plastik-ambalaj.com

Plastik enjeksiyon makinelerinde soÄŸutma teknikleri

Özet

Plastik enjeksiyon makinelerinde kalıp soğutması ve yağ soğutması olmak üzere iki farklı soğutma işlemine gereksinim duyulmaktadır. Özellikle kalıp soğutmasının etkin ve hızlı olması gerekmektedir. Etkin bir soğutma yapabilmek için soğutma suyu (chiller) sıcaklığı önemli bir parametredir. Ayrıca kalıp içinde ve etrafında oluşturulan soğutma suyu kanallarının malzemeye yakınlığı, dolaşım suyu hızı ve kalıp içinde homojen dağılımı da etkinliği artıran diğer parametrelerdir. Hidrolik yağ soğutması ise yağın fiziksel özelliklerine bağlı olarak daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmektedir. Dolayısıyla iki farklı sıcaklıkta soğutma ihtiyacı bulunmaktadır. Mevsimsel değişimler de göz önüne alındığında, cebri soğutma ve doğal yöntemlerle soğutma olmak üzere iki farklı yöntemin uygulanması ve elde hazır olması, enerjiyi etkin kullanabilmek için önemli bir araç olarak görünmektedir. Doğal soğutma, dış hava kullanılarak veya diğer dış soğutma kaynakları kullanılarak doğrudan veya evaporatif soğutma yöntemleriyle yapılabilmektedir. Kalıp soğutması ise mevsimsel duruma göre genellikle su soğutma (chiller) gruplarında soğutulan suyla yapılmaktadır. Ancak mevsimsel sıcaklıkların veya kaynak sıcaklıklarının uygun olması durumunda soğutma kulesi vb. kullanımlar da mümkündür. 

Su soğutma yöntemleri:

Plastik enjeksiyon çevrimlerinde kullanılabilecek su soğutma (chiller) grupları, kullanılan soğutma makinesinin tarzına ve soğutmanın elde edilme usullerine göre prensip olarak 3 ayrı grupta sınıflandırılabilmektedir. Bunlar sırasıyla; buhar sıkıştırmalı mekanik kompresörlü, buhar absorpsiyonlu ve buhar adsorpsiyonlu sistemlerdir. Takip eden bölümlerde, bu yöntem ve sistemler verilmeye çalışılacaktır. 

Buhar sıkıştırmalı mekanik kompresörlü su soğutma grupları:

İlk yatırım maliyetlerinin düşüklüğü ve kolay gerçekleştirilebilir olmaları, soğutma etkisinin hızlı gerçekleşmesi vb. nedenler dolayısıyla, en sık kullanılan soğutma yöntemi olarak buhar sıkıştırmalı mekanik kompresörlü çevrimler karşımıza çıkmaktadır. Sistem ana bileşenler olarak kompresör, kondenser (yoğuşturucu), kısma vanası (termostatik ekspanşın valf) ve evaporatörden (buharlaştırıcı) oluşmaktadır (Şekil 1). Bu yöntemde hedeflenen, düşük sıcaklıklı kaynaktan ısıyı çekerek ilgili mahal ya da kaynağı soğutmak ve yüksek sıcaklıklı kaynağa ısıyı aktarmaktır. Soğutucu akışkan olarak adlandırılan bir iş akışkanı (muhtelif Freon gazları vb.), hal değişimleri ve faz değişimlerinden geçerek çevrimde dolaşmaktadır.

1-2 hal değişimi: Kompresörde izentropik sıkıştırma

2-3 hal değişimi: Kondenserde (yoğuşturucu) sabit basınçta yüksek sıcaklıklı kaynağa ısı aktarma

3-4 hal değişimi: Kısma vanası veya kılcal boruda sabit entalpide kısılma

4-1 hal değişimi: Evaporatörde (buharlaştırıcı) düşük sıcaklıktaki kaynaktan ısı çekme

Buhar absorpsiyonlu su soğutma grupları:

Absorpsiyonlu soğutma makineleri, ikili bir eriyikte bir basınç ve sıcaklık değerine karşılık gelen belirli bir çözünürlük değerinin var olması ilkesine dayanmaktadır. İkili eriyik olarak proses soğutma ihtiyaçlarında genellikle lityum bromür-su (LiBr-H2O) kullanılmaktadır. Şekil 2’de,  tek kademeli bir absorpsiyonlu chiller grubunun temel çalışma prensibi gösterilmiştir.  

Buhar adsorpsiyonlu su soğutma grupları:

Adsorpsiyonlu su soğutma grupları evaporatör, kondenser ve iki adsorpsiyon hücresinden oluşmaktadır (Şekil 3). Tüm sistem, yüksek bir vakum altında çalışmaktadır. Adsorpsiyon hücreleri adsorpsiyon ve desorpsiyon fonksiyonlarını dönüşümlü olarak gerçekleştirmektedir. Soğutucu akışkan olarak su buharı, adsorbent olarak ise çoğunlukla silika jel kullanılmaktadır. 65 oC ve üzerinde sıcak ısı kaynağı olan durumlarda kullanılabilmesi mümkündür. Dolayısıyla hem 65 oC nin üzerinde atık ısının olduğu durumlarda hem de düzlem güneş kolektörleri ile çalıştırılabilir yapıdadırlar. 

Sonuç:

Plastik enjeksiyon çevrim süresinin yaklaşık %70’i soğutma prosesi için kullanılmaktadır. İyi seçilmiş ve tasarlanmış bir soğutma sistemi hem proses süresini kısaltabilecek hem de ürün kalitesine olumlu katkı yapabilecektir. Ancak, tasarım ve seçimleri yaparken, sistem özellikleri ve enerjiyi etkin kullanan yöntemlerin tercih edilmesi önemli faktör olarak karşımıza çıkmaktadır. Chiller gruplarında soğutma makinesinin enjeksiyon makinesine olan uzaklığı ve kod farkı da pompa seçimlerini doğrudan etkilemektedir. Pompa seçimlerinde, ilgili işletme koşullarında (basınç kaybı ve debisi) en yüksek verimli çalışma aralıkları olan ekipmanların tercih edilmesi önemlidir. Kalıpların içindeki soğutucu akışkan dolaşım aralıklarının yapıya uygun seçilerek oluşturulması önem verilmesi gereken diğer bir husustur. LiBr-H2O ikili eriyiği ile çalışan absorpsiyonlu soğutma makineleri genellikle 40 kW ve daha büyük soğutma kapasitelerinde mevcuttur. Silika jel-su çifti ile çalışan ve yüzey adsorpsiyonuna dayanan adsorpsiyonlu soğutma makineleri ise 10 kW’tan 90 kW’a kadar bulunmaktadır. Daha büyük kapasiteler için üniteler paralel bağlanabilir. Muhtelif Freon gazlarının kullanıldığı buhar sıkıştırmalı kompresörlü soğutma makineleri ise, kullanılan kompresör tipleri değişmekle birlikte en küçük kapasiteden çok büyük kapasitelere kadar geniş bir aralıkta uygulama alanına sahiptir.  Belli sıcaklıkların üzerinde uygun kaynakların veya atık ısıların mevcut olması durumunda absorpsiyonlu ve adsorpsiyonlu sistemlerin çözüm olarak düşünülmesi yararlı olacaktır. 

Kaynaklar

[1] https://engfac.cooper.edu/melody/411

[2] http://www.coolingindia.in/blog/post/id/11394/different-type-of-chillers--their-application 

[3]http://www.r718.com/articles/3432/the_basics_of_r718_the_adsorption_cycle_br 

Doç. Dr. Mükrimin Şevket GÜNEY Giresun Üniversitesi

Yrd. Doç. Dr. Özlem Tunç DEDE Giresun Üniversitesi

Prof. Dr. Yalçın TEPE Giresun Üniversitesi