VGF szaklap

Fagyálló hőátadó folyadékok

| |  310 | |

Fagyálló hőátadó folyadékok

A fagyálló hőátadó folyadékokat ma már meglehetősen széles körben használják az épületgépész gyakorlatban. Akár hűtőszerkezetekről, hőszivattyúkról akár napkollektorokról, talaj kollektorokról legyen szó, a minőségi, a megbízható hőátadó folyadékok használata elengedhetetlen. A fagyálló tulajdonság a legfőbb, de nem mellékes a folyadékok élettani és egyéb kémiai hatása sem.

Folyadékok fejlődéstana

Az ipari technológiai hűtésnél 1927-ben még a sólét (NaCl vizes oldatát) és a hűtő lúgoldatának (NaOH 30% vagy 60%-os) vizes oldatát használták, főként ammóniás hűtőrendszereknél hőközvetítő közegként. Értelemszerűen ehhez választották meg a megfelelő szerkezeti anyagokat, szivattyú tömszelencéket, tömítéseket, műszereket illetve a kondenzátor szerkezeti anyagait. A sólének – függetlenül attól, hogy nagyon olcsó megoldás -, viszonylag magas a fagyáspontja, maró, a szerkezetekben korróziót okozó hatását pedig nem kell külön ecsetelni. De a lúgoldat veszélyessége sem volt ismeretlen az ipari üzemek berkein belül, mert például a vegyipari technológiában máshol is kémiai alapanyagként vagy segédanyagként használták fel. Megfelelő lúgoldat töménységgel akár –20 ºC-os elpárologtató hőmérsékletnél is lehetett a fagyásmentes állapotot, illetve a megfelelő hőátadást biztosítani. A szerves kémia fejlődésével és a freonos hűtőközegek megjelenésével új hőátadó és fagyáspont csökkentő anyag, az MSDS Monoetilén glikol jelent meg. Ennek az anyagnak már lényegesen alacsonyabb a fagyáspontja (70% glikol 30% víz, –70 ºC).

Ma használatos hőátadó anyagok

  1. Etilén glikol
    Magyarországon a hőszivattyús, talaj kollektoros, és az ipari hűtő rendszerek döntő többségében, de a járművek hűtőrendszereiben is, etilén glikolt használnak fagyálló hőátadó folyadékként. Alacsony olvadáspontja, és kedvező ára ( kb. 200-300 Ft/Kg) miatt elterjedten alkalmazzák. A vízmolekulákkal erős hidrogénkötést képez, ami megakadályozza a szabályos jégkristályok kialakulását. Az erős hidrogénhíd létesítő képessége miatt nagyon alacsony az olvadáspontja. Az etilén glikol sejtméreg, az élő szervezetet nagymértékben károsíthatja.
  2. Propilén glikol
    Propilén glikolt alkalmaznak vákuum kollektoros rendszereknél, ahol magasabb hőmérsékletet is vegyi bomlás nélkül kell elviselni, de hőszivattyúknál, talaj kollektoroknál is alkalmazható. Nyugat Európában ugyanis az etilén glikol helyett a rendszereket propilén glikollal töltik, a meglévő rendszereket pedig cserélik. Előnye, hogy nem mérgező, az élelmiszeripar is előszeretettel használja. Üres járás esetén is bírnia kell a magas hőmérsékletet, így elég széles határon üzembiztos a közeg (–27 ºC...+260 ºC). Hígítással fizikai tulajdonsága megváltozik, bomlási hőmérséklet illetve forrpont +180 ºC és 260 ºC között változhat összetételtől, illetve nyomástól függően. A Propilén glikol C3H8O2 (CAS szám: 57-55-6) egy dialkohol, szintelen szagtalan, viszkózus, édes ízű folyadék, higroszkopikus vízzel jól elegyedik. Vizes oldatában az etilén glikolhoz hasonlóan, erős hidrogénkötések alakulnak ki, ezért az elegy fagyáspontja nagymértékben lecsökken. Biológiailag lebomlik, emberre nem mérgező, csatornába közvetlenül nem juthat, hulladékkezeléssel kell ártalmatlanítani. Fagyáspontja (70%) –58 ºC, amely az oldat töménységével változik.
    Mivel lényegesen drágább, mint az etilén glikol (a kereskedelmi ár szerint a propilén glikol ötször annyiba kerül, mint az etilén glikol), ezért nem annyira elterjedt Magyarországon. Elsősorban a hőszivattyús rendszerek HMV oldalán használják fagyálló hőátadó folyadékként, így ha beszivárog a használati melegvízbe, akkor sem okoz problémát.

Karban kell tartani a rendszert

Ipari üzemi etilén glikolos rendszereknél az oldott vastartalmat laborméréssel lehet ellenőrizni. Lényeges a PH érték semleges értéken tartása. A korrózió csökkentése, minden esetben a vasrozsda részecskék részáram szűréssel, a meglévő rendszerekből kiszűrjük, és megfelelő inhibitoros kezelés mellett az oldott Fe tartalom akár 10%-ra csökkenthető.

Bizonyított tény az is, hogy az időszakosan üzemelő ac. csővezetékek 1-2 év alatt lyukadásos korróziót  szenvednek, ezért le kell üríteni és semlegesített oldattal feltölteni, vagy minimális cirkuláció biztosítása szükséges.

A glikolos vizes oldat idővel a PH értékét elveszíti, ezért savas bomlásba kezd és a fagyáspontja is csökken. A glikol töménység változásával a fajhő értéke is, és a hőátadó képessége is megváltozik. Mint a kémiai jellemzőkből láttuk a sűrűség a szivattyúzási és a viszkozitás az áramlási tulajdonságot is megváltoztatja, ha a rendszer úgy van méretezve, akkor az áramlás átmeneti tartományból átmehet lamináris tartományba, és a Re számmegváltoztatásával rosszabb lesz a hőátadás. Ugyanazon hőmennyiség átadásához más tömegáramra van szükség.

Az inhibitorok besegítenek

A glikolokat inhibitorokkal látják el a gyártók, egyrészt korroziógátló, másrészt öregedést csökkentő adalékokkal. Az adalékoktól függően 3-5 évig tudják biztosítani, hatásukat. E hatások érvényességét, méréssel tudjuk ellenőrizni. Lényeges, hogy használat, iletve vásárlás előtt nézzük át a vegyszerek biztonsági adatlapját. A biztonsági adatlap (más néven biztonságtechnikai adatlap, (material) safety data sheet – (M)SDS) információt szolgáltat a felhasználók számára a vegyszerek, veszélyes anyagok fizikai, kémiai és élettani hatásairól, valamint a vegyi anyagok biztonsági felhasználásáról, a tárolásáról és a maradék biztonságos felhasználásáról.

Vannak szerves és szervtelen korroziógátló adalékok. A szerves adalékok, amin vegyületek filmet képezve, a felületen fejtik ki korrozzióvédő hatásukat. Szervetlen adalékok Nitril, Foszfát, Szilikát. Az adalékokkal kapcsolatban döntő a rendszerekbe beépített szerkezeti anyagok, így pl. gépkocsi esetében alumínium, öntöttvas, réz, ón.

A szervetlen adalékok az öregedés és a bomlás során (különösen élettartamon túl) kiválásokat, iszaposodást okozhatnak, rontva a hőátadást.

A kémiai bomlás figyelemmel kísérhető, a PH változás a törésmutató változással, fagyáspont csökkenéssel. A rendszereket, ha már az iszaposodás megkezdődött,a hőközvetítő folyadékot le kell cserélni,  mosófolyadékkal át kell mosni és új hőközvetítővel kell feltölteni. A használt glikol és mosófolyadék megsemmisítéséről a  környezetvédelmi előírások szerint kell eljárni. A glikolok vízzel keverve fagyáspont csökkenést okoznak, a fagyási pont elérésekor fonalszerű vízrácsok képződnek a glikolban. Ez azt jelenti, ha a fagyáspontot elérjük, esetleg minimális mértékben túllépjük, lemezes hőcserélő elpárologtatónál a szűk járatok miatt sérülést okozhat, míg ez nyalábcsöves elpárologtatónál nem okoz gondot fagyás szempontjából, de az áramlás szempontjából, dugulást okoz. A glikolt mindig ioncserélt vízzel vagy sótalan vízzel hígítjuk.

A glikolok előfordulnak természetben, növényi anyagokból előállíthatóak. (pl. cukorrépából, kukoricakeményítőből stb.) Szintetikus úton kémiai reakciókkal a vegyipar alapanyaga a propilén glikol (pl. kozmetika, élelmiszeripar stb.).

Mi ebből a tanulság?

A hűtési hőátadó folyadékokat fizikai, kémiai tulajdonságaik alapján illeszteni, tervezni kell egy adott illetve tervezett rendszerhez, azt közegváltás esetén méretezni kell, üzemközben a rendszert ellenőrizni szükséges.

Különösen fontos az ellenőrzés a fűtési illetve hűtési feladatot ellátó rendszereknél. A két glikol nem keverhető, a legtöbb esetben hiba a lila etilénglikol (adalékolt) és a bordó piros propilén glikol (adalékolt) keverése, de a két fajta glikol semmilyen körülmény között nem keverhető.

A két glikol fizikai és hőtani tulajdonsága eltérő, és eltérő módon változik a hőmérséklettel, ezek figyelmen kívül hagyása meglepetéseket okozhat a hőátadásnál, a hidraulikai rendszereknél és rontja a szolár rendszerek SCOP értékét is.

Klíma

Kapcsolódó