06/07/2015
Plastik Sektöründe Soğutma Çözümleri
Yar.Doç.Dr. Kadir İsa' nın Friterm Akademi adına hazırladığı, ISK Teknik Mayıs 2015 sayısında yayımlanan yazısıdır.
Giriş - Plastik sektörü, en fazla soğutma ihtiyacı olan alanlardan biridir. Gerek kalıpların ve gerekse makine yağının alışılagelmiş uygulamalarla soğutulması, işletme ve bakım maliyetlerinin yükselmesine sebep olmaktadır. Bu nedenle, kullanılacak yöntemin dikkatli seçilmesi gerekmektedir. Kalıpların yeteri kadar soğutulamaması, ürün kalitesini doğrudan etkilemektedir. Ayrıca, kalıptan elde edilecek birim ürün başına geçen sürenin (cycle) artmasına neden olmaktadır. Bu ise üretim kapasitesinde düşüş demektir. Makinelerdeki aşınmanın azaltılması ve verimli bir çalışma için yağın da soğutulması önem taşımaktadır.
Kalıp ve Yağ Soğutma Sistemleri - Plastik sektöründeki soğutma uygulamalarında değişik arayışlar söz konusu olmuştur. Bu süreç sonunda, yaşanan olumsuz tecrübelerin ışığında ve gelişen plastik makinelerinin daha sorunsuz soğutma işlemine ihtiyaç duyması nedeniyle optimum çözüme ulaşma çabası içinde olunmaktadır. Soğutma uygulamalarındaki alternatifleri ise şöyle sıralayabiliriz.
Su Soğutma Kulesi - Genellikle yağ soğutma işleminde kullanımının yanı sıra, sakıncalarına rağmen kalıp soğutmasında da kullanılmaktadır. Yağ soğutma işleminde, yağın ısısı bir ısı değiştiricisi vasıtasıyla kuledeki suya iletilmektedir. Yağın ısısını alan su; kulede, dış ortam havasının yaş termometre sıcaklığının (YT) 3-7 °C üstüne kadar soğutulabilmektedir. Görüleceği üzere, bir soğutma kulesinin performansındaki en önemli etken dış havanın YT sıcaklığıdır. Bununla beraber, suyun soğuması buharlaşma sonucu gerçekleştiğinden büyük kapasitelerde önemli su kayıpları söz konusu olabilmektedir. Suyun bir miktarının da kule fanı tarafından üflenen havanın içinde atmosfere sürüklendiğini hesaba alacak olursak su kaybının boyutları hakkında daha gerçekçi düşünebiliriz.
Soğutma kulelerinde suyun atmosferle teması sonucu (kapalı devreli sistemler hariç), önemli kirlenme ve kireçlenme sorunları yaşanmakta, bu ise soğutulan sistemlerde tıkanıklık ile verim azalmalarına neden olabilmektedir. Su iyileştirme konusunda yapılacak yatırım ise, işletme maliyetlerindeki artışı beraberinde getirmektedir.
Kapalı devre su soğutma kulelerinde ise, açık devrede kullanılan dolgu maddesi yerine bir eşanjör kullanılmaktadır. Bu nedenle, yağ soğutucu ısı değiştiricisine giden suyun kalitesi açısından daha iyi sonuç elde edilmesine rağmen, çıkış suyu sıcaklığı açık tipe nazaran ortalama 3 °C daha yüksek olmaktadır.
Su Soğutma Grupları (Chiller) - Kalıp suyunun ve yağın soğutulması için kullanılabilirler.Yağın soğutulması amacıyla daha yüksek sıcaklıkta su yeterli olacağından, arada bir eşanjör kullanmak ya da yüksek sıcaklıklara da su sağlayabilen endüstriyel tip chiller grupları çözüm olmaktadır.
Evaporatör (buharlaştırıcı), boru - kovan (shell and tube) tipidir. Bazı uygulamalarda plakalı eşanjör de kullanılabilmektedir. Evaporatörde boruların içinde basıncı genleşme valfi tarafından düşürülmüş sıvı soğutucu akışkan dolaşırken, kovan ve boru demetleri arasındaki bölgede ise prosesten dönen nispeten sıcak su yer almaktadır. Soğutucu akışkan suyun ısısını alarak buharlaşır ve kompresör tarafından emilir. Soğuyan su ise sirkülasyon pompaları vasıtasıyla kalıp veya yağ eşanjörüne iletilir. Kompresör tarafından basınç ve sıcaklığı yoğuşma basınç/sıcaklığına yükseltilen soğutucu akışkan kondensere gönderilir. Su soğutma grupları, kullanılan kondenser (yoğuşturucu) tipine göre hava ve su soğutmalı olmak üzere ikiye ayrılır.
Hava Soğutmalı Gruplar - Kondenserde kanatlı boru (finned tube) tip eşanjör kullanılmaktadır.Alüminyum kanatlar ısı geçişini arttırmak amacıyla kullanılmaktadırlar. Boruların içinde dolaşan basıncı ve sıcaklığı yüksek buhar halindeki soğutucu akışkan ısısını, radyal ya da aksiyal fanlarla üzerinden geçirilen dış ortam havasına vererek yoğuşur.
Su Soğutmalı Gruplar - Kondenseri boru ve kovan (shell and tube) tipidir. Boruların içinde soğutma kulesinden dönen su dolaşmakta olup, kovan ile boru demetleri arasındaki bölgede ise basıncı ve sıcaklığı yüksek buhar haldeki soğutucu akışkan bulunmaktadır.
Soğutucu akışkan ısısını suya verip yoğunlaşarak genleşme valfine giderken, ısınan su da tekrar soğutulmak üzere kuleye doğru yol alır. Görüleceği üzere, bu tip gruplarda su soğutma kulesi de kullanmak gerekmektedir. Dolayısıyla, kule kullanımıyla ortaya çıkan olumsuzluklar bu tip gruplar için de geçerlidir. Aynı zamanda, geçiş mevsimlerinde ve dış hava sıcaklığının düşük seyrettiği dönemlerde, yoğuşma basıncının muhafazası için gerekli otomasyonun yapılması da gerekmektedir.
Hava soğutmalı grupların tercih edildiği bazı durumları şöyle sıralayabiliriz.
- Su bulunma imkanlarının kısıtlı olması veya suyun çok pahalı elde edilmesi,
- Bölgenin çok soğuk olması, gece/gündüz sıcaklık farklılıklarından dolayı don tehlikesinin ortaya çıktığı yerler,
- Kışın soğutma grubunun çalışma zorunluluğunun olması,
- İşletmenin küçük olması ve dolayısıyla işletmeci personelin çok az sayıda istihdam edildiği, Elektrik giderlerindeki artışın çok önemli olmadığı yerler,
- Küçük kapasiteli cihazlar,
- Yer kısıtlaması nedeniyle bir makine dairesinin oluşturulamadığı ve grubun dışarı konulma zorunda olduğu yerler.
Kuru Soğutucular (Dry Cooler) - Bu yöntemde, yağın ısısı bir ısı değiştirici vasıtasıyla suya iletilir. Isınan su soğutulmak üzere kanatlı boru tip bir eşanjörden geçirilirken, ısısını lamellerin üzerine fan vasıtasıyla üflenen havaya vererek soğur. Sistem atmosfere açık olmadığından dolayı, suda kirlenme, yosunlaşma ve eksilme meydana gelmez. Eşanjörün yüzeyinde yoğuşma vb. nedenlerden dolayı ıslanma olmadığından buna bağlı olarak kireçlenme ve korozyon gibi sorunlar gelişmez. Kuru soğutuculardan elde edilen suyun sıcaklığı, dış hava kuru termometre sıcaklığına (KT) bağlıdır. Genelde dış hava KT sıcaklığının 5°C üstüne kadar su temin edilebilir.
Islak - Kuru Soğutucular - Daha düşük sıcaklıklarda su temini söz konusu olduğu durumlarda, termostat kontrollü bir su püskürtme sistemi vasıtasıyla serpantin üzerine su gönderilir. Suyun buharlaşması sonucu oluşan ek soğutma etkisiyle daha düşük sıcaklıkta su elde edilmesi mümkün olmaktadır.
Püskürtülen suyun iyileştirmeye tabi tutulması, lamellerin üzerinde kireçlenme oluşup ısı iletimini olumsuz etkilememesi için önemlidir. Lamellerin epoksi ile kaplanması ve ana gövdenin paslanmaz çelik olması da dikkate alınması gereken diğer konulardır. Ağ üzeri (EcoMesh diye adlandırılan sistemlerde, standart bir arıtma yapılmadan su kullanma imkanı olduğu gibi, su spreyleme sisteminin çalışma süresi ve frekans ayarı, sistem performansının optimizasyonu ve su tüketiminin en aza indirilmesi amacı ile sürekli olarak EcoMesh akıllı kontrol cihazı tarafından yapılır. EcoMesh sisteminin faydaları;
- İşletme maliyetinin azaltılması - Daha düşük giriş havası sıcaklığı enerji maliyetini düşürür ve böylelikle işletme maliyetleri azalır.
- Hızlı ve verimli soğutma - Geniş mesh yüzeyi alanı, hava debisinde minimum azalma ile verimli adyabatik soğutma yüzeyi sağlar. Böylece su, giriş havasını soğutmak için çok hızlı buharlaşır.
- Sağlık risklerinin yok edilmesi - Su herhangi bir depodan sağlanmadığı, doğrudan temin edildiğinden ortaya çıkması muhtemel sağlık riskleri (lejyoner hastalığı) tamamen ortadan kalkar.
- Su tüketiminin azaltılması - Su, sistemde sadece gerektiği durumlarda kullanıldığı için tüketimde önemli derecede tasarruf sağlanır.
- Isı transfer verimliliğinin sürekliliğinin sağlanması - Su, ısı değiştirici yüzeyine doğrudan püskürtülmediği, ağ yüzeyine püskürtüldüğü için lamellerin üzerinde kireç tabakası oluşmaz. Böylelikle ısıl transfer verimliliğinin düşmesi engellenir.
- Kışın donmayı önlemek için glikol-su karışımlı salamuralı sistemlerle kapalı devre sekonder sitemler kurma imkanı da bulunmaktadır.
http://www.iskteknik.com/ipucu/plastik-sektorunde-sogutma-cozumleri
