گاز سرد کننده R-410 آنالیز و تعیین ماهیت آن

آزمون و تعیین ماهیت گاز سرد کننده R-410A

R-410A’ یک ماده بسیار مهم در صنعت تهویه مطبوع مدرن است. این گاز یک مبرد پرفشار از خانواده هیدروفلوئوروکربن‌ها (HFC) است که با داشتن پتانسیل تخریب لایه ازن (ODP) صفر، جایگزین مبردهای قدیمی‌تر مانند R-22 شده است.

۱. ماهیت و ترکیب شیمیایی R-410A

R-410A یک مخلوط نزدیک به آزئوتروپیک (Near-Azeotropic Blend) است. این بدان معنی است که در واقع از ترکیب دو گاز مبرد دیگر با نسبت‌های دقیق تشکیل شده است. این ترکیب به گونه‌ای طراحی شده که هنگام تغییر فاز (مثلاً در کندانسور یا اواپراتور)، مانند یک ماده خالص رفتار کند، اما با این تفاوت که دارای یک گلاید دمایی بسیار کم است.

    اجزای تشکیل‌دهنده:

۵۰٪ وزنی از گاز R-32 (دی‌فلوئورومتان)

۵0٪ وزنی از گاز R-125 (پنتافلوئورواتان)

حفظ این نسبت دقیق ۵۰/۵۰ برای عملکرد بهینه سیستم حیاتی است. هرگونه انحراف از این ترکیب می‌تواند به طور جدی راندمان سیستم تهویه مطبوع یا پمپ حرارتی را کاهش دهد. به همین دلیل، در هنگام شارژ سیستم، مبرد حتماً باید در حالت مایع شارژ شود تا از جدایش اجزا و تغییر نسبت جلوگیری گردد.

گار مبرد چیست

۲. خواص فیزیکی مهم

R-410A دارای چندین خاصیت کلیدی است که آن را از سایر مبردها متمایز می‌کند:

فشار کاری بالا: فشار عملیاتی این گاز به طور قابل توجهی (حدود ۱.۵ برابر) بالاتر از مبردهای قدیمی‌تر مانند R-22 است، که این امر استفاده از تجهیزات و لوله‌کشی قوی‌تر را در سیستم‌ها الزامی می‌کند.

ایمنی بالا: بر اساس دسته‌بندی ایمنی ASHRAE، این گاز غیرسمی و در شرایط عادی غیرقابل اشتعال (A1) طبقه‌بندی می‌شود.

تأثیرات زیست‌محیطی: اگرچه R-410A لایه ازن را تخریب نمی‌کند (ODP=0)، اما دارای پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) بالایی است (حدود ۲۰۸۸). این موضوع باعث شده است که در بسیاری از کشورها برنامه‌ریزی‌هایی برای جایگزینی آن با مبردهای جدیدتر مانند R-32 (که GWP کمتری دارد) در حال انجام باشد.

۳. روش‌های تعیین ماهیت و کنترل کیفیت (آزمون)

تعیین خلوص و کیفیت گاز R-410A بسیار مهم است تا مطمئن شویم که گاز آلوده نشده و ترکیب شیمیایی آن صحیح است.

الف) آزمون‌های دقیق آزمایشگاهی (برای تأیید خلوص):

کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography – GC): این روش دقیق‌ترین و استانداردترین راه برای تعیین ماهیت R-410A است. با استفاده از GC، می‌توان نمونه مبرد را تجزیه و تحلیل کرد تا مطمئن شد که نسبت دقیق ۵۰٪ R-32 و ۵۰٪ R-125 حفظ شده است و هیچ ناخالصی شیمیایی دیگری وجود ندارد.

اندازه‌گیری درصد رطوبت: میزان آب موجود در مبرد باید بسیار ناچیز باشد (معمولاً در حد چند ده بخش در میلیون یا ppm). رطوبت بالا می‌تواند باعث تولید اسید و خوردگی قطعات و همچنین یخ‌زدگی در شیرهای انبساط شود. این اندازه‌گیری معمولاً با روش‌هایی مانند تیتراسیون کارل فیشر انجام می‌شود.

تعیین باقی‌مانده غیرفرار (NCR): این آزمون میزان مواد جامد یا روغن‌هایی را که پس از تبخیر کامل مبرد در سیلندر باقی می‌مانند، اندازه‌گیری می‌کند. وجود مقادیر بیش از حد NCR نشان‌دهنده آلودگی مبرد است که می‌تواند منجر به گرفتگی در سیستم شود.

آزمون اسیدیته: برای بررسی وجود اسیدهای مخرب که ممکن است بر اثر تجزیه مبرد یا واکنش با رطوبت به وجود آمده باشند، از آزمون اسیدیته استفاده می‌شود.

ب) آزمون‌های میدانی (برای تکنسین‌ها در محل کار):

تحلیلگر مبرد (Refrigerant Analyzer): این ابزارهای دستی برای تأیید سریع هویت مبرد استفاده می‌شوند. تکنسین از این طریق می‌تواند مطمئن شود که به اشتباه R-410A را با مبردی دیگر (مانند R-22 یا R-404A) اشتباه نگرفته است. برخی مدل‌های پیشرفته‌تر، خلوص تقریبی را نیز نشان می‌دهند.

بررسی فشار و دما (P/T): با اندازه‌گیری دقیق دما و فشار در نقاط مختلف سیستم و مقایسه آن با جدول استاندارد فشار-دمای R-410A، تکنسین می‌تواند از سلامت کلی سیستم و عدم وجود ناخالصی‌های عمده اطمینان حاصل کند. تطابق این مقادیر با استاندارد، نشان‌دهنده این است که مبرد صحیح با خلوص کافی در سیستم جریان دارد.

نشت‌یابی (Leak Detection): با توجه به اهمیت زیست‌محیطی R-410A (به دلیل GWP بالا)، استفاده از نشت‌یاب‌های الکترونیکی تخصصی برای شناسایی و رفع هرگونه نشت از سیستم ضروری است.

تعمیق در آزمون و تعیین ماهیت گاز سرد کننده R-410A

تمرکز اصلی در تعیین ماهیت و آزمون R-410A بر تأیید خلوص شیمیایی و عدم وجود آلاینده‌های فیزیکی است، زیرا هر دو عامل به شدت بر بازده حرارتی و طول عمر کمپرسور تأثیر می‌گذارند.

۱. اهمیت دقیق خلوص شیمیایی (نسبت آزئوتروپیک)

همانطور که ذکر شد، R-410A یک مخلوط ۵۰٪ R-32 و ۵۰٪ R-125 است. اهمیت دقیق بودن این نسبت در دو مفهوم نهفته است:

ظرفیت حرارتی: این نسبت به گونه‌ای بهینه شده است که حداکثر ظرفیت خنک‌کنندگی و بازده انرژی را در طراحی‌های کمپرسورهای مخصوص R-410A فراهم کند.

جریان و انتقال حرارت: به دلیل ساختار ملکولی متفاوت دو مبرد، هرگونه انحراف از نسبت ۵۰/۵۰ باعث می‌شود که گلاید دمایی (تفاوت دمای شروع و پایان تغییر فاز) افزایش یابد. در R-410A این گلاید به طور طبیعی بسیار ناچیز است (تقریباً صفر)، اما اگر آلودگی یا جدایی رخ دهد، گلاید افزایش می‌یابد.

پیامد انحراف نسبت: افزایش گلاید دمایی می‌تواند باعث شود که تغییر فاز مبرد در اواپراتور و کندانسور به صورت غیریکنواخت انجام شود. این امر به ویژه در مبدل‌های حرارتی کوچک‌تر می‌تواند منجر به کاهش راندمان، افزایش مصرف انرژی و در نهایت، خرابی زودهنگام کمپرسور شود.

۲. جزئیات روش‌های آزمون پیشرفته

در صنعت تولید و بازیافت مبرد، آزمون‌های استاندارد شده‌ای وجود دارد که کیفیت گاز را تضمین می‌کند. این استانداردها اغلب بر اساس مشخصات AHRI 700 (استاندارد انجمن تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید) تنظیم می‌شوند:

الف) کروماتوگرافی گازی (GC) – ستون فقرات تعیین ماهیت

GC نه تنها هویت مبرد را مشخص می‌کند، بلکه خلوص کلی را نیز تأیید می‌کند.

کاربرد: خلوص کلی مبرد R-410A باید حداقل ۹۹.۵٪ باشد. این ۹۹.۵٪ شامل مجموع ۵۰٪ R-32 و ۵۰٪ R-125 است.

تشخیص آلاینده‌های گازی: GC می‌تواند وجود گازهای غیرمجاز دیگر (مانند R-22، R-134a یا حتی هوا/نیتروژن) را در نمونه مبرد اندازه‌گیری کند، چرا که این آلاینده‌ها نیز دارای پیک‌های متفاوتی در نمودار کروماتوگرام هستند.

اصل کار: نمونه گاز تبخیر شده از یک ستون فشرده عبور می‌کند. اجزای مختلف (مانند R-32 و R-125) با سرعت‌های متفاوتی در ستون حرکت می‌کنند و در زمان‌های متفاوتی (زمان نگهداری) از ستون خارج می‌شوند. این امر به تفکیک و اندازه‌گیری دقیق درصد هر جزء کمک می‌کند.

ب) تعیین محتوای رطوبت (Moisture Content)

استاندارد کیفی: مبردهای با کیفیت بالا باید دارای رطوبت کمتر از ۱۰ تا ۱۵ قسمت در میلیون (ppm) باشند.

اهمیت فنی: وجود آب در سیستم، به‌ویژه در دمای بالا، منجر به واکنش هیدرولیز می‌شود که در نهایت اسید هیدروفلوئوریک (HF) تولید می‌کند. این اسید بسیار خورنده است و به عایق سیم‌پیچ‌های موتور کمپرسور آسیب می‌زند (که به آن سوزاندن کمپرسور یا Burnout می‌گویند) و در نهایت به فلزات سیستم حمله می‌کند.

ج) باقی‌مانده غیرفرار (Non-Condensable Residue – NCR)

تعریف: مواد غیرفرار شامل روغن کمپرسور، پسماندهای جامد، یا ذرات فلزی ریز هستند.

روش آزمون: نمونه‌ای از مبرد تبخیر شده و مواد باقیمانده توزین می‌شوند. این مواد معمولاً باید کمتر از ۰.۰۱٪ وزنی باشند.

تأثیر بر سیستم: این پسماندها می‌توانند در شیرآلات، فیلترها و به خصوص در لوله‌های مویین (Capillary Tubes) یا شیرهای انبساط الکترونیکی (EEV) تجمع یافته و باعث گرفتگی و کاهش شدید جریان مبرد و در نتیجه کاهش راندمان سیستم شوند.

۳. تعیین ماهیت گازهای غیرقابل تقطیر (Non-Condensable Gases – NCGs)

یکی از آلودگی‌های رایج در سیستم‌های تهویه، وجود گازهایی مانند هوا یا نیتروژن است که در فشارهای کاری سیستم تقطیر نمی‌شوند.

تأثیر بر سیستم: این گازها در کندانسور جمع می‌شوند، فشار کاری کلی سیستم را به طور غیرعادی افزایش می‌دهند و فضای مبدل حرارتی را اشغال می‌کنند. این امر باعث می‌شود که دمای تقطیر به شدت بالا رود و کمپرسور مجبور به کار در فشار و دمای بالاتر از حد مجاز شود، که منجر به کاهش ظرفیت خنک‌کنندگی و خطر آسیب به کمپرسور می‌شود.

روش آزمون: گاز مبرد در یک ظرف نمونه‌برداری می‌شود و سرد می‌شود تا مبرد تقطیر شود. هر گازی که پس از تقطیر کامل مبرد باقی بماند، یک NCG محسوب می‌شود و حجم آن اندازه‌گیری می‌شود. استاندارد AHRI 700 معمولاً حداکثر اجازه وجود NCG تا ۱.۵٪ حجمی را می‌دهد.

۴. روش‌های تشخیص در میدان کار (توسط تکنسین)

تکنسین‌ها در عمل از روش‌های سریع‌تری برای تشخیص ماهیت و خلوص کلی استفاده می‌کنند:

آنالیزورهای مبرد پرتابل: این دستگاه‌ها با استفاده از فناوری فروسرخ (Infrared Spectroscopy) می‌توانند نوع مولکول‌های مبرد را شناسایی کرده و درصد تقریبی R-32 و R-125 و همچنین درصد هوای موجود را نشان دهند. این ابزارها برای تشخیص تقلب یا شارژ ناخواسته مبرد دیگر (Cross-Contamination) حیاتی هستند.

بررسی دمای حباب و شبنم (Bubble and Dew Point): از آنجایی که R-410A یک مخلوط است، در یک دمای ثابت تقطیر نمی‌شود. نرم‌افزارهای تخصصی یا گیج‌های دیجیتال، دما و فشار مبرد در یک لحظه را محاسبه می‌کنند و با مقادیر استاندارد مقایسه می‌کنند. اختلاف شدید بین مقادیر اندازه‌گیری شده و مقادیر استاندارد، نشان‌دهنده آلودگی یا شارژ نادرست مبرد است.

در نتیجه، تعیین ماهیت گاز سردکننده R-410A یک فرآیند چند مرحله‌ای است که از تحلیل‌های شیمیایی دقیق مانند کروماتوگرافی برای تأیید نسبت ۵۰/۵۰ آغاز شده و به بررسی فیزیکی آلودگی‌هایی نظیر رطوبت، مواد غیرفرار و گازهای غیرقابل تقطیر برای تضمین عملکرد سیستم و رعایت استانداردهای کیفی پایان می‌یابد.