 1019 | 3.98 | 0.478 | 2,860 | 2.81 |
| 40°C | 1011 | 4.00 | 0.491 | 1.421 | 1.40 |
| 60°C | 998 | 4.03 | 0.505 | 0.903 | 0.90 |
| 80°C | 981 | 4.05 | 0.519 | 0.671 | 0.68 |
| 100°C | 973 | 4.08 | 0.533 | 0.509 | 0.52 |
Master ECO-20PRO™ 37% propüleenglükooli vesilahuse termofüüsikalised omadused, kristallisatsioonitemperatuur miinus -20°C
| Lahuse temperatuur, t°C | Tihedus, kg/m**3 | Soojusmaht, keskmine, kJ/(kg*K) | Soojusjuhtivus, W/(m*K) | Dünaamiline viskoossus, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaatiline viskoossus, *10-6[(m**2/s] |
| -20°C | 1051 | 3.68 | 0.420 | 47.25 | 45.10 |
| 0°C | 1045 | 3.72 | 0.425 | 12.54 | 12.12 |
| 20°C | 1036 | 3.77 | 0.429 | 4,562 | 4.41 |
| 40°C | 1025 | 3.82 | 0.433 | 2,261 | 2.23 |
| 60°C | 1012 | 3.88 | 0.437 | 1,320 | 1.30 |
| 80°C | 997 | 3.93 | 0.441 | 0.897 | 0.91 |
| 100°C | 982 | 4.00 | 0.445 | 0.687 | 0.71 |
Master ECO-30PRO™ 45% propüleenglükooli vesilahuse termofüüsikalised omadused, kristallisatsioonitemperatuur miinus -30°C
| Lahuse temperatuur, t°C | Tihedus, kg/m**3 | Soojusmaht, keskmine, kJ/(kg*K) | Soojusjuhtivus, W/(m*K) | Dünaamiline viskoossus, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaatiline viskoossus, *10-6[(m**2/s] |
| -30°C | 1066 | 3.45 | 0.397 | 160.2 | 150 |
| -20°C | 1062 | 3.49 | 0.396 | 74.3 | 70 |
| -10°C | 1058 | 3.52 | 0.395 | 31.74 | 30 |
| 0°C | 1054 | 3.56 | 0.395 | 18.97 | 18 |
| 20°C | 1044 | 3.62 | 0.394 | 6,264 | 6 |
| 40°C | 1033 | 3.69 | 0.393 | 2,978 | 2.9 |
| 60°C | 1015 | 3.76 | 0.391 | 1.624 | 1.6 |
| 80°C | 999 | 3.82 | 0.391 | 1.10 | 1.1 |
| 100°C | 984 | 3.89 | 0.390 | 0.807 | 0.82 |
Master ECO-40PRO™ 53% propüleenglükooli vesilahuse termofüüsikalised omadused, kristallisatsioonitemperatuur miinus -40°C
| Lahuse temperatuur, t°C | Tihedus, kg/m**3 | Soojusmaht, keskmine, kJ/(kg*K) | Soojusjuhtivus, W/(m*K) | Dünaamiline viskoossus, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaatiline viskoossus, *10-6[(m**2/s] |
| -40°C | 1069 | 3.15 | 0.373 | 212.0 | 215 |
| -30°C | 1068 | 3.22 | 0.374 | 180.5 | 180 |
| -20°C | 1066 | 3.26 | 0.376 | 83.3 | 80 |
| -10°C | 1052 | 3.29 | 0.375 | 39.74 | 40 |
| 0°C | 1058 | 3.33 | 0.375 | 22.67 | 23 |
| 20°C | 1046 | 3.39 | 0.374 | 7,534 | 8 |
| 40°C | 1038 | 3.46 | 0.378 | 3.025 | 3 |
| 60°C | 1021 | 3.53 | 0.384 | 1.814 | 1.9 |
| 80°C | 1014 | 3.59 | 0.385 | 1.21 | 1.3 |
| 100°C | 992 | 3.66 | 0.390 | 0.843 | 0.85 |
Master ECO-50PRO™ 60% propüleenglükooli vesilahuse termofüüsikalised omadused, kristallisatsioonitemperatuur miinus -50°C
| Lahuse temperatuur, t°C | Tihedus, kg/m**3 | Soojusmaht, keskmine, kJ/(kg*K) | Soojusjuhtivus, W/(m*K) | Dünaamiline viskoossus, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaatiline viskoossus, *10-6[(m**2/s] |
| -50°C | 1071 | Pole testitud | Pole testitud | Pole testitud | Pole testitud |
| -40°C | 1070 | 3.12 | 0.353 | 243.0 | 245 |
| -30°C | 1069 | 3.20 | 0.354 | 195.5 | 196 |
| -20°C | 1067 | 3.24 | 0.355 | 92.3 | 93 |
| -10°C | 1054 | 3.27 | 0.324 | 41,2 | 42 |
| 0°C | 1059 | 3.30 | 0.355 | 24.3 | 25 |
| 20°C | 1047 | 3.36 | 0.353 | 8.2 | 9 |
| 40°C | 1039 | 3.44 | 0.357 | 3.87 | 4 |
| 60°C | 1023 | 3.51 | 0.363 | 1.886 | 1.9 |
| 80°C | 1017 | 3.57 | 0.364 | 1.38 | 1.4 |
| 100°C | 998 | 3.64 | 0.370 | 0.874 | 0.88 |
Propüleenglükooli vesilahuste külmumistemperatuur on tõepoolest oluline termofüüsikaline parameeter, eriti madalate temperatuuride korral. Propüleenglükooli kontsentratsiooni ja külmumistemperatuuri vaheline seos on mittelineaarne.
Külmumistemperatuuri sõltuvus kontsentratsioonist. Kui propüleenglükooli kontsentratsioon vees suureneb, väheneb lahuse külmumistemperatuur. See külmumistemperatuuri langus on mittelineaarne, mis tähendab, et see ei vähene kontsentratsiooni suurenedes konstantsel kiirusel.
Praktiline minimaalne külmumistemperatuur: umbes 70% propüleenglükooli kontsentratsioonil saavutab lahus praktilise minimaalse külmumistemperatuuri umbes -58 °C. Kontsentratsiooni edasine suurendamine kuni 98% alandab külmumistemperatuuri vaid vähesel määral ligikaudu -60 °C-ni.
Standardkontsentratsioonid: Tavaliselt kasutatakse propüleenglükooli lahuseid standardkontsentratsioonides 30–40%. Seda vahemikku peetakse optimaalseks antifriisi omaduste ja lahuse muude füüsikaliste omaduste tasakaalustamiseks.
Kuluarvestus: jahutusvedeliku maksumus sõltub suuresti propüleenglükooli kontsentratsioonist. Üle 70% kontsentratsioonide kasutamist ei peeta üldiselt ökonoomseks, kuna külmumistemperatuur väheneb minimaalselt üle selle kontsentratsiooni.
Tihedus 20 °C juures: propüleenglükooli lahuste tihedus varieerub samuti sõltuvalt kontsentratsioonist ja arvutatakse tavaliselt standardtemperatuuril 20 °C. Propüleenglükooli kõrgemad kontsentratsioonid põhjustavad suuremat tihedust.
Need omadused on kriitilise tähtsusega selliste süsteemide projekteerimisel ja töös, mis kasutavad propüleenglükooli soojusülekandevedelikuna, eriti muutuva või madala temperatuuriga keskkondades. Insenerid peavad neid seoseid mõistma, et valida oma konkreetse rakenduse jaoks sobiv kontsentratsioon ning tagada süsteemi tõhusus ja kulutasuvus.
Läbipaistva propüleenglükooli kontsentratsiooni mõju vesilahuse külmumistemperatuurile. Lahuse tihedus temperatuuril 20°C.
| Propüleenglükooli kontsentratsioon, % | Külmumispunkt (kristalliseerumise algus), t°C |
Tihedus 20°C juures |
| 31% | -15 °C | 1.022 |
| 36% | -20 °C | 1.028 |
| 42% | -25 °C | 1.031 |
| 45% | -30 °C | 1.035 |
| 50% | -35 °C | 1.038 |
| 55% | -45 °C | 1,040 |
| 60% | -55 °C | 1,042 |
| 65% | -57 °C | 1,043 |
| 70% | -58 °C | 1,044 |
Master ECO jahutusvedelike kasutusiga on vähemalt 7 aastat. Jahutusvedeliku hind sõltub põhialuse komponendi kontsentratsioonist. Selle tellimisel ja ostmisel on vaja arvestada propüleenglükooli protsendiga jahutusvedeliku kaubamärgis. Sellest indikaatorist sõltub temperatuurivahemik, milles kogu hooaja madala külmumistemperatuuriga jahutusvedelik on töökorras.
Menetlus küttesüsteemi hädaseiskamise korral.
Propüleenglükooli ja vee lahused nulltemperatuuril ja madalamal on kõrge viskoossusega. Seega, kui süsteem on jahtunud, on soovitatav esmalt kütteelemendid ise sisse lülitada ja seejärel ringlust alustada. See vähendab pumpade koormust.
© 2024 Sergei Vesselkov. Kõik õigused kaitstud.
Kõik õigused on kaitstud ja ühtegi väljaande osa ei tohi ilma teie eelneva kirjaliku loata mis tahes kujul ega vahenditega, sealhulgas valguskoopiate tegemise, salvestamise või muude elektrooniliste või mehaaniliste meetoditega reprodutseerida, levitada ega edastada.