KOELATLAS
Cool and Comfort 99 – november 2023
De uitdagingen van het smeren van koelcompressoren
Kurt Vannieuwenhuyze (Climalife)
Olie is een essentieel onderdeel van een koelinstallatie. In het onderstaande artikel bespreken we belangrijkste functies ervan, alsook de good practices om een optimale werking van het systeem te garanderen en de juiste keuze te maken.
Rol van het smeermiddel in een koelsysteem
Olie heeft verschillende functies in een koelsysteem. Het smeert de bewegende delen van compressoren, zoals zuigers, schroeven, scrolls en lamellen, enz. Het zorgt eveneens voor de afdichting, doordat de dichtingen opzwellen, afvoeren van warmte en tenslotte functioneert het zowel als aandrijfvloeistof voor bepaalde regelapparatuur bij schroefcompressoren en als koelvloeistof.
Wat zijn de essentiële eigenschappen van de olie?
- Smering, wat samenhangt met de dikte van de oliefilm.
- Oplosbaarheid met het koudemiddel. Koudemiddel dat oplost in de olie veroorzaakt een viscositeitsvermindering en kan soms schuimen bij het opstarten, welke ongewenst is. De oplosbaarheid moet dus zo laag mogelijk zijn.
- Mengbaarheid met het koudemiddel in vloeibare toestand. De olie wordt in het systeem mechanisch meegevoerd en mag niet stagneren in het circuit en moet terug te keren naar de compressor. De mengbaarheid moet zo goed mogelijk zijn.
- De viscositeit, die afhangt van de technologieën en de temperaturen in het systeem. Deze moet de juiste dikte van de oliefilm tussen de bewegende delen garanderen.
Ondanks olieafscheiders (merk op dat niet alle installaties deze hebben), wordt de olie door het hele systeem verspreid en heeft het de neiging om zich op te hopen in de koudste gebieden. Deze zal zich afzetten op de wanden van de wisselaars (vooral de verdampers) en hun efficiëntie verminderen. Als de olie niet goed terugstroomt naar de compressor, kan dit defecten veroorzaken. Zoals defecten bij de oliepomp of het vastlopen van compressor (niet alle compressoren hebben oliepompen).
Rekening houdend met deze criteria moet de olie zorgvuldig worden gekozen, zodat deze het meest geschikt is voor de installatie.
Hoe kies je de juiste olie?
De keuze van het smeermiddel is cruciaal voor de goede werking van het koelsysteem. Het moet worden gekozen in functie van het type olie, type compressor en het gebruikte koudemiddel. Het moet worden afgestemd om smeringsproblemen te voorkomen, die de belangrijkste oorzaak zijn van defecten aan de compressor. In sommige gevallen kan een verandering van smeermiddel zelfs de prestaties van een installatie verbeteren en/of problemen oplossen.
De keuze van het smeermiddel heeft namelijk een aanzienlijke invloed op de energie-efficiëntie van de installatie. Hoewel koelolie geen energie opwekt, beïnvloeden haar eigenschappen rechtstreeks de vermindering van energieverliezen. De viscositeit is de stromingsweerstand van het smeermiddel: hoe lager de viscositeit, hoe minder energie er nodig is om de compressor te laten werken. Een te lage viscositeit kan de machine echter beschadigen door breuk van de oliefilm.
De wrijvingscoëfficiënt is een maat voor het vermogen van de smeermiddelmoleculen om over elkaar te glijden wanneer zij worden onderworpen aan druk en afschuifmodulus. Deze mag niet worden verward met de wrijvingscoëfficiënt tussen twee bewegende onderdelen in relatieve beweging..
Ook de vluchtigheid is belangrijk, want hoe minder olie het koudemiddel in het systeem meeneemt, hoe efficiënter de verdampers zijn.
De koude-eigenschappen, met name de vloeibaarheid van de olie bij zeer lage temperaturen, dragen sterk bij tot de verbetering van het rendement van de verdampers.
Uit een technisch artikel van Grasso blijkt dat de dikte van de oliefilm die zich aan de buiswanden in de verdamper hecht, afhankelijk is van de viscositeit van het smeermiddel. Zo kan verontreiniging van vloeibare ammoniak met smeermiddel de warmteoverdracht met 25% en de prestatiecoëfficiënt (COP) met meer dan 4% verminderen. Door synthetische oliën te gebruiken kan de oliefilmdikte bij -35°C met meer dan 50% en bij -40°C met maximaal 74% worden verminderd in vergelijking met minerale oliën.
Hoogwaardige synthetische oliën kunnen dus aanzienlijke voordelen bieden ten opzichte van traditionele minerale oliën op het gebied van energie-efficiëntie.
Oliën voor HFO-koudemiddelen en HFO-mengsels
Producenten van HFK’s hebben oplossingen met een zeer laag GWP ontwikkeld, die hydrofluorolefinen (HFO’s) worden genoemd. Een van de belangrijkste voordelen van HFO’s is dat zij een zeer laag GWP bieden met interessante eigenschappen. Deze koudemiddelen zijn geclassificeerd als A2L – licht ontvlambaar, in tegenstelling tot hoog ontvlambare koolwaterstoffen.
Een belangrijke factor is de interactie tussen deze nieuwe A2L-koudemiddelen en de olie in de compressor.
Zuivere HFO’s, met hun dubbele onverzadigde binding, hebben een hogere oplosbaarheid met bestaande polyolesteroliën (POE) dan HFK’s. Er is ook een hogere mengbaarheid, maar in combinatie met de hogere oplosbaarheid leidt dit tot een grotere verdunning en dus een verlaging van de viscositeit van de compressor. Zo zou de gewenste viscositeit van 18 cSt kunnen worden gehalveerd als in bestaande compressoren een standaardolie wordt gebruikt met R-1234ze bij dezelfde snelheden, hetgeen aanzienlijke risico’s voor de compressor zou opleveren.
De viscositeit zou aanzienlijk lager zijn dan de door de compressorfabrikanten vastgestelde minimumgrens (doorgaans 10-15 cSt voor een zuigercompressor). Een lagere viscositeit leidt tot slijtage van de bewegende delen van de compressor en bedrijfsverlies als de compressor uitvalt waardoor het systeem wordt stilgelegd. Het gebruik van standaardoliën met HFK/HFO-mengsels resulteert in een lagere viscositeitsdaling, welke schadelijk kan zijn.
Daarom zijn specifieke oliën ontwikkeld en geformuleerd om de mengbaarheid, de smeringskwaliteit, de viscositeitsgraad, de chemische stabiliteit, de materiaalcompatibiliteit, de kosten en de beschikbaarheid te handhaven en te verbeteren en zo de risico’s van het gebruik van standaardoliën te beperken.
Het onderhoud
Om het risico van breuken te voorkomen is het belangrijk de door de fabrikant aanbevolen olieverversingsintervallen in acht te nemen en geen olie te mengen. Regelmatig preventief onderhoud moet worden uitgevoerd met bijvoorbeeld Acitest Unipro WW, maar ook meer geavanceerde laboratoriumanalyses zoals Axilis Oils, om de conditie van de installatie te controleren aan de hand van de kwaliteit van de olie en de verontreinigingen.
Hieronder volgt een lijst van goede praktijken voor het onderhoud van koelsystemen: