Chłodzenie wtryskarek - odzysk ciepła technologicznego
Dzisiejsze wtryskarki to bardzo skomplikowane maszyny przetwórcze tworzyw o wielu złożonych funkcjach. Prawidłowy projekt układu chłodzenia urządzeń wtryskowych wywiera istotny wpływ na ich wydajność produkcji, a równocześnie przyczynia się do znacznych oszczędności energii.
Postępy technologii chłodniczej oraz coraz wyraźniejsze naciski ze strony ekologów wymuszają optymalizację projektów w celu obniżenia kosztów inwestycji i eksploatacji, a także mniejszego zużycia energii elektrycznej, niższego poziomu hałasu oraz ograniczenia emisji ciepła do otoczenia.
Właściwy wybór systemów chłodzenia wtryskarek może przyczynić się do ograniczenia energii niezbędnej do napędu urządzenia oraz umożliwić obniżenie kosztów eksploatacyjnych.
Warunki projektowania optymalnego systemu chłodzenia.
Artykuł przedstawia propozycję kompletnego systemu chłodzenia wtryskarek wraz ze zintegrowanym systemem odzysku ciepła technologicznego.
Rozważany będzie przypadek instalacji gdzie występują dwa obiegi:
- niskotemperaturowy dla form,
- wysokotemperaturowy dla oleju.
Obiegi projektowane przez firmę Muehsam są optymalnie skonfigurowane dla wymaganych warunków chłodzenia form i oleju, maksymalnie wykorzystując naturalne warunki pogodowe poprzez zastosowanie chłodni wentylatorowych.
Aby optymalnie wykorzystać chłodnie wentylatorowe oraz kompresorowe wtryskarek należy zagwarantować stabilne warunki termiczne. Oprócz zapewnienia odpowiedniego poziomu precyzji pomiaru, istotna jest implementacja do programu sterownika predykcyjnego modelu, opartego na doświadczeniach, wysterowania urządzeń wytwórczych.
Model powinien uwzględniać elementy, takie jak charakterystyki termodynamiczne zastosowanych urządzeń wytwórczych (agregaty sprężarkowe, chłodnie wentylatorowe) w funkcji zmiennych przepływów w zastosowanych sprzęgłach hydraulicznych.
Pomiędzy „stroną ciepłą” a „zimną” sprzęgieł hydraulicznych, połączonych ze sobą króćcami wyrównawczymi, istnieją różne warunki przepływowe. Zazwyczaj potrzeby produkcyjne wymagają dużych przepływów ze względu na szybkobieżność i równomierność procesu, czyli przepływ przy małej różnicy temperatur.
Natomiast chłodnie posiadają lepsze warunki wydajnościowe przy większych różnicach temperatur, czyli mniejszych przepływach.
Te dwa przeciwstawne warunki zmuszają do stosowania sprzęgieł hydraulicznych.
Różnice przepływów powodują efekt mieszania. Aby go skompensować należy stosować odpowiednie „przesunięcie” temperaturowe w chłodniach.
Wspomniane „przesunięcie” stanowi istotny element ww. modelu predykcyjnego. Zatem warunek zapewnienia odpowiednich warunków termicznych jest ściśle związany z warunkami przepływowymi, a właściwie to warunki przepływowe determinują odpowiedni stan termiczny.
Wymiana ciepła
Kolejnym zagadnieniem związanym z maksymalnym wykorzystaniem warunków pogodowych jest minimalizacja ilości wymian ciepła oraz stosowanie powszechnie dostępnego (względnie taniego) czynnika chłodzącego, o najkorzystniejszych właściwościach termodynamicznych w odniesieniu do wymiany ciepła.
Firma Muehsam projektuje i wykonuje instalacje oparte na chłodzeniu wodą bez żadnych pośrednich wymienników ciepła, stosując przy tym specjalne konstrukcje chłodni wentylatorowych samo opróżnianych współpracujących z bezpieczną konfiguracją hydrauliczną oraz algorytmami zawartymi w sterowniku.
Dzięki ograniczonej do minimum liczbie wymian ciepła, poprzez pomijanie wymienników na drodze chłodnie – wtryskarki oraz stosowanie wody, czynnika o znacznie lepszych właściwościach termodynamicznych w odniesieniu do wymiany ciepła w porównaniu z glikolami, projektowane systemy mają najwyższą efektywność.
Stabilność warunków otoczenia
Zagadnienie efektywnego wykorzystania urządzeń wytwórczych, nie ogranicza się tylko do przełączeń w funkcji zewnętrznych warunków pogodowych. Ważna jest stabilność warunków otoczenia, na co w praktyce nie mamy wpływu, oraz wynikająca z tego stabilizacja warunków ciśnieniowych w agregacie sprężarkowym.
W sezonie przejściowym, gdy temperatura zewnętrzna, determinująca pracę chłodni wentylatorowych i sprężarkowych, ulega znacznym wahaniom, istotne jest zapewnienie bezpieczeństwa urządzeń w trakcie produkcji.
Zatem, gdy nagle temperatura podnosi się do zakresu działania agregatu sprężarkowego, a następnie nagle spada poniżej zakresu działania ww. agregatu, wysterowanie urządzenia bez odpowiednich zwłok czasowych, wyznaczanych na podstawie charakterystyk agregatu, skutkuje znacznym skróceniem okresu między przeglądami oraz żywotności urządzenia. Pojawiają się zatem dwa przeciwstawne zagadnienia wymagające optymalizacji.
Pierwsze to teoretyczne, maksymalne wykorzystanie naturalnych warunków pogodowych, co w okresach przejściowych skutkuje częstymi przełączeniami agregatu kompresorowego – czyli zwiększone
koszty serwisu oraz krótszej żywotności urządzenia.
Drugie to wydłużenie czasu pracy agregatu aż do stabilizacji w układzie ciśnieniowym – czyli zwiększone koszty energetyczne.
Realizacja tej optymalizacji w systemach chłodzenia jest realizowana w systemach firmy Muehsam i stanowi rozwiązanie unikalne.
Odzysk ciepła z obiegu chłodzenia oleju
Komplementarnym elementem instalacji jest system odzysku ciepła technologicznego z obiegu chłodzenia oleju. W przeciwieństwie do obecnie promowanych pomp ciepła, odzysk ciepła z oleju nie wymaga drogich urządzeń ciśnieniowych, o wysokim stopniu komplikacji, a także drogich w serwisowaniu.
Głównym elementem systemu odzysku ciepła firmy Muehsam jest pompa wodna (zastępuje pompę ciepła) oraz odbiorniki ciepła, które w porównaniu z tradycyjnymi mają powiększoną powierzchnię wymiany ciepła.
Pompa wodna jest elementem znacznie mniej awaryjnym i tańszym zarówno pod względem inwestycyjnym, jak i eksploatacyjnym w porównaniu z pompą ciepła. Odbiornikami ciepła w tym systemie mogą być:
- doskonale sprawdzające się ogrzewanie podłogowe, które jest względnie
niedrogim rozwiązaniem,
- klimakonwektory,
- nagrzewnice wentylatorowe o rozwiniętej powierzchni wymiany ciepła.
Tomasz Giers
MUEHSAM-ELEKTROMECH
PlastNews 4’2009
