LIMITY PRE OLEJE S PRÍRODNÝMI CHLADIVAMI

Z konferencie IIR GL v Tronfheime

12.-15.6.2022

Joe Carnaza, Shrieve Chemical, USA

Spracoval: Doc Ing. Peter, Tomlein, PhD.

Podľa Joe Karnaza zo spoločnosti Shrieve Chemical Products, USA väčšina kompresorov používaných v chladiacich a klimatizačných aplikáciách vyžaduje mazivo na zabezpečenie mechanickej ochrany ložísk, odvod tepla z ložísk a utesnenie vôlí. Možnosti použiť akúkoľvek kombináciu chladiva a maziva sú obmedzené v dôsledku vlastnosti, ako je miešateľnosť alebo pracovná viskozita. V protiklade je vhodná viskozita pre dobré mazanie a dosahovanie čím vyššej energetickej efektívnosti a stability vlastností oleja.

Chladiarenský priemysel v poslednej dobe uskutočnil rad významných zmien kvôli problémom spojených s poškodzovaním ozónovej vrstvy a vplyvu na globálne otepľovanie. V dôsledku zákazu používania chladív poškodzujúcich ozónovú vrstvu vznikol rad významných alternatívnych chladív na báze fluórovaných uhľovodíkov a rozvinula sa možnosť použitia prírodných chladív, ako sú amoniak, oxid uhličitý a uhľovodíky.

Tak, ako je používanie chladív spojené s legislatívnymi a pokrokovými požiadavkami, tak je treba ku každému chladivu vhodne zvoliť aj mazací olej pre chladiace kompresory, ktorých je celý rad. Medzi najznámejšie typy olejov patria minerálne oleje, polyalfaolefiny, alkylbenzény, polyolestery a polyalkylenglykoly. Práve použitie polyalkylenglykolov dostáva v dnešnej dobe iný význam, lebo ich technológie výroby sú na veľmi vysokej úrovni a umožňujú vyrobiť presne taký polyalkylenglykol, ktorý vyžaduje dané chladivo. Najvýznamnejšie použitie jedného špeciálneho typu asymetricky blokovaných polyalkylenglykolov je pri použití chladiva CO2, ktorému sa v poslednej dobe dostáva čoraz väčšieho záujmu.

Výber správneho maziva pre prírodné chladivá spadá pod rovnaké kritériá ako pre chladivá na syntetickej báze. Príspevok oboznamuje, ako určiť, ktoré kombinácie chladiva a maziva sú prijateľné a ako toto pochopenie pomáha zvýšiť celkové výhody systému. Dôraz sa kladie na prírodné chladivá s určitým porovnaním so syntetickými chladivami a na porovnanie možností výberu mazív.

Oleje pre prírodné chladivá

ako sú uhľovodíky (propán a izobután), oxid uhličitý a amoniak sú dôležité testy miešateľnosti, rozpustnosti, pracovnej viskozity a stability.

Pri hodnotení vysoko rozpustných chladív s olejmi, ako je R-290, pomáha viskozita základného maziva a ďalšie vlastnosti vytvárať oleje, ktoré zachovávajú požiadavky na mazanie ložísk.

Pre mazivá s veľmi nízkou viskozitou môže byť potrebné vytvoriť a vyhodnotiť aditíva, ktoré udržia požiadavky na mazanie ložísk napríklad s chladivom R600a.

V terénnych skúškach chladív R-744 a R-717 v priemyselných a komerčných aplikáciách, ktoré ukazujú rôzne cesty k výberu najlepšieho maziva. Pri oxide uhličitom sú rozdiely medzi použitím POE, ktorý je rozpustnejší, a prechodom na PAG, ktorý pomáha znižovať rozpustnosť a zvyšovať pracovnú viskozitu pre dostatočnú ochranu ložísk. Aplikácie s amoniakom môžu byť upravené tak, aby používali alkylbenzénové mazivo a polyalkylénglykol, čo závisí od konštrukcie systému a potreby.

Použitie lepšie miešateľného PAG môže pomôcť zabezpečiť primeranú cirkuláciu oleja a návrat v systémoch priamej expanzie, čím sa eliminuje potreba a nákladnejších separačných techník na odlúčenie oleja.

Závery k používaniu nových olejov

Všetky chladivá predstavujú úroveň výziev, aby boli technicky a komerčne životaschopné. Je na inžinieroch a vedcoch, aby vybrali kandidátske chladivá, ktoré dosahujú dobré výsledky a umožňujú ich fungovanie. Na základe počtu novších chladív, ktoré sa hodnotia, je potrebné vyvinúť spôsoby skríningu kandidátov.

Chladivá s nižším GWP

založené na prírodnej chémii predstavujú produkty s rôznymi vlastnosťami a interakciou s mazivami. To si vyžaduje, aby ste sa na tieto chladivá pozerali individuálne a s rôznymi chemickými zložkami mazív. Tieto aktivity si vyžadujú efektívne spôsoby riadenia množstva testov prvým skríningom kandidátov.

Tento článok sa zameral na prírodné chladivá, ako sú uhľovodíky (propán a izobután), oxid uhličitý a amoniak. Ukázali sa spôsoby testovania miešateľnosti, rozpustnosti, pracovnej viskozity a stability, ktoré by každý vo svojich vlastných výsledkoch mohol eliminovať kandidátov.

Aditíva, ktoré udržia požiadavky na mazanie ložísk

Uvádzajú sa príklady laboratórnych štúdií s rôznymi prírodnými chladivami s nízkym GWP, ktoré poskytujú základné údaje pri hodnotení vysokorozpustných chladív, ako je R-290, a štúdie mazania na mazivách a prísadách s nižšou viskozitou pre R-600a. V prípade chladív s vyššou rozpustnosťou pomáha viskozita základného maziva a ďalšie vlastnosti vytvárať produkty, ktoré zachovávajú požiadavky na mazanie ložísk. Pre mazivá s veľmi nízkou viskozitou môže byť potrebné vytvoriť a vyhodnotiť aditíva, ktoré udržia požiadavky na mazanie ložísk.

Pri oxide uhličitom sú rozdiely medzi použitím POE a PAG

Sú diskutované prípadové štúdie o terénnych skúškach chladív R-744 a R-717 v priemyselných a komerčných aplikáciách, ktoré ukazujú rôzne cesty k výberu najlepšieho maziva. Pri oxide uhličitom sú rozdiely medzi použitím POE, ktorý je rozpustnejší, a prechodom na PAG, ktorý pomáha znižovať rozpustnosť a zvyšovať pracovnú viskozitu pre dostatočnú ochranu ložísk.

Aplikácie s amoniakom s PAG

Aplikácie s amoniakom môžu byť upravené tak, aby používali alkylbenzénové mazivo a polyalkylénglykol, čo skutočne závisí od konštrukcie systému a potreby. Použitie lepšie miešateľného PAG môže pomôcť zabezpečiť primeranú cirkuláciu oleja a návrat v systémoch priamej expanzie, čím sa eliminuje potreba sofistikovanejších a nákladnejších separačných techník a zariadení.

Práve použitie PAG dostáva v dnešnej dobe iný význam, lebo ich technológia výroby je na veľmi vysokej úrovni a umožňuje vyrobiť presne taký PAG, ktorý vyžaduje dané chladivo.

Najvýznamnejšie použitie jedného špeciálneho typu asymetricky blokovaných PAG je pri použití chladiva CO2, ktorému sa poslednú dobu dostáva čoraz väčší záujem, a preto je potrebné sa na túto aplikáciu pozrieť podrobnejšie. Vysvetlenie použitia asymetricky blokovaných PAG pri použití chladiva CO2 možno nájsť v porovnaní vlastností s ostatnými olejmi.

Vlastnosti PAG olejov

Mazivosť - Vďaka vynikajúcim výsledkom v mazivostných testoch poskytujú asymetricky blokované PAG vynikajúcu ochranu systému.
Hygroskopickosť - Hoci oleje na báze PAG majú vyššia hygroskopickosť než oleje na báze POE, voda je s molekulou PAG spojená vodíkovými väzbami a nereaguje s ňou. Na druhej strane voda u olejov na báze POE môže rozštiepiť esterovú väzbu (esterifikácia je spätný reakčný proces), a tým dôjde k vzniku alkoholu a organickej kyseliny v chladiacom systéme.
Vlhkosť v chladiacom systéme, ktorá sa zachytila na molekule PAG, možno ľahko odstrániť výmenou oleja. Navyše asymetricky blokované PAG vyrábané najmodernejšou výrobnou technológiou dosahujú nižšiu hygroskopickosť než bežné PAG.
Kyslosť - V chladiacich systémoch s CO2 zvyčajne kyslosť pochádza z reakcie plynu s vlhkosťou zachytenou v oleji či v systéme vplyvom zlého vákua na začiatku prevádzky. Vznikajúci kyselina uhličitá je slabá a bežne olej nerozkladá. Ako už bolo uvedené vyššie, v chladiacich systémoch s
CO2 sa najčastejšie používajú asymetricky blokované PAG. Rovnako ako v prípade vlhkosti, molekula PAG nemá s kyslosťou problém. Naproti tomu u POE vzniká problém s rozkladom molekuly. Odlišná situácia je pri náraste kyslosti pri vyhorení motoru. V tomto prípade je potrebné dodržať štandardný postup výmeny oleja.
Rozpustnosť - V chladiacich systémoch s CO2 (suché výparníky alebo priame expanzné systémy) je dôležitá rozpustnosť medzi chladivom a mazivom, pretože časť maziva sa dostaví s prúdom chladiva do systému potrubí. Olej sa musí vrátiť do kľukovej skrine kompresorov s chladivom.

PAG oleje majú dostatočnú rozpustnosť

pre návrat späť s chladivom, ale nie príliš vysokú, aby viedlo k problémom v kompresoroch (zníženie viskozity oleja, penivosť). Pri náhlom znížení tlaku môže dôjsť k veľkej penivosti vplyvom úniku chladiva z oleja, čo môže znížiť namazanie pohyblivých časti.

Oleje typu POE majú vyššiu rozpustnosť CO2 než oleje typu PAG. Preto pri ich použití v chladiacich systémoch s CO2 je treba starostlivo sledovať teplotu oleja v kľukovej skrini, aby sa udržala dostatočná teplota oleja pre zníženie množstva rozpusteného plynu na minimum.

Prechod z POE na PAG

Tieto dva typy olejov sú plne miešateľné. Problémom je, že zmes olejov počas prevádzky nadmerne pení, čo môže zastaviť kompresor. Pri prechode z POE na PAG je treba vypustiť starý olej, najlepšie keď je ešte teplý, aby sa dosiahlo čo najnižšieho zvyškového množstva (najlepšie do 2%). Potom naplňte systém olejom typu PAG a prevádzkujte pod minimálnym zaťažením najlepšie po dobu 48 hodín pre vyprázdnenie zvyškového starého maziva z ťažko odtokových oblasti. Potom preplachový olej vylejte a nalejte nový PAG olej.

Všetky kroky od voľby vhodného maziva až po výmenu oleja je treba vždy konzultovať s dodávateľom oleja pre chladiace kompresory.

Viac informácií nájdete v časopise Správy 3/2023