Kim loại & phi kim thường dùng trong hệ thống lạnh

Trong hệ thống lạnh, có một số loại kim loại và phi kim thường được sử dụng cho các bộ phận khác nhau. Dưới đây là một số kim loại và phi kim phổ biến nhất được sử dụng trong hệ thống lạnh.

Kim loại thường dùng trong hệ thống lạnh

Sắt

Sắt là kim loại có nhiều trong lớp vỏ và lõi Trái Đất. Kim loại sắt thường được tìm thấy trong các quặng sắt Magnetite hay Hematit và bằng phương pháp khử hóa học để tách được sắt ra khỏi các tạp chất.

Trong hệ thống lạnh sắt thường dùng để chế tạo máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, tháp giải nhiệt, đường ống dẫn môi chất lạnh, các thiết bị phụ, vv….

Tính chất

• Sử dụng được cho tất cả các loại môi chất lạnh
• Bị ăn mòn khi có sự xuất hiện của nước (hơi ẩm)
• Bị ăn mòn mạnh khi tiếp xúc với chất tải lạnh là nước muối
• Ở nhiệt độ thấp: tính chống ăn mòn tăng lên, độ giãn nở giảm, hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ giảm

Đồng

Đồng là kim loại có màu đỏ, đồng có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với sắt, nhưng có khối lượng riêng (mật độ) cao hơn. Đồng có tính công nghệ tốt. Nó có thể cán thành các dải, tấm mỏng. Từ đồng có thể chế tạo được những sợi dây mảnh, đồng dễ đánh bóng và dễ hàn.

Đồng được đặc trưng bằng tính dẫn nhiệt và dẫn điện, cao, tính dẻo cao và khả năng chống ăn mòn tốt.

Trong hệ thống lạnh đồng thường dùng để chế tạo các ống trao đổi nhiệt trong các thiết bị ngưng tụ, bay hơi, các miếng đệm, ổ bạc, ổ đỡ, chế tạo đường ống dẫn gas, ống mao, làm dàn nóng, dàn lạnh,…

Tính chất

• Không sử dụng cho môi chất amoniac (NH₃) vì bị ăn mòn.
• Bị ăn mòn khi có sự xuất hiện của nước (hơi ẩm)
• Phải hạn chế sự có mặt của nước (hơi ẩm) trong hệ thống
• Ở nhiệt độ thấp: tính chống ăn mòn tăng lên, độ bền dẻo va đập tăng, độ giãn nở giảm, hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ giảm
• Do đồng có giá thành cao hơn nên xu hướng sử dụng nhôm và các hợp kim nhôm để thay thế.

Nhôm

Do độ bền thấp nên người ta dùng nhôm cho các chi tiết và phần tử kết cấu không chịu tải, khi đó người ta chỉ đòi hỏi ở vật liệu tính nhẹ, tính hàn, tính dẻo.

Ví dụ, từ nhôm có thể sản xuất các khung, cánh cửa, ống dẫn, lá nhôm mỏng, xitec để chuyên chở dầu và các sản phẩm từ dầu, các thùng v.v…

Nhờ có tính dẫn nhiệt cao nhôm được sử dụng làm các thiết bị trao đổi nhiệt trong các máy làm lạnh công nghiệp, tủ lạnh gia đình ,các thiết bị ngưng tụ, bay hơi, vỏ máy nén, chi tiết động cơ, cánh tản nhiệt….

Độ dẫn điện cao của nhôm cho nó khả năng ứng dụng rộng rãi để làm các tụ điện, dây dẫn, cáp, vành bánh xe v.v…

Tính chất:

• Thận trọng khi sử dụng với môi chất lạnh là các loại Freon.
• Bị ăn mòn khi có sự xuất hiện của nước (hơi ẩm)
• Không sử dụng cho chất tải lạnh là nước muối
• Ở nhiệt độ thấp: tính chống ăn mòn tăng lên, độ bền dẻo va đập tăng, độ giãn nở giảm, hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ giảm

Gang

Gang là loại vật liệu kim loại rẻ, dễ chế tạo. Do vậy gang được sử dụng rất rộng rãi và thậm chí có thể thay thế thép trong một số điều kiện cho phép.

• Gang là loại vật liệu có độ bền kéo thấp, độ giòn cao. Xêmentit là pha cứng và giòn, sự tồn tại của nó với một lượng lớn và tập trung trong gang trắng làm dễ tạo vết nứt dưới tác dụng của tải trọng kéo.
• Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu tổ chức graphit như là các lỗ hổng có sẵn trong gang là nơi tập trung ứng suất lớn làm gang kém bền. Ngoài ra sự có mặt graphit trong gang có một số ảnh hưởng tốt đến cơ tính như tăng khả năng chống mài mòn do ma sát, làm tắt rung động và dao động cộng hưởng.

Công dụng

• Gang có cơ tính tổng hợp không cao như thép, nhưng có tính đúc tốt, gia công cắt dễ, nấu luyện đơn giản hơn và rẻ. Vì vậy các loại gang có graphit được dùng rất nhiều trong công nghiệp.
• Gang được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và ít chịu va đập như bệ máy, vỏ, nắp, các bộ phận ít phải di chuyển

Vật liệu phi kim

Vật liệu phi kim loại sử dụng trong kỹ thuật lạnh chủ yếu gồm cao su, chất dẻo, thủy tinh và gốm,…Chúng được sử dụng làm đệm kín và vật liệu cách điện, cách nhiệt. Ngoài ra, thủy tinh còn được dùng làm kính quan sát mức dầu, mức gas,.., chất dẻo dùng làm gioăng, đệm kín, màng cách điện.

Cao su

Đặc tính nổi bật của cao su là tính đàn hồi và ít thấm ẩm. Cao su có hai loại: cao su tự nhiên và cao su nhân tạo

• Cao su tự nhiên: là nhựa lấy từ cây cao su, do ngưng tụ mủ cao su và các tạp chất. Thành phần hóa học của nó là cacbua hyđro. Không chịu được tác dụng ở nhiệt độ cao, ở nhiệt độ 50⁰C thì nó trở nên mềm và dính.
• Cao su nhân tạo (còn gọi là cao su tổng hợp): Nó có cường độ cơ giới, tính chịu nhiệt cao và chịu được tác dụng của axit và dung môi hữu cơ. Trong thực tế còn dùng cao su Butdien acrilonitril được tạo ra từ axetylen có tính chịu nhiệt và chịu dầu rất tốt, thường dùng để đệm kín dầu trong các máy nén và các thiết bị khác

Ứng dụng của cao su trong hệ thống lạnh:

• Gioăng cao su: Gioăng cao su được sử dụng để niêm kín các mối nối giữa các bộ phận trong hệ thống lạnh, ngăn ngừa rò rỉ khí lạnh và bảo vệ môi trường.
• Ống cao su: Ống cao su được sử dụng để vận chuyển khí lạnh và các chất lỏng khác trong hệ thống lạnh.
• Lớp đệm cao su: Lớp đệm cao su được sử dụng để giảm rung động và tiếng ồn trong hệ thống lạnh.
• Bộ phận giảm chấn: Bộ phận giảm chấn cao su được sử dụng để bảo vệ các bộ phận trong hệ thống lạnh khỏi bị hư hỏng do rung động và va đập.
• Vật liệu cách nhiệt: Cao su được sử dụng như vật liệu cách nhiệt để giảm thiểu sự thất thoát nhiệt trong hệ thống lạnh.
• Vòng bi cao su: Vòng bi cao su được sử dụng để giảm ma sát và tiếng ồn trong hệ thống lạnh.
• Nút cao su: Nút cao su được sử dụng để bịt kín các lỗ hổng trong hệ thống lạnh.

Thuỷ tinh

Tính chất cơ lý của thủy tinh hầu như phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ, độ dãn nở nhiệt của nó cũng rất nhỏ.

Độ bền phá hủy, độ bền uốn phụ thuộc vào nhiệt độ từ nhiệt độ môi trường đến -40⁰C đã được nghiên cứu kỹ. Các kết quả cho thấy chúng tăng khi nhiệt độ giảm, và phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến dạng. Độ bền phá hủy tăng gấp 2 khi hạ nhiệt độ từ 20⁰C xuống -190⁰C .

Thủy tinh được dùng làm các chi tiết trong chế tạo máy, đặc biệt dùng làm mắt dầu, mắt gas, mức lỏng kế và các chi tiết không chịu va đập. Thủy tinh cũng có thể làm ổ trượt nếu đạt độ biến dạng nhỏ cho phép.

Chất dẻo

Độ bền kéo, nén và uốn của chất dẻo tăng khi nhiệt độ giảm, trong khi độ bền dẻo va đập giảm.

Riêng loại chất dẻo flour là có tính đàn hồi tương đối ổn định và ít phụ thuộc vào nhiệt độ khi nhiệt độ giảm. Các chất dẻo loại này có độ đàn hồi lớn nhất và các tính chất cơ học cũng tương đối ổn định nhất so với các vật liệu chất dẻo khác.

Khối lượng riêng của vật liệu chất dẻo nhỏ hơn nhiều so với kim loại. Hệ số dãn nở nhiệt của các vật liệu chất dẻo ngược lại lớn hơn của kim loại.

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu chất dẻo nằm trong khoảng 0,15…0,5W(mK) bằng 1/00 đến 1/1000 hệ số dẫn nhiệt trung bình của kim loại. Với hệ số dẫn nhiệt nhỏ như vậy, các vật liệu chất dẻo thích ứng rất tốt với kỹ thuật cryô.

Gốm

Gốm là vật liệu ít được sử dụng trong hệ thống lạnh so với các vật liệu truyền thống như kim loại, nhựa và cao su. Tùy theo thành phần cấu tạo, công nghệ chế tạo thích hợp vật liệu cách điện bằng gốm, sứ có thể có độ bền cơ học cao, góc tổn hao điện môi nhỏ, hằng số điện môi cao, chịu nóng tốt, độ bền hóa già vì nhiệt cao, không bị biến dạng khi chịu tải trọng cơ học.

Gỗ

Là loại vật liệu rất phù hợp với kỹ thuật lạnh. Rất nhiều loại gỗ có độ bền cơ học cao ở nhiệt độ thấp đặc biệt khi độ ẩm nhỏ. Mô đun đàn hồi và độ bền nén đều tăng khi nhiệt độ giảm. Độ bền nén của gỗ từ 800kg/cm² ở 80⁰C tăng lên 1600kg/cm² ở -160⁰C.