Penukar Panas Kompresor di HVAC - Desain, Seleksi & Pemeliharaan

Peran Penukar Panas Kompresor dalam sistem HVAC

Itu penukar panas kompresor (seringkali oil cooler atau interstage/pendingin gas tergantung pada tipe sistem) menghilangkan panas yang dihasilkan selama kompresi dan mengkondisikan zat pendingin dan oli pelumas ke suhu pengoperasian yang aman. Tujuan utamanya adalah untuk melindungi masa pakai kompresor, menjaga kinerja pelumasan, menstabilkan termodinamika zat pendingin, dan menjaga suhu pelepasan sistem dalam batas desain.

Jenis penukar panas kompresor yang umum dan di mana mereka digunakan

Pemilihan tipe yang tepat bergantung pada kapasitas sistem, utilitas yang tersedia, tapak, dan kondisi lingkungan. Di bawah ini adalah jenis yang umum digunakan pada kompresor HVAC:

• Penukar tabung bersirip berpendingin udara: Opsi sederhana dengan utilitas air rendah yang digunakan pada banyak unit atap kecil hingga menengah atau unit paket di mana aliran udara sekitar tersedia.
• Penukar shell-and-tube berpendingin air: Perpindahan panas yang lebih tinggi per tapak; digunakan jika tersedia air dingin atau air menara pendingin dan pada kompresor ruang mekanis yang lebih besar.
• Penukar tipe pelat (brazed atau gasketed): Ringkas, efisien, dan digunakan di tempat yang ruangnya terbatas atau diperlukan perpindahan panas oli/refrigeran yang cepat.
• Pendingin oli terintegrasi: Penukar yang lebih kecil dan berpasangan erat di dalam paket kompresor yang digunakan untuk mengontrol suhu oli pelumas.

Parameter desain utama untuk ditentukan

Saat menentukan penukar panas kompresor, Anda harus mendokumentasikan kondisi pengoperasian aktual, bukan hanya kapasitas nominal. Parameter kritisnya adalah laju aliran refrigeran/minyak, suhu masuk/keluar, penurunan tekanan yang diijinkan, tekanan kerja maksimum, kimia fluida (kompatibilitas), faktor pengotoran, dan suhu lingkungan atau air pendingin.

Iturmal variables and required information

Menyediakan: beban panas yang diharapkan (kW atau BTU/jam) dari kompresor, sifat fluida sumber dan pembuangan, suhu pendekatan yang diijinkan (ΔTmin), dan operasi sementara atau terputus-putus yang akan mempengaruhi suhu dan ukuran rata-rata.

Persyaratan mekanis dan kemudahan servis

Sebutkan bahan yang diperlukan (baja tahan karat, tembaga, baja karbon), standar flensa, akses untuk pembersihan, dan apakah penukar harus dapat diganti atau dibersihkan di lapangan. Hal ini mempengaruhi biaya siklus hidup dan waktu henti.

Contoh pengukuran praktis (diperlukan aliran air pendingin)

Contoh ini menunjukkan cara menghitung laju aliran air pendingin yang diperlukan untuk menyerap panas kompresor. Gunakan neraca energi Q = ṁ · c · ΔT, dengan Q adalah beban kalor (W), ṁ adalah aliran massa (kg/s), c adalah kalor jenis (J/kg·K), dan ΔT adalah kenaikan suhu yang diperbolehkan (°C).

Contoh angka: asumsikan tugas panas kompresor Q = 50.000 W (50 kW), media pendingin adalah air dengan c = 4184 J/kg·K, dan ΔT yang diijinkan = 10 °C.

Langkah-langkah perhitungan:

• Mulailah dengan Q = ṁ · c · ΔT.
• Susun ulang: ṁ = Q / (c · ΔT).
• Hitung penyebutnya: c · ΔT = 4184 × 10 = 41,840 (J/kg).
• Hitung aliran massa: ṁ = 50.000 / 41.840 ≈ 1,195 kg/s.
• Konversikan ke aliran volumetrik (untuk air, 1 kg ≈ 1 L): 1,195 kg/s ≈ 1,195 L/s = 1,195 × 60 = 71,70 L/min.
• Hasilnya: diperlukan sekitar 1,20 kg/s (atau ~71,7 L/mnt) air pendingin untuk beban panas 50 kW dengan kenaikan 10 °C.

Metrik kinerja penukar panas untuk dievaluasi

Saat membandingkan opsi, evaluasi koefisien perpindahan panas keseluruhan (U), luas permukaan yang diperlukan (A) melalui Q = U·A·LMTD, penurunan tekanan di kedua sisi, suhu pendekatan (seberapa dekat fluida dingin dengan fluida panas), dan ketahanan terhadap pengotoran. Suhu pendekatan yang lebih rendah umumnya berarti A lebih besar atau U lebih tinggi.

Daftar periksa seleksi untuk insinyur dan kontraktor

• Konfirmasikan kurva penolakan panas kompresor aktual pada titik pengoperasian yang diharapkan, bukan hanya pada pelat nama saja.
• Tentukan suhu pelepasan maksimum yang diijinkan dan batas suhu oli yang ditetapkan oleh produsen kompresor.
• Cocokkan jenis penukar dengan utilitas yang tersedia (udara vs air), tapak, dan cara pemeliharaan.
• Tentukan batas penurunan tekanan untuk menghindari kompresor kelaparan atau pompa/kipas kelebihan beban.
• Sertakan tunjangan korosi dan kompatibilitas material untuk bahan kimia zat pendingin, minyak, dan air.
• Rancang faktor pengotoran yang realistis dan berikan akses untuk pembersihan mekanis atau kimia.

Praktik terbaik pemasangan dan perpipaan

Pasang penukar untuk drainase yang baik (oil cooler tidak boleh memerangkap oli). Sediakan katup isolasi dan bypass untuk pembersihan dan servis. Sertakan instrumentasi suhu dan tekanan di hulu dan hilir untuk kedua sirkuit guna memantau kinerja. Untuk penukar pelat, sertakan metode penggantian gasket yang aman atau prosedur penggantian pelat brazing dalam dokumentasi.

Pengoperasian, pemantauan, dan pemeliharaan

Inspeksi rutin memperpanjang masa pakai dan mempertahankan kinerja. Praktik yang direkomendasikan mencakup inspeksi visual triwulanan, pemantauan perbedaan suhu setiap bulan, pembersihan sirip samping udara secara berkala atau pembersihan mekanis/kimiawi pada permukaan sisi air, dan analisis oli untuk mendeteksi suhu tinggi atau kontaminan yang dapat mempercepat pengotoran.

Titik pemantauan rutin

• Catat pelepasan kompresor dan suhu oli dan bandingkan dengan kinerja dasar.
• Lacak suhu pendekatan dan catat setiap penyimpangan stabil yang menunjukkan adanya pengotoran atau penurunan kualitas pompa/kipas.
• Pantau penurunan tekanan di seluruh penukar untuk mendeteksi penyumbatan atau kerak.
• Untuk sistem berpendingin air, pantau kualitas air (kekerasan, pH, keberadaan biosida) untuk menghindari pengotoran yang cepat.

Memecahkan masalah umum

Gejala, kemungkinan penyebab, dan langkah tindakan pertama:

• Suhu pelepasan tinggi: Periksa laju aliran pendinginan, pengotoran, pengoperasian kipas, dan level oli. Bangun kembali aliran dan bersihkan permukaan.
• Peningkatan penurunan tekanan yang cepat: Periksa apakah ada serpihan, kerak, atau pipa yang roboh; lakukan pembersihan atau penggantian tabung sesuai kebutuhan.
• Kontaminasi minyak atau kontaminasi silang: Cairan uji; jika terjadi pencampuran refrigeran-minyak, ikuti prosedur pabrikan dan pertimbangkan penggantian penukar jika diduga ada kebocoran internal.
• Getaran atau kebisingan: Verifikasi pemasangan yang aman, periksa getaran yang disebabkan oleh aliran, dan pastikan sambungan ekspansi yang tepat berada di tempatnya.

Pertimbangan retrofit dan peningkatan

Saat melakukan retrofit pada kompresor lama, pertimbangkan untuk mengganti penukar pendingin udara yang kecil dan tidak efisien dengan unit pelat atau shell-and-tube jika ruang dan utilitas memungkinkan. Peningkatan yang mengurangi suhu pendekatan atau menurunkan konsumsi energi kipas/pompa dapat memberikan hasil yang cepat pada sistem besar. Selalu validasi kompatibilitas mekanis dan kompatibilitas zat pendingin/minyak saat mengganti bahan atau konfigurasi penukar.

Tabel perbandingan: panduan pengambilan keputusan cepat

Ringkasan — langkah praktis untuk hasil terbaik

Untuk kinerja penukar panas kompresor yang andal: kumpulkan data pengoperasian yang akurat, pilih jenis penukar yang sesuai dengan utilitas dan ruang, ukuran menggunakan tugas panas dan ΔT yang diizinkan, tentukan bahan dan faktor pengotoran, sediakan pembersihan dan pemantauan, dan ikuti jadwal pemeliharaan yang disiplin. Langkah-langkah ini mengurangi waktu henti, menghemat masa pakai kompresor, dan mengoptimalkan efisiensi pabrik HVAC secara keseluruhan.