Źle dobrany chiller szybko daje o sobie znać. Jeśli jest za mały, latem woda się nagrzewa, a cykle się wydłużają. Jeśli jest przewymiarowany, ciągle się włącza i wyłącza, zużywa więcej energii niż trzeba i szybciej się zużywa. Prawidłowy dobór chillera przemysłowego nie jest trudny: wystarczy proste obliczenie, wiarygodne dane procesowe i kilka korekt, o których prawie zawsze się zapomina. Ten poradnik omawia je na rzeczywistym przykładzie wtrysku tworzyw sztucznych.
Chiller, agregat wody lodowej czy chłodziarka procesowa: o czym mowa
To to samo urządzenie pod różnymi nazwami. W Hiszpanii mówi się enfriadora, chłodnica wody lub coraz częściej chiller. W Meksyku i dużej części Ameryki Łacińskiej używa się nazw chiller, chłodnica wody lub agregat wody lodowej. W każdym przypadku jest to maszyna chłodnicza, która schładza czynnik (wodę lub wodę z glikolem) i podaje go do procesu w obiegu zamkniętym. Nie należy go mylić z termostatem do form (termoregulatorem), który utrzymuje formę w zadanej temperaturze, zwykle wyższej niż temperatura wody sieciowej.
Wzór: Q = m · cp · ΔT
Moc chłodnicza potrzebna w procesie to ciepło, które trzeba odebrać w jednostce czasu:
- Q: moc chłodnicza (kW).
- m: masowe natężenie przepływu (kg/s) chłodzonego produktu lub krążącej wody.
- cp: ciepło właściwe (kJ/kg·K). Woda: 4,18. Woda z 30 % glikolu: ok. 3,8.
- ΔT: różnica temperatur (K lub °C).
We wtrysku tworzyw wygodniej jest pracować z entalpią polimeru: ciepłem, które oddaje każdy kilogram przy przejściu od temperatury stopu do temperatury wypychania. Dzięki temu nie trzeba osobno liczyć ciepła jawnego, a w tworzywach semikrystalicznych ciepła krystalizacji.
Orientacyjna entalpia dla polimerów
Przybliżone wartości między temperaturą stopu a temperaturą wypychania. Wystarczą do pierwszego obliczenia; w konkretnym projekcie warto porównać je z kartą danych materiału.
| Polimer | Ciepło do odebrania (kJ/kg) | Odpowiednik (kWh/kg) |
|---|---|---|
| PS | 250–300 | 0,07–0,08 |
| ABS | 300–380 | 0,08–0,11 |
| PC | 300–380 | 0,08–0,11 |
| POM | 420–500 | 0,12–0,14 |
| PA6 / PA66 | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PP | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PE-HD | 600–700 | 0,17–0,19 |
Tworzywa semikrystaliczne (PP, PE, PA, POM) wymagają na kilogram prawie dwa razy więcej chłodu niż amorficzne (PS, ABS, PC). Dlatego dwie identyczne wtryskarki mogą potrzebować bardzo różnych chillerów.
Przykład: wtryskarka przetwarzająca 50 kg/h PP
- Ciepło z materiału. 50 kg/h × 600 kJ/kg = 30 000 kJ/h. Po podzieleniu przez 3600 s: 8,3 kW.
- Obciążenia dodatkowe. Gorące kanały, zyski ciepła w rurociągach i pompa: przy formie z gorącymi kanałami rozsądnie jest dodać 10–20 %. Przyjmujemy 15 %: 8,3 × 1,15 = 9,6 kW.
- Zapas bezpieczeństwa. Od 15 % do 25 %, w zależności od stabilności produkcji i prawdopodobieństwa rozbudowy. Przy 20 %: 9,6 × 1,2 = 11,5 kW.
- Korekta na warunki rzeczywiste (temperatura wody i otoczenia, patrz niżej). Jeśli urządzenie pracuje poza warunkami nominalnymi, jego moc użytkowa spada i trzeba wybrać większy model.
Jeśli ten sam chiller ma chłodzić także olej hydrauliczny wtryskarki lub strefę zasypu, dodaj te obciążenia. Wiarygodną wartość podaje producent maszyny; szacowanie na oko zwykle kończy się zbyt małym urządzeniem.
Przepływ wody
Mając obliczoną moc, przepływ wynika z tego samego wzoru. Przy 11,5 kW i różnicy 5 °C między zasilaniem a powrotem: m = 11,5 / (4,18 × 5) = 0,55 kg/s, czyli około 2 m³/h. Pompa chillera musi zapewnić ten przepływ przy rzeczywistym spadku ciśnienia w obiegu: forma, węże, złączki i rozdzielacze. Przy większej różnicy temperatur przepływ maleje, ale forma pracuje z większą różnicą między wejściem a wyjściem. O samej formie przeczytasz w naszym poradniku jak obliczyć przepływ chłodzenia formy.
Temperatura wody: liczy się każdy stopień
Katalogi podają moc w warunkach nominalnych, często woda 12/7 °C i otoczenie 35 °C. Poza nimi moc się zmienia:
- Zimniejsza woda: każdy stopień poniżej punktu nominalnego obniża wydajność, rzędu 3 % na stopień. Żądanie 5 °C, gdy proces dobrze działa przy 12 °C, jest kosztowne.
- Poniżej około 5 °C trzeba stosować glikol, który pogarsza wymianę ciepła i wymusza przewymiarowanie.
- Kondensacja: jeśli woda wpływa do formy poniżej punktu rosy powietrza w hali, forma się poci i pojawiają się wady oraz korozja. Latem, przy wysokiej wilgotności, może się to zdarzyć już przy 12–14 °C.
Ustal najwyższą temperaturę wody, jaką dopuszcza proces, a nie najniższą, jaką może dać urządzenie. Jako punkt odniesienia sprawdź tabelę temperatur form dla polimerów.
Skraplanie powietrzem czy wodą
| Kryterium | Skraplacz chłodzony powietrzem | Skraplacz chłodzony wodą |
|---|---|---|
| Instalacja | Prosta, tylko zasilanie elektryczne | Wymaga wieży chłodniczej lub wody studziennej |
| Oddawane ciepło | Do powietrza: do hali lub na zewnątrz | Do obiegu wody wieży chłodniczej |
| Wpływ lata | Traci moc przy wysokiej temperaturze otoczenia | Stabilniejsza, jeśli wieża jest dobrze dobrana |
| Sprawność | Niższa w upale | Zwykle wyższa |
| Konserwacja | Czyszczenie wymienników lamelowych | Uzdatnianie wody wieży przeciw kamieniowi i legionelli |
Chiller chłodzony powietrzem ustawiony w hali oddaje do niej całe odebrane ciepło plus ciepło sprężarki. W małym zakładzie może to być do przyjęcia; w zamkniętej hali w sierpniu – nie. Jeśli jest chłodzony powietrzem, licz z rzeczywistą maksymalną temperaturą otoczenia w miejscu instalacji, a nie z nominalną.
Typowe błędy przy doborze
- Liczenie ze średnią zamiast maksymalnej wydajności produkcji.
- Pominięcie gorących kanałów, oleju hydraulicznego lub obciążeń, które dojdą w ciągu roku.
- Wybór według mocy nominalnej bez korekty na temperaturę wody i otoczenia.
- Niesprawdzenie, czy pompa pokona spadek ciśnienia całego obiegu.
- Instalowanie chillera chłodzonego powietrzem w pomieszczeniu bez wentylacji.
- Podwójne przewymiarowanie „na wszelki wypadek”: urządzenie pracuje przy małym obciążeniu i gorzej reguluje.
Najczęściej zadawane pytania
Ile kW chillera potrzebuje wtryskarka?
Zależy to od materiału i liczby kilogramów na godzinę, a nie od siły zamykania. Pomnóż kg/h przez entalpię polimeru, podziel przez 3600 i dodaj obciążenia dodatkowe oraz zapas.
Jaki zapas bezpieczeństwa jest rozsądny?
Od 15 % do 25 % ponad obliczone obciążenie. Powyżej tego urządzenie prawie zawsze pracuje przy obciążeniu częściowym.
Czy mogę używać jednego chillera dla kilku maszyn?
Tak, to częste rozwiązanie przy obiegu centralnym. Zsumuj obciążenia wszystkich maszyn, zastosuj realistyczny współczynnik jednoczesności i upewnij się, że każda maszyna dostaje swój przepływ.
Czy potrzebuję też termostatu do form?
Jeśli forma pracuje powyżej temperatury wody lodowej, zwykle tak. Wyjaśniamy to w artykule termostat do form czy chiller: różnice i kiedy stosować każde z nich.
Pomożemy Ci go dobrać
Prześlij nam materiał, kg/h, potrzebną temperaturę wody i miejsce instalacji urządzenia, a sprawdzimy z Tobą obliczenia. Zobacz naszą ofertę: chillery przemysłowe, wypróbuj dobór urządzenia lub porozmawiaj z technikiem.