De milieuproblemen, die vooral worden aangepakt via de protocollen van Montreal en Kyoto, hebben geleid tot de verandering van koudemiddeltechnieken voor koudeproductie door compressie, wat van invloed is geweest op de keuze van smeermiddelen.
Gilles Delafargue, expert ExxonMobil voor de Zone Europa, Afrika & Midden-Oosten, legt ons uit hoe synthetische smeermiddelen kunnen voldoen aan de evolutie van de koudeproductie door compressie en de energie-efficiëntie van de installaties kunnen verbeteren.
Mijnheer Delafargue, kunt u ons zeggen hoe u de evolutie van de koelmiddelenmarkt ziet?
G.D. : Het protocol van Montreal (1989) heeft geleid tot een stapsgewijze afbouw van koudemiddelen met een hoog ozonafbrekend vermogen (ODP) en heeft invloed gehad op het gebruik van koudemiddelen van het type chloorfluorkoolwaterstof (CFK – nu verboden) en hydrochloorfluorkoolwaterstof (HFCK – gebruiksverbod nakend). Het protocol van Kyoto (1997) heeft doelstellingen bepaald voor de beperking van broeikasgassen. Deze beslissingen hebben invloed gehad op bepaalde hydrofluorkoolwaterstoffen (HFK) met een hoog broeikaseffect (GWP), hoewel ze de ozonlaag niet aantasten, en dit heeft geleid tot de ontwikkeling van hydrofluoro-olefinen (HFO).
Deze evoluties van de wetgeving op de milieubescherming hebben rechtstreeks geleid tot een terugkeer naar het gebruik van ammoniak (NH3), kooldioxide (CO2) en in zekere mate koolwaterstoffen (HC). Het gebruik van HC blijft beperkt tot kleine huishoudelijke apparaten, maar de ontwikkeling van HC voor gebruik in grotere installaties, zoals industriële ijswatermachines, diepvries en koelinstallaties, gaat verder. De HFK’s blijven duidelijk aanwezig, hoewel de vervanging ervan door koudemiddelen van het type HFO met een laag GWP zal stijgen. In Europa hebben we de ontwikkeling van CO2 en vervolgens van HFO-1234yf kunnen vaststellen in airconditioning in voertuigen.
Met welke criteria moet rekening worden gehouden bij de keuze van een smeermiddel, gezien deze veranderingen?
G.D. : De meeste industriële installaties voor koudeproductie zijn compressiesystemen, waarin koude geproduceerd wordt door verdamping van een koudemiddel van het type HFK, HFO, HC, ammoniak of CO2. De aard van het koudemiddel, het type compressor compressor en de temperatuur van de verdamper bepalen het type smeermiddel en de viscositeit ervan. Ook de mengbaarheid en de oplosbaarheid van het mengsel koudemiddel/smeermiddel zijn belangrijke parameters waarmee rekening moet worden gehouden.
De juiste mengbaarheid smeermiddel/koudemiddel op de temperatuur van de verdamper is cruciaal voor ‘mengbare’ toepassingen (systemen zonder olieafscheider). Het mengsel koudemiddel/smeermiddel moet homogeen blijven tot het einde van de verdamping, zodat het terug kan stromen naar de compressor. Als de 2 componenten scheiden door een slechte mengbaarheid, blijft de olie in de verdamper gevangen zitten en tast het de efficiëntie van de koelinstallatie en/of de goede werking van de compressor (laag oliepeil) aanzienlijk aan. In de compressor gaan de hoge druk en de hoge temperatuur bijdragen aan een daling van de viscositeit van het smeermiddel (in verband met de oplosbaarheid van het koudemiddel in de olie). Een te lage viscositeit tast de bescherming tegen slijtage aan. De schadelijke effecten van een dalende viscositeit kunnen voorkomen worden door het type olie en de juiste viscositeit voor de toepassing te kiezen.
ExxonMobil heeft een groot aantal mengbaarheidscurven en ‘VDT’-curven (viscositeit/druk/temperatuur) opgesteld om ervoor te zorgen dat het geselecteerde smeermiddel overeenkomt met de eisen van mengbaarheid en viscositeit van de toepassing. De klanten profiteren ook van een technische assistentie dankzij de experts op het terrein of via het Europese centrum voor technische assistentie van ExxonMobil.
Welke smeermiddelen hebt u ontwikkeld om te voldoen aan koelinstallaties?
G.D. : ExxonMobil volgt de wetswijzigingen zorgvuldig en heeft kunnen voldoen aan de eisen op het gebied van milieubescherming door smeermiddelen met hoge prestaties op de markt te brengen voor toepassingen met ammoniak, HFO of CO2. De synthetische smeermiddelen Mobil EAL Arctic (‘Environmental Awareness Lubricant’) zijn speciaal ontwikkeld voor het smeren van compressoren en systemen die HFK-koudemiddelen gebruiken. Ze zijn samengesteld op basis van olie van het type polyolester (POE) en bezitten opmerkelijke eigenschappenop het gebied van smering en bescherming
tegen slijtage en een perfecte chemische stabiliteit en weerstand tegen thermische belasting.
De Mobil EAL Arctic zijn goed mengbaar met HFK’s en hebben kenmerken voor viscositeit/
druk/temperatuur die goed overeenkomen met een groot aantal HFK’s.
Grote installaties die gebruik maken van ammoniak als koudemiddel (weinig of niet mengbaar met smeermiddelen op basis van koolwaterstoffen), zijn uitgerust met olieafscheiders. Het is dan ook belangrijk om een smeermiddel te gebruiken dat absoluut niet mengbaar is met het koudemiddel en met een lage dampspanning, om invoer van olie in het circuit te voorkomen of te beperken. De oliën Mobil Gargoyle Arctic SHC 200, samengesteld op basis van olie van het type polyalfaolefinen (PAO), worden aanbevolen voor het smeren van koelcompressoren die op bijzonder hoge temperatuur functioneren met een lage temperatuur van de verdamper. De oplosbaarheid en mengbaarheid hiervan met koudemiddelen is laag, wat leidt tot dikke olielagen in aanwezigheid van koudemiddelen onder druk, zodat olielekken in de pakkingen van de compressoren beperkt worden.
Dankzij hun grote weerstand tegen verandering, hun hoge viscositeitsindex en hun uitstekende vloeibaarheid op lage temperatuur kunnen de oliën Mobil Gargoyle Arctic SHC 200 prestaties op hoog niveau leveren voor de strengste toepassingen met ammoniak. De Mobil Gargoyle Arctic SHC 200 kunnen ook gebruikt worden voor het smeren van installaties die weinig of niet mengbaar zijn met CO2. Bovendien zijn de Mobil Gargoyle Arctic SHC 200 geregistreerd NSF H1 en zijn dus toegestaan voor toepassingen met accidenteel contact met voedingsmiddelen.
Kan de keuze van het smeermiddel van invloed zijn op de energie-efficiëntie van de installatie?
G.D. : Vele installaties voor koudeproductie gebruiken momenteel ammoniak als koelvloeistof.
De voornaamste smeermiddelentechnologieën voor toepassingen met ammoniak zijn:
- minerale naftenische (MN) en minerale paraffinische oliën (MP), geraffineerd uit nafteen- of
paraffinehoudende ruwe aardolie - Synthetische oliën samengesteld op basis van polyalfaolefinen (PAO) of mengsels van PAO / AB
(Alkylbenzeen).
Een in 2011 gehouden gedetailleerd onderzoek van het onderzoekscentrum EMRE (ExxonMobil Research & Engineering) in de VS heeft aangetoond dat synthetische smeermiddelen uit PAO-technologie potentieel de beste technische keuze vormen voor applicaties op ammoniak in vergelijking met MN- en MP-technologieën (aanzienlijke mogelijkheid tot verbetering van de efficiëntie van de installatie, betere kenmerken bij lage temperatuur, betere controle van de oliedoorvoer, uitstekende controle van de viscositeit bij hoge temperatuur, betere uitdampingskenmerken.
De oliën Mobil Gargoyle Arctic SHC 200, metPAO-technologie, zonder paraffine, hebben opmerkelijke prestaties aangetoond bij niet mengbare toepassingen voor compressoren voor industrieel gebruik, in supermarkten of voor warmtepompen en specifiek in toepassingen met ammoniak. Bovendien heeft het onderzoekook aangetoond dat de viscositeit op lage temperatuur van de synthetische oliën Exxon-Mobil met PAO-technologie veel lager is dan die van oliën met minerale naftenische of paraffinische technologie. Zo kan de efficiëntie van de installatie aanzienlijk verbeterd worden door minimalisatie van de isolerende laag die wordt gegenereerd door de olie die gevangen zit in de verdamper en de efficiëntie van de warmteuitwisseling benadeelt.
De resultaten hebben ook bevestigd dat de oliënMobil Gargoyle Artic SHC 200 een uitstekende
weerstand bezitten tegen thermische belastingen oxidatie en een uitstekende chemische stabiliteit,
waardoor een potentiële verhoging van degebruiksduur van het smeermiddel, de oliewissels vermindere, de verhoging van de gebruiksduur van de filters en de beperking van lekken op de compressoras mogelijk wordt. Als voorbeeld, het gebruik van Mobil Gargoyle Arctic SHC 226E heeft een grote brouwerij in Polen in staat gesteld om in drie jaar 100.200 € te besparen. Na de overstap naar het synthetische smeermiddel (in plaats van de gebruikte minerale olie) zijn de intervallen voor olie verversen met 6 keer vermindert (dat wil zeggen, één maal per drie jaar in plaats van twee keer per jaar), waardoor bespaard wordt op de kosten voor het oliewissel, het onderhoud van de olieafscheider en de kosten voor de verwerking van de verontreinigde olie. Bovendien zijn de onderhoudskosten voor de compressor verlaagd dankzij een uitstekende controle van deoliekwaliteit.
Wat is volgens u het model voor koudeproductie van de toekomst?
G.D. : Alternatieve technologieën voor koudeproductie, zoals ‘magnetische koude’, beginnen op de markt te verschijnen. ‘Magnetische koude’ (een energiezuinig procedé) maakt het mogelijk om koude te produceren door een temperatuurwijziging van bepaalde legeringen als deze worden blootgesteld aan een magnetisch veld (‘magnetocalorisch effect’) zonder gebruik te maken van dure compressoren of koudemiddelen. Twee Europese ondernemingen hebben kort geleden de lancering over een jaar of twee, van hun project voor systemen met ‘magnetische koude-technologie, voor installaties voor huishoudelijk gebruik aangekondigd. Klassieke compressie-installaties, begeleidt door een evolutie naar koudemiddelen met een laag GWP, blijven echter op de markt.
Ter afsluiting: wat zou uw laatste aanbeveling zijn?
G.D. : De werking van een industriële koude-installatie gaat samen met het juiste onderhoud ervan. Storingen of capaciteitsverlagingen van installaties kunnen aanzienlijke productieverliezen of verlies van opgeslagen producten veroorzaken. Met het gebruik van koudemiddelen als ammoniak, CO2 en de HC en de stapsgewijze vervanging van de HFK door middelen van het type HFO met laag GWP, wordt het essentieel om smeermiddelen van hoge kwaliteit op de markt te brengen, die bovendien voldoen aan de milieueisen. ExxonMobil heeft op deze evoluties weten te reageren, door een gamma producten te ontwikkelen en wereldwijd op de markt te brengen om te voldoen aan de eisen van morgen, en zijn klanten aanbevelingen en technische assistentie te blijven bieden.
GILLES DELAFARGUE, EXXONMOBIL – Expert technische klantenservice
Gebruik van een mengbaarheidscurve
De rode curve geeftdeoplossingsgebieden aan tussen Mobil EAL Arctic 46 en het koudemiddel R-407C volgens de concentratie smeermiddel in het mengsel. Onder deze curve zijn we in aanwezigheid van 2 niet mengbare fasen. Boven deze curve vormen het smeermiddel en het koudemiddel slechts één fase. Numerieke toepassing: Voor de temperatuur van -25°C (groenelijn) vormen Mobil EAL Arctic 46 en het koudemiddel R-407C slechts één fase,onafhankelijk van de concentratie Mobil EAL Arctic 46. Bij -40°C (blauwe lijn): één enkele fase voor de concentraties Mobil EAL 46 lager dan 7,5%, 2 niet mengbase fases voor concentraties Mobil EAL Arctic 46 tussen 7,5 en 38%, één enkele fase boven 38% Mobil EAL Arctic 46.
ExxonMobil en Mobil zijn gedeponeerde handelsmerken van Exxon Mobil Corporation of één van zijn filialen, waaronder Esso S.A.F. die ze in Frankrijk commercialiseert. Esso S.A.F. Naamloze vennootschap met een kapitaal van €98.667.521,70 RCS Nanterre 542 010 053 5/6 Place de l’iris F – 92400 Courbevoie.