Forma może mieć doskonały termostat, a mimo to chłodzić źle. Przyczyną jest zwykle przepływ: obiegi z za małą ilością wody, źle rozdzielonej lub płynącej laminarnie. Przepływ chłodzenia formy to parametr, który najczęściej uznaje się za oczywisty i najrzadziej mierzy. Ten poradnik wyjaśnia, jak obliczyć minimalny przepływ dla każdego obiegu, jak sprawdzić różnicę temperatur i jak mierzyć ją na hali.
Dwa kryteria, które trzeba spełnić jednocześnie
Przepływ w każdym obiegu musi spełniać dwa warunki:
- Przepływ turbulentny, aby woda odbierała ciepło ze ścianki kanału.
- Mała różnica temperatur między wejściem a wyjściem, aby forma miała taką samą temperaturę na całej długości obiegu.
Właściwy przepływ to większa z tych dwóch wartości. Prawie zawsze decyduje drugie kryterium, ale o pierwszym zapomina się przy wąskich kanałach.
Przepływ turbulentny i liczba Reynoldsa
Przy przepływie laminarnym woda porusza się warstwami, a warstwa przy ściance prawie się nie wymienia: przenosi mało ciepła. Przy przepływie turbulentnym woda się miesza, a wymiana ciepła wielokrotnie rośnie. Określa to liczba Reynoldsa:
Re = v · D / ν
- v: prędkość wody (m/s).
- D: średnica kanału (m).
- ν: lepkość kinematyczna wody (m²/s). Około 1,0 × 10⁻⁶ w 20 °C, 0,66 × 10⁻⁶ w 40 °C i 0,36 × 10⁻⁶ w 80 °C.
Poniżej 2300 przepływ jest laminarny; między 2300 a około 4000 – przejściowy. Do chłodzenia form zaleca się Re równe 10 000 lub więcej, czyli wyraźnie turbulentny przepływ.
Przykład: kanał 10 mm z wodą o temperaturze 40 °C
Dla Re = 10 000: v = Re · ν / D = 10 000 × 0,66 × 10⁻⁶ / 0,010 = 0,66 m/s. Przekrój kanału 10 mm wynosi 7,85 × 10⁻⁵ m², więc minimalny przepływ to 0,66 × 7,85 × 10⁻⁵ = 5,2 × 10⁻⁵ m³/s, czyli około 3,1 l/min.
Tabela podaje minimalny przepływ na obieg dla Re = 10 000 w zależności od średnicy i temperatury wody:
| Średnica kanału | Woda 20 °C | Woda 40 °C | Woda 80 °C |
|---|---|---|---|
| 6 mm | 2,8 l/min | 1,9 l/min | 1,0 l/min |
| 8 mm | 3,8 l/min | 2,5 l/min | 1,4 l/min |
| 10 mm | 4,7 l/min | 3,1 l/min | 1,7 l/min |
| 12 mm | 5,7 l/min | 3,7 l/min | 2,0 l/min |
| 14 mm | 6,6 l/min | 4,4 l/min | 2,4 l/min |
Dwa praktyczne wnioski: zimna woda potrzebuje większego przepływu, aby był on turbulentny, a olej, znacznie bardziej lepki, jeszcze większego. W obiegach olejowych licz z lepkością oleju w jego temperaturze pracy.
Różnica temperatur między wejściem a wyjściem
Drugie kryterium wynika z bilansu cieplnego: Q = m · cp · ΔT. Aby forma była jednorodna, różnica między wejściem a wyjściem każdego obiegu nie powinna przekraczać 2–3 °C, a przy detalach technicznych lub precyzyjnych lepiej zbliżyć się do 1–2 °C.
Przykład: forma, która musi odprowadzić 6 kW (np. około 36 kg/h PP) czterema jednakowymi obiegami. Każdy obieg odbiera 1,5 kW. Przy ΔT = 2 °C: m = 1,5 / (4,18 × 2) = 0,18 kg/s, czyli około 10,8 l/min na obieg.
W kanale 10 mm przy 40 °C minimum wg Reynoldsa wynosiło 3,1 l/min. Tutaj decyduje kryterium cieplne: potrzeba prawie 11 l/min, a przy takim przepływie jest on wyraźnie turbulentny. Następnie sprawdź, czy pompa termostatu zapewni ten całkowity przepływ (około 43 l/min) przy rzeczywistym spadku ciśnienia w formie.
Równoważenie obiegów
Obliczenie przepływu nic nie da, jeśli potem nie dotrze on do każdego obiegu. Typowe problemy:
- Nierówne obiegi równoległe: woda płynie tam, gdzie napotyka najmniejszy opór. Długi obieg lub obieg z wieloma kolanami dostaje mniej wody niż krótki.
- Obiegi szeregowe: różnica temperatur się sumuje, a ostatnia strefa pracuje cieplej niż pierwsza.
- Kamień i zanieczyszczenia: zmniejszają przekrój użyteczny i przepływ, czego nikt nie zauważa. Wyjaśniamy to w artykule kamień i osady w obiegu formy.
- Wąskie węże i szybkozłącza: szybkozłącze o zredukowanym przelocie może ograniczać bardziej niż sam kanał.
Jak mierzyć na hali
Czego się nie mierzy, tego się nie kontroluje. Są trzy poziomy:
- Przepływomierz na każdy obieg: pokazuje rzeczywisty przepływ w każdym kanale i wykrywa obiegi zatkane lub niezrównoważone. Na początek przeczytaj nasz artykuł o przepływomierzu i zobacz nasze przepływomierze przemysłowe.
- Pomiar temperatury na wejściu i wyjściu: rzeczywiste ΔT każdego obiegu potwierdza, czy przepływ jest wystarczający. To podstawa regulacji delta T.
- Rozdział wieloobiegowy z monitoringiem: w sposób ciągły mierzy przepływ i temperaturę każdego obiegu i ostrzega, gdy któryś odbiega od normy. Zobacz elektroniczny rozdział wieloobiegowy.
Typowe błędy
- Poleganie na nominalnym przepływie pompy zamiast mierzenia rzeczywistego przepływu w każdym obiegu.
- Łączenie szeregowo obiegów, które powinny pracować równolegle, aby zaoszczędzić na wężach.
- Stosowanie szybkozłączy o zredukowanym przelocie w kanałach o większej średnicy.
- Niesprawdzanie obiegów, dopóki na wypraskach nie pojawią się wady.
Najczęściej zadawane pytania
Jakiej liczby Reynoldsa potrzebuje forma?
Orientacyjnie 10 000 lub więcej. Poniżej 4000 wymiana ciepła wyraźnie spada.
Jakie ΔT między wejściem a wyjściem jest dopuszczalne?
Na ogół 2–3 °C, a przy detalach precyzyjnych 1–2 °C.
Czy większy przepływ jest zawsze lepszy?
Nie. Gdy przepływ jest już turbulentny, a ΔT małe, większy przepływ tylko zwiększa spadek ciśnienia i zużycie energii przez pompę.
Jak często warto mierzyć przepływ?
Najlepiej monitorować go w sposób ciągły. Co najmniej przy każdym montażu formy i gdy zmienia się jakość wyprasek.
Pomożemy Ci z obiegami
Prześlij nam liczbę obiegów, ich średnice, materiał i wydajność produkcji, a obliczymy z Tobą potrzebny przepływ. Skorzystaj z narzędzia dobór urządzenia lub porozmawiaj z technikiem.