Verwendung der p-t- Analyse als Hilfsmittel für die Wartung

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1 Verwendung der p-t- Analyse als Hilfsmittel für die Wartung Hersteller von Kältemitteln, Komponenten und andere Lieferanten verteilen jedes Jahr Hunderttausende von Druck- Temperatur-Tabellen innerhalb der Branche. Es wäre tatsächlich schwierig, einen Wartungstechniker zu finden, der nicht sofort eine Druck- Temperatur-Karte oder eine entsprechende Anwendung zur Hand hätte, wenn er danach gefragt wird. Obwohl diese so weit verbreitet sind und der Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur häufig betrachtet wird, nutzen nur sehr wenige Wartungstechniker die p-t-analyse ordnungsgemäß für die Diagnose bei Wartungsproblemen. Ziel dieses Artikels ist die korrekte Anwendung, sowie den Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur zu erläutern und dabei aufzuzeigen, wie man diese Werte für eine gründliche Analyse einer Kälteoder Klimaanlage einsetzt. Merkmale der p-t-karte/chillmaster p-t Chart: Kältemittel 134a, 404A, 407A, 507, CO2 Anweisungen zum Bestimmen der Überhitzung Systematische Analyse Praktische Taschengröße Mobile App für Android oder ios

2 Page 2 FORM Kältemittel in drei Zuständen Bevor wir zur tatsächlichen Verwendung der p-t-karte/app kommen, sehen wir uns kurz das Kältesystem an und betrachten genau, wie der Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur angewendet werden kann. Das Kältemittel in einem Kältesystem liegt in einer der folgenden Zuständen vor: 1. Vollständig flüssig 2. Vollständig dampfförmig 3. Eine Mischung aus Flüssigkeit und Abbildung 1 zeigt, in welcher Form das Kältemittel an verschiedenen Punkten in einem normal funktionierenden Kältesystem vorliegt. Sie sehen, dass auf der Hochdruck- Seite Kältemittel in allen drei oben genannten Zuständen vorliegt. Die Druckleitung enthält nur. Der Verflüssiger, in dem der zu einer Flüssigkeit kondensiert, enthält eine Mischung aus Flüssigkeit und. Die Leitung zwischen Verflüssiger und Sammler enthält normalerweise nur Flüssigkeit, auch wenn es nicht ungewöhnlich wäre, wenn diese Leitung auch etwas mit der Flüssigkeit vermischten enthielte. Da der Sammler einen bestimmten Flüssigkeitspegel enthält, befindet sich an der Oberfläche der Flüssigkeit eine Mischung aus Flüssigkeit und. Die Flüssigkeitsleitung, die vom Sammler zum thermostatischen Expansionsventil führt, sollte ausschließlich Flüssigkeit enthalten. In die Leitung ist häufig ein Schauglas oder ein Feuchtigkeitsindikator eingebaut. Damit kann leicht festgestellt werden, ob das flüssige Kältemittel vollständig frei von ist. Die Niederdruck-Seite des Systems enthält normalerweise nur Kältemittel in zwei der drei Formen, die zuvor aufgeführt wurden. Die Niederdruck-Seite enthält ausschließlich in der Saugleitung. Aus dem Thermostatischen Expansionsventil tritt eine Mischung aus und Flüssigkeit aus. Diese Mischung besteht (in sich ändernden Anteilen) fast bis zum Austritt des Verdampfers. Abbildung 1 Verdampfer Flüssigkeit Compressor Verflüssiger Mischung aus und Flüssigkeit Sammler Zustand des Kältemittels in einem normal funktionierenden Kühlsystem

3 Wenn das Kältemittel gesättigt ist FORM Page 3 Es gilt zu beachten, dass das Verhältnis zwischen Druck und Temperatur, wie auf der p-t-karte/app angegeben, nur für eine Mischung aus Kältemittel und flüssigem ausschlaggebend ist. Daher gibt es nur drei Punkte im normal funktionierenden Kältesystem, an denen der Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur mit Gewissheit bestimmt werden kann. Diese Punkte sind der Verdampfer, der Verflüssiger und der Sammler. Hier kann erwiesenermaßen Kältemittel sowohl in Form von Flüssigkeit als auch von gemischt vorhanden sein. Wenn Kältemittel gleichzeitig als Flüssigkeit und vorliegt, bezeichnet man diesen Zustand als gesättigt. Wenn wir also den Druck an einem beliebigen dieser Punkte bestimmen können, lässt sich problemlos die Sättigungstemperatur feststellen, indem man einfach den Druck auf einer p-t-karte/in einer App heraussucht und die entsprechende Temperatur abliest. Wenn wir umgekehrt die Temperatur an diesen drei Punkten exakt messen können, ist es auch möglich, den Sättigungsdruck aus dem p-t-zusammenhang abzuleiten, indem wir den Druck heraussuchen, der der von uns gemessenen Temperatur entspricht. Wenn Überhitzung oder Unterkühlung angezeigt wird An den Stellen im System, an denen sich nur befindet, liegt die tatsächliche Temperatur über der Sättigungstemperatur. In diesem Fall entspricht der Unterschied zwischen gemessener und Sättigungstemperatur an der jeweiligen Stelle dem Grad der Überhitzung. Die Temperatur des es könnte der Sättigungstemperatur entsprechen, in der Praxis liegt sie jedoch immer darüber. Wären diese Temperaturen gleich, betrüge der Grad der Überhitzung null. An Stellen, an denen bekanntermaßen nur Flüssigkeit vorhanden ist, beispielsweise in der Flüssigkeitsleitung, liegt diegemessene Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur. In diesem Fall entspricht der Unterschied zwischen gemessener und Sättigungstemperatur dem Grad der Flüssigkeitsunterkühlung. Es ist wiederum möglich, dass die tatsächlich gemessene Temperatur der Sättigungstemperatur entspricht. In diesem Fall würde der Grad der Unterkühlung mit null angegeben. Analyse des Kältemittelzustands Abbildung 2 zeigt einige realistische Druck-Temperatur-Messungen in einem normal funktionierenden System mit dem Kältemittel R-134a. Dies gibt eventuell einen besseren Einblick in den Zustand des Kältemittels an den verschiedenen Punkten. Die in Verdampfermitte gemessene Temperatur beträgt 7,2 C. Ein an dieser Stelle montiertes Manometer zeigt einen Druck von 1,24 barg an. Auf der p-t-karte sehen wir, dass 1,2 barg einer Temperatur von 7,2 C entspricht. Man könnte auch sagen, dass sowohl Überhitzung als auch Unterkühlung null betragen. Daher ist das Kältemittel gesättigt oder befindet sich mit anderen Worten am Siedepunkt. Das war zu erwarten, da bei gleichzeitigem Vorhandensein von flüssigem und dampfförmigem Kältemittel der p-t- Zusammenhang gilt. Ein in der Saugleitung angebrachtes Manometer misst 1,1 barg. Wenn an dieser Stelle eine Mischung aus Flüssigkeit und vorläge, entspräche die gemessene Temperatur der Sättigungstemperatur, also -8,7 C. Die tatsächlich in diesem Fall gemessene Temperatur beträgt jedoch -2,8 C. Der Grad der Überhitzung im entspricht dem Unterschied zwischen der gemessenen Temperatur von -2,8 C und der Sättigungstemperatur (laut p-t- Tabelle) von -5,9 C. Daher beträgt die Überhitzung 5,4 K. Wenn wir auch am Verdichtereintritt 1,1 barg mit der gemessenen Temperatur von 8,3 C messen, betrüge die Überhitzung in diesem Fall 17K. Diese wird durch Abziehen der Sättigungstemperatur, die 1,1 barg (-8,7 C) entspricht, von der gemessenen Temperatur von 8,3 C berechnet. Betrachten wir nun das Manometer, das wir in der Mitte des Verflüssigers angebracht haben und das 10,9 barg anzeigt. Laut p-t-karte bzw. App beträgt die Sättigungstemperatur 46,1 C. Dabei handelt es sich um die Temperatur, die wir messen könnten, wenn wir ein Thermometer an der Stelle im Kältemittel platzierten, an der es von in eine Flüssigkeit übergeht. An dieser Stelle gibt es keinen Unterschied zwischen der gemessenen und der Sättigungstemperatur. Man könnte auch sagen, dass sowohl Überhitzung als auch Unterkühlung null betragen. Deshalb ist das Kältemittel gesättigt oder befindet sich mit anderen Worten am Siedepunkt. In unserem Beispiel messen wir außerdem 10,9 barg an der Austrittleitung des Verdichters. Die gemessene Temperatur beträgt hier 93,3 C. Wird die Überhitzung so berechnet, wie dies auch für die Saugleitung erfolgte (Unterschied zwischen gemessener Temperatur und Sättigungstemperatur), stellt man fest, dass die Überhitzung 47,2 K beträgt.

4 Page 4 FORM Abbildung 2 C D-T-Äquivalent to 1.1 bar Überhitzung C -8.7 C 5.9 K D-T-Äquivalent to 1.2 bar Überhitzung & Unterkühlung C -7.2 C 0 K D-T-Äquivalent to 9.7 bar Unterkühlung C 42.0 C 1.4 K Verdampfer D-T-Äquivalent to 10.9 bar Überhitzung 93.3 C 46.1 C 47.2 K D-T-Äquivalent to 10.9 bar Überhitzung & Unterkühlung 46.1 C 46.1 C 0 K Flüssigkeit Compressor 1.1 Verflüssiger D-T-Äquivalent to 10.1 bar Überhitzung & Unterkühlung 43.4 C 43.4 C 0 K 10.1 Mischung aus und Flüssigkeit D-T-Äquivalent to 1.1 bar Überhitzung 8.3 C -8.7 C 17 K 10.1 Sammler D-T-Äquivalent to 10.1 bar Unterkühlung 40.6 C 43.4 C 2.8 K R-134a Beispiel tatsächlicher Druck-Temperatur-Messungen in einem normal funktionierenden System. Wenn in einem System ein Flüssigkeitssammler eingesetzt wird, kann es nicht zu einer Unterkühlung an der Oberfläche der Flüssigkeit im Sammler kommen. Das liegt daran, dass flüssiges und dampfförmiges Kältemittel, wenn sie gleichzeitig vorhanden sind, den p-t - Zusammenhang erfüllen müssen oder das Kältemittel gesättigt sein muss. In unserem Beispiel beträgt der gemessene Druck im Sammler 10,1 barg. Das Kältemittel an der Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels im Sammler muss daher eine Temperatur von 43,4 C aufweisen. Sobald sich eine solide Flüssigkeitssäule bildet, kann die Unterkühlung des Kältemittels durch Senken seiner Temperatur mithilfe von Saugleitungs-Wärmetauschern, Unterkühlern oder mithilfe niedrigerer Umgebungstemperaturen um die Leitung herum erfolgen. Unter Unterkühlung versteht man das Absenken der Temperatur unter den Sättigungs-oder Siedepunkt. In unserer Darstellung in Abbildung 2 wurde eine Unterkühlung von 2,8 K und 1,4 K wie an zwei Punkten gezeigt festgestellt. Es ist natürlich wichtig, ein bestimmtes Maß an Flüssigkeitsunterkühlung in der Flüssigkeitsleitung beizubehalten, damit sich kein Drosseldampf in der Leitung bildet und in das thermostatische Expansionsventil eintritt. Mithilfe einer p-t-karte sollten wir in der Lage sein, den Zustand des Kältemittels an jeder Stelle im System festzustellen, indem wir sowohl Druck als auch Temperatur messen und folgende Regeln beachten: A. Flüssigkeit und sind gleichzeitig vorhanden, wenn die gemessene Temperatur dem p-t-zusammenhang entspricht. (Es ist theoretisch möglich, dass unter diesen Bedingungen eine 100-prozentig gesättigte Flüssigkeit oder ein 100-prozentig gesättigter vorliegt. In der Praxis sollte bei einem arbeitenden System jedoch davon ausgegangen werden, dass eine bestimmte Menge Flüssigkeit und unter diesen Bedingungen gemeinsam auftreten.) B. Überhitzter ist vorhanden, wenn die gemessene Temperatur über der Sättigungstemperatur liegt, die dem p-t-zusammenhang entspricht. Der Grad der Überhitzung wird durch die Temperaturdifferenz angegeben. C. Unterkühlte Flüssigkeit ist vorhanden, wenn die gemessene Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur liegt, die dem p-t-zusammenhang entspricht. Der Grad der Unterkühlung entspricht der Temperaturdifferenz. In unserer Darstellung haben wir Messgeräte an Stellen im System positioniert, an denen dies in tatsächlichen

5 Einschränkung von Messgerätepositionen in der Praxis FORM Page 5 Installationen nicht immer möglich ist. Deshalb müssen wir uns häufig auf Annahmen verlassen, wenn wir es mit einem System in der Praxis zu tun haben. Beispielsweise würden wir normalerweise davon ausgehen, dass die 10,9 barg, die vom Manometer an der Austrittsleitung des Verdichters angezeigt werden, dem Druck im Verflüssiger entsprechen. Das bedeutet, wir nehmen an, dass zwischen dem Verdichteraustritt und dem Verflüssiger kein relevanter Druckverlust vorhanden ist. Basierend auf dieser Annahme kommen wir auf eine Verflüssigungstemperatur von 46,1 C. Wenn vermutet wird, dass die Druckleitung zu klein dimensioniert ist oder andere Einschränkungen vorliegen, können wir davon nicht ausgehen und weitere Druckmessstellen sind eventuell erforderlich, um die problematische Stelle zu finden. Normalerweise wird davon ausgegangen, dass der am Saugventil des Verdichters gemessene Druck der gleiche ist wie der am Austritt des Verdampfers; nämlich der am Fühler des Expansionsventils. Dies gilt vor allem für Kompaktsysteme, bei denen angenommen wurde, dass die Saugleitung die richtige Größe aufweist. Durch Treffen dieser Annahme können wir die Überhitzung des Expansionsventils ermitteln ohne einen Druckanschluss für ein Manometer in der Saugleitung nahe beim Fühler anzubringen. Man muss dabei darauf achten, Druckabfälle innerhalb des Systems angemessen zu berücksichtigen. Übermäßige Druckabfälle können durch Anwendung der Prinzipien des p-t-zusammenhangs festgestellt werden. In Abbildung 2 beispielsweise sind nur an der Saug- und Druckleitung des Verdichters Manometer angebracht. Zeigten diese die abgebildeten Werte an, würde ein deutlicher Druckabfall durch den Verdampfer durch eine hohe Temperatur, beispielsweise von 10 C am Eintritt des Verdampfers angezeigt, die einem Druck an dieser Stelle von etwa 3,1 barg entspräche. Dies würde bedeuten, dass ein Druckabfall von 2,0 bar vom Verdampfereintritt zum Verdichtereintritt vorläge (3,1 minus 1,1). Dies würde bei einem Verdampfer mit einem Kreislauf zwar als hoch gelten, man sollte jedoch bedenken, dass bei Verdampfern mit mehreren Kreisläufen ein Druckabfall über den Kältemittelverteiler auftritt. Ein Druckabfall über den Verteiler kann bei R-134a in etwa bei 1,7 bar liegen. Das bedeutet, dass bei Verwendung eines Kältemittelverteilers eine gemessene Temperatur von ca. 10 C zwischen dem Austritt des thermostatischen Expansionsventils und dem Eintritt des Verteilers wie bei dem in Abbildung 2 dargestellten System nicht ungewöhnlich wäre. Überprüfung von nicht kondensierbaren Gasen Die korrekte Anwendung des p-t- Zusammenhangs kann hilfreich sein, um festzustellen, ob sich Luft oder andere nicht kondensierbare Gase im System befinden. Diese nicht erwünschten Gase sammeln sich im Verflüssiger und ihr Druck kommt zu dem von Kältemittel erzeugten hinzu, was zu einem höheren Gesamtdruck führt. Wenn daher diese Bedingung vorliegt, wird der p-t-zusammenhang verzerrt, sodass die tatsächliche Kältemitteltemperaturim Verflüssiger unter der in der p-t-tabelle angegeben liegt. Wenn wir von einen luftgekühlten Verflüssiger ausgehen, ist der Zusammenhang zwischen der Temperatur der ausströmenden Luft und der tatsächlichen Kältemitteltemperatur (im Verflüssiger) geringer als in einem vergleichbaren System ohne nicht kondensierbare Fremdgase. Das liegt daran, dass das nicht kondensierbare Gas einen Teil der Verflüssigerübertragungsfläche beansprucht und damit die Leistung des Verflüssigers vermindert.

6 Page 6 FORM Zusammenfassung Wenn man den Zusammenhang von Druck und Temperatur des Kältemittels richtig versteht, ist die weit verbreitete p-t-karte bzw. App ein wertvolles Hilfsmittel. Mit einer p-t-karte/app in Kombination mit exakten Manometern und Thermometern können wir an jeder Stelle im System feststellen, ob das Kältemittel gesättigt, unterkühlt oder überhitzt ist. Dies ist für die ordnungsgemäße Diagnose von Systemproblemen sehr wichtig. Testen Sie Ihr Wissen zum Druck-Temperatur- Zusammenhang Abbildung 3 ist eine Übung, mit der Sie Ihr Wissen zur Anwendung des Druck-Temperatur-Zusammenhangs testen können. Druck und Temperatur sind für verschiedene Stellen im System angegeben. Markieren Sie das Kästchen, das den Zustand des Kältemittels an den verschiedenen Punkten angibt. Tragen Sie im Fall von überhitztem und unterkühlter Flüssigkeit den Wert in die Lücke ein. Vacuum-Inches of Mercury Bold Italic Figures TEMPERATURE PRESSURE CHART - at sea level Pressure-Pounds Per Square Inch Gauge TEMPERATURE REFRIGERANT (SPORLAN CODE) ( F) ( C) 134a (J) 404A (S) 407A (P) (V) CO TEMPERATURE REFRIGERANT (SPORLAN CODE) ( F) ( C) 134a (J) 404A (S) 407A (P) (V) CO TEMPERATURE REFRIGERANT (SPORLAN CODE) ( F) ( C) 134a (J) 404A (S) 407A (P) (V) CO ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Verwenden Sie zur Bestimmung von Unterkühlung für R-404A und R-407A SIEDEPUNKTWERTE (Bubble-Point) (Temperaturen über 10 C, grauer Hintergrund.). Zur Bestimmung von Überhitzung für R-404A and R-407A verwenden Sie TAUPUNKTWERTE (Dew-Point) (10 C und niedriger). Form 1C ** = überschreitet kritische Temperatur

7 FORM Page 7 Abbildung 3 C 9.4 C 5 C Verdampfer 98.9 C 48.9 C Compressor Verflüssiger C R-404A 46.1 C 20.1 Sammler C Flüssigkeit Mischung aus und Flüssigkeit C

8 WARNING USER RESPONSIBILITY VERSAGEN, UNSACHGEMÄSSE AUSWAHL ODER UNSACHGEMÄSSE VERWENDUNG DER HIERIN BESCHRIEBENEN PRODUKTE ODER ZUGEHÖRIGER TEILE KÖNNEN ZU SCHWEREN ODER TÖDLICHEN VERLETZUNGEN UND ZU SACHSCHÄDEN FÜHREN.. Dieses Dokument und andere Informationen der Parker-Hannifin Corporation, ihrer Tochtergesellschaften und Vertragshändler enthalten Produkt- oder Systemoptionen für eine gezielte Auswahl und Handhabung durch Anwender mit technischen Kenntnissen. Der Anwender ist durch eigene Analyse und Prüfung allein dafür verantwortlich, die endgültige Auswahl des Systems und der Komponenten zu treffen und sich zu vergewissern, dass alle Leistungs-, Dauerfestigkeits-, Wartungs-, Sicherheits- und Warnanforderungen der Anwendung erfüllt werden. Der Anwender muss sämtliche Aspekte der Anwendung im Detail berücksichtigen, geltenden Industrienormen Rechnung tragen und die Informationen in Bezug auf das Produkt im aktuellen Produktkatalog sowie in allen anderen Unterlagen, die von Parker oder seinen Tochtergesellschaften und Vertragshändlern bereitgestellt werden, beachten. Soweit Parker oder seine Tochtergesellschaften oder Vertragshändler Komponenten bzw. Systemoptionen auf der Grundlage von technischen Daten oder Spezifikationen liefern, die vom Anwender beigestellt wurden, hat der Anwender sicherzustellen, dass diese technischen Daten und Spezifikationen für alle Anwendungen und vernünftigerweise vorhersehbaren Verwendungszwecke der Komponenten oder Systeme geeignet sind und ausreichen. Verkaufsangebot Die in diesem Dokument beschriebenen Positionen sind hiermit zum Verkauf angeboten durch die Parker Hannifin Gesellschaft, ihre Tochtergesellschaften oder ihrer autorisierten Großhändler. Dieses Angebot und seine Akzeptanz sind in Übereinstimmung mit den detailierten Verkaufs- und Lieferungsbedingungen, erhältlich durch Parker Hannifin Corporation Parker Hannifin Ltd Instrumentation Group Refrigeration and Air Conditioning Europe Cortonwood Drive, Brampton Barnsley S73 OUf - Großbritannien Tel +44 (0) racecustomerservice@parker.com Form DE /