HDPE boruların ekstrüzyonunda üretim giderlerinin azaltılması ve ürün kalitesinin tespitine yönelik ölçme yöntemleri
Piyasada geçerli ekstrüder akış oranları için ölçme yöntemleri bulunmaktadır ve bunlar
Metre ağırlığı
Cidar kalınlık dağılımı
Ve boru dış çapı
Tespitinde kullanılmaktadır.
Eriyik akış oranın tespitinde gravimetrik analiz cihazları kullanılır.
Cidar kalınlığı ölçüm araçlarının kullanımında başarı yakalamak için tek başına yöntem ve üretilen mamul baz alınmamalı, bunun yanında ölçüm yeri de önem kazanmaktadır.
PE boru üretimde, çap ölçümünde kullanılan özel cihazlara çok fazla ihtiyaç duyulmamaktadır. Burada çap, cidar kalınlığı ölçüm cihazı yardımıyla belirlenip kayıt edilir.
Aşağıda öncelikle cidar kalınlığı ölçüm sistemlerinin avantaj ve dezavantajları açıklanmıştır:
1.Otomatik olarak yapılan entegre cidar kalınlık ölçümü
HDPE borularının ekstrüzyonunda, cidar kalınlığı ölçüm cihazlarının kullanılmasının nedeni, erken ölçüm olanağı tanıması ve kesin sonuç vermesidir.
- Erken Ölçme
Manuel olarak kesme veya tırtıl çekme sonrası ölçüm yapılabiliyor. Uzun soğutma bantları ve oldukça yavaş ekstrüzyon hızı sebebi ile istenilmeyen cidar kalınlıkları üretim esnasında tespit edilebilmekte ve özellikle kalıp üzerinde sonradan yapılan merkezleme işlemi nedeni ile oluşan cidar kalınlık değişimleri ancak çekme sonrası ölçülebilmektedir. Ölçüm için gerekli bekleme süreleri çok fazla olup bu nedenle fire payı yükselmektedir.
Sadece önceden yapılan otomatik ölçüm ile sarf madde miktarı azaltılıp tesisatın işlerliği yükseltilebilir.
- Kesin Ölçme
Manuel olarak yapılan ölçümde kesin sonucun alınması ölçümü yapan kişiye bağlıdır. Otomatik ölçümler kesin sonuç verir.
- İnce yerlerin ayarlanması
Otomatik cidar kalınlık ölçümü genelde çekme kontrolü ile birlikte yapılır. Burada borunun en ince yeri kontrol edilir. En ince yer, ekstrüder akışından bağımsız olarak daha önce belirlenmiş tolerans bandında sabit tutulur.
Önceden, otomatik olarak yapılan cidar kalınlığı ölçümü, ince yer kontrolü ile kombine edilerek sonradan ve elle yapılan ölçümlerde bahsedilen dezavantajları ortadan kaldırır ve böylece malzeme tasarrufu ve üretim giderlerinin azaltılması sağlanmış olur. Gaz borusu alıcılarının, otomatik kalite sertifika talepleri de karşılanmış olacaktır.
- Malzeme tasarrufu
Önceden yapılan kontrollü cidar kalınlık ölçümü ile sağlanan tasarruf, hızlı bir şekilde yapılan sonradan manuel merkezleme ile daha da artmaktadır. Böylelikle sarf malzeme oranı ve fazla ağırlık azaltılır. Her boru üreticisi kendi üretim protokolü ile tasarruf potansiyelini görebilir veya hesaplayabilir. Böylelikle;
Önceden ölçüm yapılarak daha az sarfiyat yapılır veya fazla ağırlıklar giderilir,
cidar kalınlık dağılımı hızlı olarak yapılan sonradan merkezleme işlemleri ile dengelenir ve tolerans bandı ve orta dereceli metre ağırlığı azaltılır.
- Kalite protokolü
Gaz boru üreticileri otomatik olarak hazırlanmış kalite protokolü olmadan artık boru verememektedir.
1.1 Cidar kalınlığı ölçümünde mevcut yöntemler
Şu an iki yöntem sunulmaktadır, bir x ışınları ile ölçüm, diğeri ise ultrases dalgaları ile ölçümdür.
Her iki yöntemin avantaj ve dezavantajları:
X ışınları ile ölçme tekniği
Avantajları:
Bu teknik ısıya bağımlı değildir ve ısı değişikliklerinde boruda sonradan kalibrasyon gerektirmez.
Dezavantajları:
Dış çapı 160 mm’ye kadar olan borularda uygulanabilir.
Ekstrüzyon hattının her yerinde uygulanamaz (örn. sıcak bölümde)
Teknik açıdan güvenlik önlemleri gerektirir.
Yüksek yatırım giderleri
- Ultrases dalgaları ile ölçüm
Avantajları:
Ultrases ile önceden ölçüm yapılabilir (hem sıcak hem ıslak bölümlerde).
Böylelikle değişiklik gözlendiğinde daha çabuk müdahale edelebilir.
Düşük yatırım giderleri
Öncü firmaların ölçüm ve kontrol programları oldukça gelişmiştir.
Dezavantajları:
Bu ölçüm, daha önce bahsedildiği üzere ısıya bağımlıdır. Bu dezavantaj ölçüm yeri için yapılacak uygun seçim ile dengelenebilir.
Günümüz koşullarında ultrases ile ölçüm tekniği, cidar kalınlığının otomatik ölçümünde en ekonomik yöntemdir.
1.2 Ölçme prensibi
Ultrases ölçüm sistemleri karşılaştırmalı ölçüm yapan sistemlerdir. Cidar kalınlığı, ses hızı ve ses geçis süresi sayesinde sistem tarafından hesaplanır.
Ses hızı malzeme ve ısıya bağımlıdır. Karşılaştırmalı ölçümlerle tespit edilen malzemeye bağlı ultrases hızı ve ultrases geçiş süresi ile cidar kalınlığı tespit edilir. Isı değiştiğinde, ses hızı değişir ve bu sonucunda da hesaplanmış cidar kalınlığı da değişir. Ama burada gerçek cidar kalınlığında değişiklik olmaz. Ultrases dalgaları hızı ısı değişikliklerine uydurulmaz ise ölçümler doğru sonuç vermez.
Isı sapmaları nedeni ile ekstrüzyon yönünde ara sıra oluşan ses hızı değişiklikleri gravimetrik cihazlar ile ayarlanabilir (Temelde ses hızı, gravimetrik cihaz ile ayarlanabilir).
Boru enine kesitindeki (ekstrüzyon yönünde enine) ses hızı değişiklikleri çok sık ve ciddi boyutlarda ortaya çıkar. Bunlar sonradan kalibre edilemez. Aşağıda konuyla ilgili birkaç örnek bulunmaktadır:
Boru düzensiz olarak soğutuluyor. Örneğin borunun üst kısmı alt kısmına nazaran daha sıcak.
Cidar kalınlıkları farklılıklar gösteriyor. Boruda daha kalın ve daha ince bölgeler var (kötü merkezleme). Örneğin vakum banyosu sonrası püskürtmeli soğutma nedeni ile ince bölgeler kalın bölgelere nazaran daha soğuktur.
Bu gibi durumlarda ultrases hızı etkin bir biçimde ayarlanamadığı için kalın bölgeler olması gerektiğinden daha kalın, ince yerler daha ince olacaktır.
(Sıcak malzemelerde ses hızı daha soğuk malzemelere nazaran düşmektedir.)
Ultrases dalgalarının davranışı üretilecek mamule bağlı değildir, aksine fizikle alakalıdır.
Isı değişiklikleri istenilen sınırda olan bölgede ultrases dalgaları ile ölçüm yapılmaldır. HDPE ve PP üretiminde bu ölçüm silindirde veya silindirin hemen arkasında yapılmaldır.
1.3 Ultrases ölçüm sistemlerinde görülen olumsuz sonuçlar
Ultrases sistemleri ile ilgili edinilen olumsuz deneyimler, örneğin bilinen araçlar, ölçüm yeri ve sensörlerden kaynaklanan kötü projeksiyon ile alakalıdır.
Bilinen araçlar, ilk vakum banyosunun arkasında veya daha sonrasında kullanılıyor. Konu 1.2’de anlatılan ısı problemleri bu noktada çok etkili olmaktadır. Bu nedenle ölçüm değerleri gerçekle uyuşmamaktadır. Yazılım programında yapılan ortalama değer atamaları ile ölçüm hataları giderilmeye çalışılmaktadır. Bu yöntem kesin ölçüme etki etmekte ve genel olarak otomatik kontrolü olanaksız kılmaktadır. Sonuç olarak müşteri mutsuz, cihazlarda sadece kaba gösterge araçları olarak kullanılır ve kontrol süreci de sonuçsuz kalmaktadır.
Bazı ısı problemlerinin ilk vakum banyosunun arkasından kaynaklanmadığını burada belirtmek gerekir. Atım kapasitesi, cidar kalınlığı ve cidar kalınlık dağılımına göre hatalar daha büyük veya daha küçük olabilir.
Kullanıcılar genelde ısı problemlerinden şikayet etmektedir.
2.0 Çap ölçümü
Boru çekme öncesi yapılan HDPE büyük boruların çap ve kalite ölçümleri, boru çekme esnasında hala deforme olduğundan problem yaratmaktadır. Ayrıca borunun sürekli büzüldüğü de unutulmamalıdır. Cidar kalınlığı (artık ısı) nedeni ile çekme sonrası büzülmede hesaplanmalıdır.
Çekme öncesi yapılan bütün ölçümler nerede ölçülürse ölçülsün uygun faktörler ile iyileştirilmelidir. Ultrases dalgalı çap ve kalite ölçümleri böylelikle tatminkar düzeyde olacaktır.
3.0 Gravimetrik
Gravimetrik ile ekstrüderin sarfiyatı (akış oranı) ölçülür. Ekstrüzyon hızı ile bağlantılı olarak borunun metre ağırlığı bulunup düzenlenebilir.
Gravimetrik ile orta süreli sapmalar ayarlanabilir. Örneğin:
Ham malzemenin dökme hızındaki değişiklikler
Geri kazanılmış malzemenin işlenmesinde dökme hızı sapmaları
Tıkanmış filtre nedeni ile ekstrüderin atık kapasitesi
Çekme hızında kontrolsüz değişimler
Kısa süreli sapmalar (örneğin sonsuz vidanın her dönüşünde oluşan sapmalar) bu sistemle tespit edilemez ve dengelenemez.
Ham malzemenin dökme hızındaki % 6’ya kadar varan değişikliklere sık rastlanır (Her işci malzemesini kontrol edip sapmaları kontrol edebilir). Bu sapmalar özellikle granül halindeki malzeme çeşidinden veya farklı yüklemelerden kaynaklanır.
Sonsuz vida, her dönüşünde aynı hacimde malzeme çekecek olamsı nedeniyle, ekstrüderin kg/saat olarak atım kapasitesi, dökme hızı sapmalarına göre değişmektedir.
Gravimetrik ölçme sistemi, sapmaları tespit eder ve sonsuz vida dönme sayısı veya çekme hızında değişiklikler ile atım sapmalarını dengeleyebilir.
Sapmalar (üretim toleranslar) azaltılarak orta dereceli metre ağırlığı düşürülebilmektedir ve tasarruf sağlanmaktadır.
Granül malzemeler için piyasadaki hemen hemen bütün gravimetrik ürünler problemsiz kullanılabilir. Bu teknik yıllardan bu yana kendini kanıtlamıştır.
660 kg/saat’lik bir kapasite için gravimetrik ölçme sistemi yatırım giderleri aşağıdadır:
Amortisman süresi
Yaklaşık % 2’lik bir tasarruf hesaplandığında, amortisman süresi bir yılın altındadır.
4.0 Gravimetrik ölçüm sistemleri ve ultrases dalgalı cidar kalınlığı ölçümlerinin kombinasyonu
4.1 Ayarlama kesinliği
Her iki sistemle aşağıdaki ölçme ve ayarlama kesinliklerine ulaşılabilir:
4.2 Her iki sistem kombinasyonu ile sağlanan avantajlar
Ses hızının otomatik kalibrasyonu
Ekstrüzyon yönündeki ısı sapmaları otomatik olarak telafi edilir (örneğin eriyik ısısındaki değişiklikler), ayrıca el ile yapılan kalibrasyona gerek kalmaz.
Sistemler birbirlerini karşılıklı kontrol eder
4.3 Her bir ölçme ve ayarlama sisteminin tek tek ve beraber malzeme tasarrufu
Gravimetrik Yaklaşık 2-3 %
Ultrases 3-4 %
Her iki sistemin kombinasyonu 4-5 %
(Ultrases için verilen yatırım miktarının gravimetriğe göre nispeten yüksek olduğuna dikkat edilmelidir.)
Gamma Makine
Ömer Ertemiz
