چیلر تزریق پلاستیک | راهنمای خرید و مزایای استفاده از چیلر تزریق پلاستیک

خنک سازی در فرایند های تولید پلاستیک لزوم و مزایای خاص را دارد. کنترل دقیق دما، پایداری ابعادی، کیفیت بالاتر محصول تولیدی نهایی از جمله مزایای خنک سازی با چیلر در فرایند های تولید پلاستیک هستند. کدورت محصول نهایی، تاول زدن پلاستیک، ناهمواری و عیوب دیگر ساختاری میتوانند از نتایج عدم خنک سازی کافی و صحیح در فرایند های تولید موارد پلاستیکی باشند. در این مقاله از مجله ایران فریون به لزوم و مزایای استفاده از چیلر و کاربرد چیلر تراکمی در تزریق پلاستیک می پردازیم. این مقاله ترجمه ای اقتباسی از مقاله ای با همین عنوان از مجله اسپورلن است.

چیلر تزریق پلاستیک

        چیلر تزریق پلاستیک یکی از انواع چیلر های صنعتی است. به طور معمول در فرایند های تولید پلاستیک از چیلر صنعتی تزریق در موارد زیر استفاده می شود:

• قالب های بادی و فرایند های تولید بادی یا  Blow Molding
• اکستروژن یا روزن رانی پلاستیک
• تزریق پلاستیک

چیلر در تزریق پلاستیک

        فرایند تولید به روش تزریق پلاستیک بخش قابل ملاحظه ای از تولید قطعات پلاستیکی در سراسر جهان را تشکیل می دهد. قطعات تولید شده به این روش تقریبا در تمام اطراف ما دیده می شوند. سوییچ های الکتریکی، سطل های زباله، مسواک و حتی داشبورد کامل خودرو با این روش تولید شده اند. این فرایند با مواد پلاستیکی ترموپلاستیک مانند پلی استایرن، abs، پلی آمید، پی وی سی، پلی اتیلن و پلی پروپلین سازگار است. شکل زیر یک دستگاه تزریق پلاستیک معمولی را نشان می دهد.

در فرایند تزریق پلاستیک خنک کردن ضروری بوده و به جهت دستیابی به دو هدف انجام می شود:

• خنک کردن قالب و منجمد شدن سریع و بی نقص پلاستیک درون قالب
• خنک کردن روغن هیدرولیک استفاده شده در دستگاه 

چیلر تزریق پلاستیک- خنک کردن قالب

       فرایند تزریق پلاستیک شامل چهار مرحله است. مرحله خنک سازی بسیار مهم است و اغلب توسط یکچیلر دستگاه تزریق پلاستیک و به صورت مستقیم انجام می شود. 

• قفل شدن: قبل از تزریق، دو بخش قالب باید خیلی محکم و با دقت به یکدیگر قفل شوند. 
• تزریق: مواد پلاستیکی خام به ماردون دستگاه تزریق وارد می شوند. گرما و فشار باعث ذوب مواد شده و مواد از طریق ماردون به جلو رانده می شوند. مواد مذاب پلاستیک به سرعت به درون قالب تزریق شده و قالب را پر می کنند. 
• خنک سازی: قالب خنک شده با آب تضمین می کند که مواد پلاستیکی به محض ورود به قالب شروع به خنک شدن می کنند. با سرد شدن پلاستیک، قطعه شکل می گیرد. تا زمانی که محصول نهایی به اندازه کافی خنک نشده باشد، نمی توان آن را از قالب خارج کرد. خنک کنندگی کارامد تر، خرابی محصول و پرت مواد را کاهش داده و محصول با کیفیت تری را به ارمغان می آورد. کاهش دمای قالب توسط چیلر، سرعت تولید را نیز افزایش می دهد. 
• پراندن قطعه: بعد از گذشت زمان کافی برای خنک شدن قطعه، قطعه نهایی به بیرون قالب پرانده می شود. بعد از تخلیه قالب، قالب مجددا بسته می شود و برای پر شدن مجدد آماده می شود.

چیلر تزریق پلاستیک- خنک کردن سیستم هیدرولیک

        دستگاه تزریق پلاستیک معمولا از پمپ هیدرولیک و روغن هیدرولیک برای ایجاد فشار جهت باز و بستن قالب و ... استفاده می کند. روغن هیدرولیک در حین کار گرمای قابل توجهی تولید می کند. خنک کنندگی کم عملکرد سیستم هیدرولیک را مختل می کند. خرابی های مکرر، اصطحلاک بیشتر، خروجی قطعات مشکل دار و کاهش کیفیت قطعات از جمله آثار خنک کنندگی ناکافی در سیستم هیدرولیک دستگاه تزریق پلاستیک است. 

ظرفیت خنک کنندگی برای دستگاه تزریق پلاستیک معمولا توسط دو آب غیر مرتبط به هم تامین می شود:

• آب 20 تا 30 درجه سلسیوس: سیکل آب دما بالا برای خنک کردن روغن هیدرولیک به کار می رود. 
• آب 10تا15 درجه سلسیوس: از این آب دما پایین معمولا جهت خنک کاری قالب تزریق پلاستیک استفاده می شود. 

        خنک سازی دقیق و حفظ دقیق دما معمولا برای خنک کردن قالب تزریق پلاستیک اهمیت ویژه ای دارد. این مهم به افزایش کیفیت نهایی محصول و افزایش بهره وری دستگاه کمک می کند. مطابق تصویر در بسیاری از موارد ممکن است یک چیلر مجزا برای هر فرایند به کار رود. 

چیلر تزریق در اکستروژن

       روش تولید اکستروژن معمولا برای تولید در حجم های بالای پروفیل های پلاستیکی استفاده می شود. در این روش پلاستیک ذوب شده به شکل یک پروفیل تبدیل می شود. از این روش تولید به طور مثال در تولید داکت های برقی، لوله، پنجره، صفحات پلاستیکی، نوارچسب و عایق سیم و کابل استفاده می شود. تصویر زیر یک دستگاه اکسترودر را نشان می دهد.

        مواد پلاستیکی بعد از ورود به ماردون دستگاه از قیف، توسط المنت های دستگاه گرم شده و ذوب می شوند. پلاستیک مذاب از طریق ماردون دستگاه به جلو رانده شده و از بعد از گذر از صافی، به سمت قالب روانه می شود. بعد از این که مذاب شکل قالب را به خود گرفت و از قالب خارج شد باید خنک شود. محصول نهایی معمولا در یک وان آب خنک کاملا آب بندی شده خنک می گردد. تامین این آب خنک به عهده چیلر صنعتی دستگاه تزریق است. بعد از اینکه محصول نهایی خنک شد، می تواند به اندازه های مد نظر برش خورده و یا رول شود. 

در فرایند تولید صفحات پلاستیکی، خنک سازی توسط رول های مختلفی که ضخامت و زبری سطح را نیز مشخص می کنند، انجام می شود. 

چیلر تزریق در قالب های بادی

        قالب های بادی معمولا در ساخت بطری های پلاستیکی استفاده می شوند. در سال 2018 حدود 508 میلیارد بطری پلاستیکی تولید شده است. این میزان در سال 2021 به 583 میلیارد نیز رسیده است. تقریبا تمام این بطری ها با روش قالب گیری بادی تولید شده اند. 

در این فرایند نیز مانند تزریق پلاستیک، از اب سرد برای خنک سازی قالب و همچنین سیستم های هیدرولیک دستگاه استفاده می شود. آب سرد 10-15 درجه سلسیوس جهت خنک سازی قالب در این فرایند تولید به کار می رود. این آب خنک نیز در این فرایند توسط چیلر تزریق پلاستیک تامین می شود.

اجزای چیلر تزریق پلاستیک

        چیلر تزریق پلاستیک معمولا یک چیلر تراکمی است. مانند تمام چیلر های تراکمی، چیلر تزریق پلاستیک نیز از چهار جزء اصلی شامل کمپرسور، کندانسور، اواپراتور، شیر انبساط، تابلو برق چیلر، اجزای خط مایع و ... تشکیل شده است. هر کدام از این قطعات، انواع مختلفی دارند. 

کمپرسور: به عنوان قلب چیلر تزریق پلاستیک وظیفه به حرکت در آوردن مبرد و تامین فشار مکش و دهش جهت تقطیر و تبخیر مبرد را دارد. کمپرسور انواع مختلفی شامل سیلندر پیستونی، اسکرال، اسکرو، روتاری، سانتریفوژ و ... دارد.

کندانسور: در چیلر تزریق پلاستیک وظیفه تقطیر گاز مبرد داغ خروجی از کمپرسور و دفع گرمای فرایند و گرای حاصل از فشرده سازی کمپرسور را به عهده دارد. چیلر های تزریق پلاستیک معمولا دارای کندانسور هوایی هستند. کندانسور آبی دیگر نوع کندانسور در چیلر های تراکمی است. 

شیر انبساط: در چیلر دستگاه تزریق وظیفه کاهش فشار مبرد مایع برای تبخیر راحت تر مبرد مایع را به عهده دارد. شیر انبساط نیز انواع مختلفی مانند شیر انبساط ترموستاتیک، دستی، الکترونیکی و ... دارد. 

اواپراتور: همانطور که از نام این قطعه مشخص است، وظیفه تبخیر مایع مبرد و در نتیجه گرما گیری از سیال فرایندی ( آب جاری در قالب تزریق) را دارد. اواپراتور چیلر تزریق پلاستیک نیز انواع مختلفی شامل اواپراتور پوسته و لوله، آیس بانکی، صفحه ای و ... دارد.

تابلو برق: تالو برق چیلر تزریق پلاستیک وظیفه کنترل و هماهنگی بین اجزا را داشته و به عملکرد صحیح دستگاه کمک می کند. منطق کنترلی و تابلو برق چیلر تزریق نیز دارای انواع مختلفی است. 

اجزای خط مایع:فیلتر درایر، شیر برقی، آکومولاتور، اویل سپراتور، سایت گلاس و ... تنها بخشی از اجزای به کار رفته در خط مایع چیلر تزریق پلاستیک هستند. 

چیلر تزریق چگونه کار می کند؟

       در چیلر تزریق مانند تمام انواع چیلر های تراکمی، گاز مبرد توسط کمپرسور فشرده می شود. گاز دما بالا فشار بالا به سمت کندانسور حرکت می کند. گاز مبرد بعد از عبور از کندانسور، تقطیر شده و به مایع مبرد فشار بالا دما پایین تبدیل می شود. در شیر انبساط فشار مبرد به یک باره افت شدیدی پیدا می کند. این افت شدید باعث تبخیر شدن گاز در اواپراتور می شود. با توجه به گرما گیر بودن فرایند تبخیر، گرمای سیال فرایندی (آب جاری در قالب دستگاه) توسط مبرد گرفته می شود. کمپرسور با مکش مبرد از اواپراتور، مبرد را مجددا به چرخه در می آورد. جهت مطالعه بیشتر در این زمینه می توانید به مقاله نحوه کار چیلر تراکمی رجوع کنید. 

انواع چیلر دستگاه تزریق

        چیلر دستگاه تزریق یکی از انواع چیلر های صنعتی است. چیلر های صنعتی به روش های مختلف و از منظر های متفاوت به انواع مختلف تقسیم می شوند. در ادامه به انواع چیلر دستگاه تزریق پلاستیک می پردازیم.

انواع چیلر تزریق از نظر کمپرسور: کمپرسور به عنوان قلب دستگاه چیلر، از اجزای مهم آن بوده و چیلر های تزریق را می توانند بر حسب نوع کمپرسور به کار رفته در آن طبقه بندی کنند. کمپرسور اسکرال و سیلندر پیستونی از پرکاربرد ترین کمپرسور ها در چیلر های تزریق پلاستیک هستند.

چیلر تزریق پلاستیک از نظر نوع کندانسور: چیلر های تراکمی از نظر نوع کندانسور به دو نوع آب خنک و هوا خنک تقسیم می شوند. در کندانسور هوا خنک، گرمای فرایند، با عبور اجباری هوا توسط فن های کندانسور به محیط دفع می شوند. در چیلر های آب خنک آب خنک شده در برج خنک کننده به سمت کندانسور آبی چیلر فرستاده می شود. این آب خنک، گرمای فرایند را گرفته و دمای گاز مبرد جریان یافته در کندانسور را کاهش می دهد. معمولا چیلر های صنعتی در انواع هوا خنک تولید و ساخته می شوند. ولی بسته به ظرفیت و نوع کاربری چیلر صنعتی آب خنک نیز می تواند تولید شود. 

محاسبه چیلر تزریق

در محاسبه تناژ و ظرفیت چیلر برای دستگاه تزریق پلاستیک، دو راه وجود دارد. روش اول استفاده از فرمول محاسبه گرمای سیال فرایندی و روش دوم محاسبه سر انگشتی تناژ چیلر تزریق. 

برای محاسبه تناژ چیلر تزریق پلاستیک به سه پارامتر نیاز داریم:

1. دمای آب ورودی به چیلر
2. دمای آب مورد نیاز دستگاه( یا دمای آب خروجی از چیلر)
3. دبی آب

برای مثال ما می خواهیم 40 گالن بر دقیقه آب را از 70 درجه فارنهایت به 58 درجه فارنهایت برسانیم. به چه چیلری با چه ظرفیتی نیاز خواهیم داشت؟ 

مطابق مراحل زیر پیش می رویم:

1. ابتدا اختلاف دمای ورودی و خروجی چیلر را به دست می آوریم که در این مثال باید 70 را منهای 58 کنیم که12 درجه اختلاف دما به دست می آید.
2. در گام دوم باید ظرفیت برودتی چیلر تزریق پلاستیک را به دست آوریم. برای به دست آوردم ظرفیت برودتی چیلر، میزان دبی بر حسب گالن بر دقیقه را ضرب در 8.33 کرده و در اختلاف دما ضرب می کنیم. که در این مثال داریم:          40x8.33x12=btu/hr
3. سپس ظرفیت سرمایی چیلر را بر حسب بی تی یو بر ساعت بر 12000 تقسیم کرده تا تناژ برودتی چیلر تزریق به دست آید.  40x8.33x12=239904btu/hr =19.992 ton 
4. بعد از یک ضریب اطمینان 20 درصد، تناژ نهایی چیلر را خواهیم داشت. به طور مثال، در مثال مذکور ظرفیت چیلر حدود 20 تن بوده که بعد از افزودن 20 درصد 24تن ظرفیت نهایی را خواهیم داشت.

با توجه به اینکه ممکن است به دست آوردن دبی سیال فرایندی مشکل باشد و دبی مشخصی از سیال فرایندی نداشته باشید، ظرفیت چیلر را می توانید به صورت سر انگشتی نیز حساب کنید.

مثال 2:تصور کنید یک دستگاه تزریق پلاستیک، 170 گرم مواد از جنس پلی پروپلین را در 18 ثانیه تزریق می کند. موتور هیدرولیک این دستگاه 3 اسب قدرت داشته و نیاز به خنک کنندگی روغن هیدرولیک نیز توسط چیلر دارد. می خواهیم چیلر مناسب این دستگاه تزریق را انتخاب کنیم.

ابتدا حساب می کنیم که چقدر ماده در ساعت تزریق می شود. اگر در هر 18 ثانی 170 گرم ماده تزریق شود، در هر دقیقه 566.66 گرم و در هر ساعت 33999 گرم ماده تزریق می شود. با تبدیل این مقدار به کیلوگرم، 33.99 کیلوگرم ماده در هر ساعت در قالب تزریق می گردد. با توجه به جدول زیر، تزریق هر 15.87 کیلوگرم پلی پروپلین، تقریبا یک تن تبرید، ظرفیت برودتی نیاز دارد. بنا بر این دستگاه مذکور، 2.14 تن تبرید برای تزریق نیاز دارد. با توجه به جدول شماره دو روغن در یک موتور هیدرولیک به ازای هر اسب توان 0.1 تن سرمایش نیاز دارد. به عبارتی موتور سه اسب نیاز به 0.3 تن تبرید سرمایش نیاز خواهد داشت. با جمع 0.3 و 2.14 تن، ظرفیت چیلر به دست خواهد آمد. جمع این دو عدد، 2.44 تن تبرید می شود. حال با توجه به دستگاه های موجود در بازار با یک ضریب اطمینان باید دستگاه مورد نظر را انتخاب و خریداری کرد. 

جمع بندی و خرید چیلر تراکمی

بعد از شناخت لزوم استفاده از چیلر در دستگاه های تزریق پلاستیک، قالب های بادی پلاستیک، و همچنین اکسترودر های پلاستیک، باید به نکات خرید چیلر صنعتی و روش انتخاب چیلر صنعتی پرداخت. جهت مطالعه بیشتر در خصوص موارد یاد شده، قیسمت چیلر تزریق و مشاوره در این خصوصبا کارشناسن ایران فریون تماس بگیرید.