Jakie chłodnictwo dla mleczarni? Właściwy dobór czynnika chłodniczego
Aspekt użytkowy
Kilka lat temu utrwalił się w stereotyp, iż amoniakalna instalacja chłodnicza to przerdzewiały układ stalowych rur, grożący w każdej chwili rozszczelnieniem, co więcej obsługiwany stale przez kilku maszynistów, których głównym zadaniem jest sterowanie, regulacja i kontrola pracy instalacji. Przeciwnie instalacje freonowe. Pełna automatyzacja w zakresie załączania i regulacji – kontroli parametrów pracy, zdejmowały z właściciela szereg problemów i zmartwień. Pozostawała tylko od czasu do czasu konieczność uzupełniania freonu, który ma tendencje do wyparowywania z wielu nieszczelnych instalacji chłodniczych.
W rzeczywistości nowoczesne instalacje amoniakalne w niczym nie ustępują freonowym w aspekcie automatyzacji. Co więcej, w świetle obowiązujących w Polsce przepisów także i instalacje amoniakalne mogą być dopuszczone, pod pewnymi warunkami do eksploatacji bezobsługowej. Z pewnością należy więc porównywać instalacje amoniakalne i freonowe wykonane na podobnym poziomie jakości i zastosowanych technologii. Zarówno jedne jak i drugie mogą być sterowane na odległość przez łącza internetowe, nie potrzebują stałej obsługi i wykonane są w sposób zapewniający bezawaryjną i bezpieczną pracę.
Istotnym parametrem jest czas użytkowania instalacji. Zależy on przede wszystkim od zużycia części ruchomych. Sprężarki, zawory elektromagnetyczne, pompy czy też silniki stosowane w instalacjach amoniakalnych i freonowych zużywają się podobnie. Czas ich eksploatacji zależy głównie od troskliwości użytkownika. Sama instalacja to układ rur, kształtek i odpowiedniej armatury. W przypadku instalacji amoniakalnych oraz na dwutlenek węgla mamy do czynienia z rurociągami stalowymi, w przypadku freonów najczęściej z instalacjami miedzianymi.
Doświadczenie oparte na obserwacji, pozwala stwierdzić, iż dzięki stałemu obiegowi oleju w instalacji amoniakalnej, nie dochodzi do korozji rurociągów od wewnątrz. Można spokojnie założyć okres eksploatacji na kilkadziesiąt lat. Narażenie na korozja zewnętrznej powłoki rurociągu zależy głównie od zastosowanej izolacji. Ponieważ przypływ wilgoci w przypadku rurociągów chłodniczych jest od powietrza do powierzchni rury, tylko odpowiedniej klasy izolacja wilgociochronna zabezpiecza przed korozją stalowych rurociągów. Czas eksploatacji urządzeń sprężarkowych zależy od ich prawidłowego doboru, montażu oraz obsługi.
Praktyczne znaczenie ma zapach amoniaku wyczuwany nawet z odległości 500 metrów. Pozwala on wykryć nawet najmniejszą nieszczelność. Pracując z instalacjami freonowymi, stosujemy specjalne urządzenia, pozwalające wykryć bezwonny freon. Serwisowaliśmy instalację freonową, w której minimalnie uszkodzony został lamel parownika. Wydostawanie się freonu pozwoliły zdiagnozować dopiero czujniki, oraz niedobór czynnika w instalacji. Nieszczelność amoniaku zostałaby natychmiast zauważona. W rezultacie instalacja nie pracowała prawidłowo do czasu serwisu.
Drugą, przydatną dla praktyków cechą tego czynnika chłodniczego, jest doskonała rozpuszczalność w wodzie. Ułatwia ona między innymi usuwanie amoniaku z instalacji. Przepuszcza się wówczas pary amoniaku przez pojemnik z wodą. Do rozpuszczenia kilograma czynnika, wystarcza 5,5 litra wody. Obserwując pracę monterów i serwisantów urządzeń freonowych, należy stwierdzić, że wydostawanie się freonu do atmosfery, zdarza się często. Czasem jest to nieuchronne, właśnie z powodu właściwości fizycznych tego czynnika chłodniczego. Warto pamiętać, że określenie freonu jako bezpiecznego, oznacza jedynie spełnianie odpowiednich norm. Nie oznacza jednak nieszkodliwości czynnika.
Instalacje miedziane ze względu na miękkości tego metalu łatwo ulegają rozszczelnieniu. Narażenie na drgania oraz wymywanie przez przepływ wewnętrzny czynnika chłodniczego, dość szybko prowadzi do powstania nieszczelności. Brak zapachu czynników syntetycznych nie pozwala w łatwy sposób zdiagnozować tego problemu. Pierwszym objawem jest więc najczęściej wyraźny spadek wydajności chłodniczej.
Podstawowym problemem eksploatacyjnym w instalacji opartej na dwutlenku węgla, jest nisko usytuowany punkt krytyczny. Określa go temperatura 31,04°C oraz ciśnienie ponad 73 bar. Zdecydowanie wyższe ciśnienia niż w przypadku innych czynników chłodniczych (do 100 bar), wymagają zastosowania wyjątkowych urządzeń. O ile dostępna jest już na rynku armatura spełniająca wysokie wymagania jeśli chodzi o ciśnienie, o tyle niewiele jest sprężarek na dwutlenek węgla. Szereg zalet tego czynnika zachęca do badań i podejmowania prób. W Polsce powstało już kilka instalacji zbudowanych w układzie kaskadowym. Na drugim stopniu pracują urządzenia amoniakalne lub freonowe na pierwszym oparte na dwutlenku węgla. Jedną z pierwszych powojennych instalacji wykonało Grasso w oparciu o agregat sprężarkowy typu Cascade Unit 550.
Należy podkreślić, iż racjonalnym obszarem zastosowania instalacji CO2 jest przedział temperatur -35°C do -54°C. W przypadku wyższych temperatur, korzystniejsze jest zastosowanie instalacji amoniakalne. Dla porównania, sprężarka pracująca na dwutlenku węgla może mieć nawet 10– krotnie mniejszą wydajność objętościową niż na przykład R22 dla osiągnięcia tego samego efektu chłodniczego. Oznacza to oszczędność nie tylko energii elektrycznej, ale także zużycia poszczególnych elementów urządzeń.
Inną możliwością zastosowania CO2 w instalacji jest układ pośredni. Dwutlenek węgla zastępuje tu glikol lub solankę schładzaną w instalacji amoniakalnej. Skroplony czynnik jest następnie rozprężany w parowniku, gdzie odparowując pobiera 289,75 kJ/kg (entalpia parowania dla -20°C). Jest to taka ilość ciepła która podniosłaby temperaturę jednego kilograma glikolu propylenowego o ponad 90 K. W rezultacie zamiast rurociągów o średnicy 150 mm dla tej samej wydajności chłodniczej wystarcza linia 23mm. Zastosowanie CO2 pozwala osiągnąć temperatury, przy których lepkość solanki czy glikolu uniemożliwia normalną pracę układu.
Instalacje kaskadowe NH3/ CO2 lub też oparte na dwutlenku węgla jako substancji pośredniczącej pozwalają osiągnąć zdecydowanie korzystniejsze efekty pracy instalacji o temperaturach poniżej -35°C niż inne czynniki.
W przypadku instalacji w zakładach mleczarskich, najważniejszym zadaniem jest jednak uzyskanie wody lodowej. Wystarcza więc odparowanie na poziomie -5°C. W tym zakresie najkorzystniejsze są instalacje amoniakalne.