Net zoals het koelmiddel essentieel is voor de koeleigenschappen van een koelsysteem, is de koelolie cruciaal voor de correcte werking van de compressor. Smeermiddelen voor koelcompressors reduceren de wrijving, voorkomen slijtage en fungeren als een afdichting tussen de hoge- en lagedrukzones. Maar hoe kiest u de beste koelolie?
Hoewel smeren de belangrijkste functie blijft van koelolie, moet ze ook bestand zijn tegen extreme temperatuurverschillen en compatibel zijn met het koelmiddel.
Hoe werkt een koelsysteem?
De meest gangbare koelcyclus bestaat uit het circuleren, verdampen en condenseren van het koelmiddel in een gesloten systeem. Verdamping doet zich voor bij een lage temperatuur en een lage druk, terwijl condensatie gebeurt bij een hoge temperatuur en een hoge druk. Dit maakt het mogelijk om warmte te transporteren van een zone met een lage temperatuur naar een zone met een hoge temperatuur. Een overzicht van deze koelcyclus ziet u op afbeelding 1.
- Warme gecomprimeerde damp komt in de condensor waar hij wordt gekoeld en gecondenseerd in een vloeistof, hierbij wordt warmte gegenereerd.
- Het koelmiddel komt in de compressor in de dampfase en wordt gecomprimeerd tot een hogere druk, met een hogere temperatuur tot gevolg.
- Het koude mengsel komt in de verdamper. Het vloeibare deel van het koude koelmiddelmengsel wordt verdampt.
- Het gecondenseerde vloeibare koelmiddel stroomt door een expansieventiel waar de druk wordt verlaagd. De drukdaling resulteert in de verdamping van een deel van het vloeibare koelmiddel. Hierdoor daalt de temperatuur van de vloeistof en het damp-koelmiddelmengsel.
Welke koelmiddelen worden gebruikt voor koelsystemen?
- CFC (chloorfluorkoolstof): deze koelmiddelen zijn het schadelijkst voor de ozonlaag. Voorbeelden: R11, R12, R13, R13b1, R14, R113, R114 en R115.
- HCFC (hydrochloorfluorkoolstof): deze koelmiddelen zijn een beetje schadelijk voor de ozonlaag. Voorbeelden: R21, R22 en R123.
- HFC (hydrofluorkoolstof): deze koelmiddelen zijn niet schadelijk voor de ozonlaag. Minerale olie, PAO of alkylbenzenen zijn niet compatibel met HFC. Voorbeelden: R134a (gebruikt in airco’s van wagens) en R152a.
- Ammoniak (R717/NH3): Hoewel ammoniak milieuvriendelijk is, is puur ammoniakgas zeer giftig voor de mens. Ammoniak wordt op grote schaal gebruikt in grote industriële koelinstallaties.
Mengsels van CFC-, HCFC- en HFC-koelmiddelen zijn ook verkrijgbaar op de markt. Voorbeelden van deze mengsels zijn: R500 (=R12/R152a), R501 (=R22/R12) en R502 (R22/R115).
Hoe kiest u het juiste koelmiddel?
De belangrijkste eigenschappen van koelmiddelen zijn:
- kookpunt
- warmte nodig om de vloeistof te verdampen
- densiteit in vloeistof en dampfase
Het koelmiddel wordt hoofdzakelijk gekozen op basis van de relatie tussen de druk en de temperatuur in het bereik van de specifieke toepassing. De temperaturen van het koelmiddel in de verdamper en de condensor zijn de temperaturen van de koude en warme zones. Dit bepaalt de bedrijfsdruk in de verdamper en de condensor.
Vereisten van de koeloliën
1. Thermische stabiliteit
Koeloliën moeten correct werken bij een groot temperatuurbereik. De eindcompressietemperaturen in koelcompressors kunnen pieken tot 180 °C. Daarom moet de koelolie thermisch stabiel zijn. Als de olie vluchtige oliefracties bevat, komen de lichtere deeltjes als damp in het compressorsysteem waar ze condenseren en niet alleen de efficiëntie van de warmteoverdracht beperken, maar ook de olieviscositeit verhogen.
2. Chemische stabiliteit
Koeloliën moeten chemisch stabiel zijn om een reactie met het koelmiddel te vermijden.
3. Oplosbaarheid koelmiddel-oliemengsels
Koelmiddel-oliemengsels kunnen (deels) oplosbaar of onoplosbaar zijn. Een volledige oplosbaarheid vergemakkelijkt de smering, maar kan leiden tot aanzienlijke dalingen van de viscositeit in de compressor, waardoor de wrijving en de slijtage verhoogt. In tabel 1 vindt u een overzicht van de verschillende koelmiddelen die op de markt verkrijgbaar zijn en hun oploseigenschappen in combinatie met minerale olie (Q8 Stravinsky N).
| Volledig oplosbaar | Hoge
oplosbaarheid |
Gemiddelde | Lage
oplosbaarheid |
Niet
oplosbaar |
| R11
R12 R21 R113 R500 |
R13b1
R501 |
R22
R114
|
R13
R14 R115 R152a R502 |
NH3
CO2 |
Tabel 1: Oplosbaarheid van koelmiddelen in minerale olie (Q8 Stravinsky N)
Om goed te werken, moet het olie-koelmiddelmengsel een viscositeit hebben die hoog genoeg is om een goede afdichting en smering in de compressor te garanderen.
Hoe moet u een viscositeit-temperatuurgrafiek interpreteren?
Op afbeelding 2 ziet u de viscositeit-temperatuurgrafiek van verschillende mengsels van Q8 Stravinsky 68 en R22. De afbeelding toont dat de viscositeit aanzienlijk kan dalen, zelfs wanneer er weinig koelmiddel in het mengsel aanwezig is. Een te lage viscositeit leidt tot meer wrijving en een snellere slijtage. Antislijtageadditieven worden normaal niet gebruikt in koeloliën omdat er een risico bestaat dat de additieven en het koelmiddel op elkaar reageren.
Hoe moet u een oplosbaarheidsgrafiek interpreteren?
De oplosbaarheid van Q8 Stravinsky 68 en R22 is afhankelijk van de temperatuur en de olieconcentratie. Dit betekent dat Q8 Stravinsky 68 en R22 niet over het volledige druk- en temperatuurbereik kunnen worden gemengd. Wanneer een volledig opgelost koelmiddel-oliemengsel afgekoeld is, zal een punt worden bereikt waarop het volledig opgeloste mengsel zich in twee vloeibare fasen scheidt. Dit ziet u in de oplosbaarheidsgrafiek (afbeelding 3). Bij temperaturen die hoger zijn dan een bepaald punt op de lijn worden de twee stoffen oplosbaar, onder deze lijn scheiden ze.
4. Dampdruk
Wanneer een vloeistof kookt, wordt de toegevoegde warmte gebruikt om de kinetische energie van de moleculen te verhogen totdat ze niet langer in de vloeibare fase kunnen blijven en een damp (of een gas) vormen. Dit gebeurt bij een bepaalde druk, maar als de druk wordt verhoogd, zal ook het kookpunt hoger worden.
De relatie tussen druk en kookpunt voor gesatureerde toestanden (vloeibaar en damp) wordt gedefinieerd als de dampdrukgrafiek.
Hoe moet u een dampdrukgrafiek interpreteren?
Op afbeelding 4 ziet u de druk-temperatuurcurve voor verschillende gesatureerde mengsels van Q8 Stravinksy 68 en R22. De vloeibare fase bevindt zich links van de curve, de dampfase (gas) rechts. De vloeistof kan verdampen door ofwel de temperatuur te verhogen of de druk te verlagen. De dampdrukcurves zijn belangrijk, aangezien deze curves deels de condities van het bedoelde koelsysteem bepalen.
U kunt bovenstaande dampdrukcurves gebruiken om te bepalen wat de druk is voor een verdampings- of condensatieproces, het basisprincipe van de dampcompressiecyclus. Wanneer een vloeistof kookt, haalt ze warmte uit haar omgeving. Als de hierdoor geproduceerde damp getransporteerd wordt naar een nieuwe locatie en gecomprimeerd wordt tot een hogere druk, kan deze worden gecondenseerd bij een overeenkomstige hogere temperatuur, waarbij de warmte van de condensatie wordt vrijgegeven in de nieuwe omgeving.
Welke olietypes worden gebruikt voor koelsystemen?
- Alkylbenzenen (AB): deze koeloliën hebben een goede thermische en chemische stabiliteit. De mengbaarheid met koelmiddelen is groot. Alkylbenzenen zijn volledig oplosbaar met minerale oliën en PAO, waardoor mengsels kunnen worden gemaakt die de smeereigenschappen verbeteren.
- Polyalfaolefine (PAO): deze koeloliën hebben een goede thermische en chemische stabiliteit. PAO heeft ook uitstekende viscositeit-temperatuureigenschappen. De mengbaarheid met koelmiddelen is laag, daarom wordt PAO voornamelijk gebruikt in koeltoepassingen waarbij mengbaarheid geen rol speelt. PAO kan afdichtingen laten krimpen. Maar dit kan worden opgelost door PAO met AB te mengen.
- Polyolester (POE): deze koelolie is het meest gebruikte synthetische smeermiddel bij HFC-koelmiddelen, zoals R134a.
- Polyalkyleneglycol (PAG): deze koeloliën hebben een hoge viscositeitsindex en thermische stabiliteit. Maar PAG is hydroscopisch, wat betekent dat het water aantrekt. PAG kan worden opgelost in ammoniak.
- Minerale olie: Naftenische oliën hebben een laag vloeipunt, waardoor ze beter geschikt zijn bij lagere temperaturen.
Het Q8Oils-gamma koeloliën
Q8Oils heeft een volledige productportfolio. Het gamma bestaat uit naftenische oliën, alkylbenzenen, mengsels van PAO en alkylbenzenen en synthetische polyolesters.
Conclusie: kies uw koelolie zorgvuldig
De keuze van de koelolie is afhankelijk van de specificaties van de compressor en het gebruikte koelmiddel.
De koelolie moet chemisch en thermisch stabiel zijn en mag niet reageren met een koelmiddel. De interactie van de koelolie met het koelmiddel (bijv. oploseigenschappen) en hoe het mengsel presteert in de compressor zijn ook twee belangrijke factoren. Er kunnen problemen met het smeermiddel in een koelcompressor optreden wanneer de viscositeit van het smeermiddel te laag is of wanneer er geen olie meer is.
