Fröccsöntő gépek által kibocsátott másodlagos hőmennyiség gazdaságos felhasználása. DIPLOMAMUNKA

Átírás

1 Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Vegyipari Gépészeti Intézeti Tanszék Fröccsöntő gépek által kibocsátott másodlagos hőmennyiség gazdaságos felhasználása. DIPLOMAMUNKA Készítette: Konzulens: Dékány-Adamoczky Anita Dr. Szepesi L. Gábor Egyetemi docens 014.

2 MISKOLCI EGYETEM MISKOLC-EGYETEMVÁROS, H-3515 Tel.: (46) Fax: (46) University of Miskolc Universität Miskolc MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR Kémiai Intézet Mишкольцкий Университет Université de Miskolc Diplomamunka feladatkiírás Dékány-Adamoczky Anita - MSc levelező tagozatos hallgató részére Dolgozat címe: Fröccsöntő gépek által kibocsátott másodlagos hőmennyiség gazdaságos felhasználása Elvégzendő feladatok: - Ismertesse a fröccsöntés technológiáját. - Mutassa be a hőátviteli módokat, jellemezze a léghűtőkben alkalmazott megoldásokat. - Végezze el egy fröccsöntő üzem léghűtőjének hőtani számítását A Szakdolgozat leadási határideje: 014. november 4. A Szakdolgozat terjedelme: min. 50, max. 60 A/4 formátumú oldal (mellékletek nélkül) Külső (üzemi) konzulens:.. Belső (egyetemi) konzulens:.. Miskolc, 014. november 4. Dr. Lakatos János Intézetigazgató egyetemi docens

3 Köszönetnyilvánítás Megköszönöm Erdős Pál egyéni vállalkozónak, hogy munkámat lehetővé tette az erdősműanyag üzemében. Mellette fiának, Erdős Árpádnak, a sok gyakorlati tanácsot és segítséget, mely nélkülözhetetlen volt munkám sikeres elvégzéséhez Szeretném megköszönni témavezetőmnek Dr. Szepesi L. Gábor egyetemi docensnek, hogy munkám elvégzését pontos, egyértelmű és hasznos szakmai tanácsaival segítette, valamint lehetővé tette dolgozatom megírását. Továbbá köszönetet mondok segítőkész támogatásáért és dolgozatom ellenőrzéséért. Végül, de nem utolsó sorban szeretném külön megköszönni férjemnek a tanulmányaim során nyújtott nélkülözhetetlen és önzetlen támogatását. Továbbá munkatársaimnak, hogy tanácsaikkal, és segítő készségükkel is támogattak feladatom elvégzése során. i

4 Tartalomjegyzék. Bevezetés Erdős Pál Egyéni Vállalkozása A cég bemutatása Céljaik Telephely és eszközei Első számú telephely, Hajdúböszörmény Kovács Albert utca Második számú telephely, Hajdúböszörmény Perczel Mór utca A fröccsöntés technológiájának folyamata [1] Szerszámzárás A fúvóka előre mozgása Befröccsöntési folyamatok Hűlési idő Plasztikálás Szerszám nyitása Kidobás Fröccsöntő gép Fröccsegység Csiga Plasztikáló henger Fúvóka Záróegység Könyökemelős mechanizmusú záróegység Hidraulikus záróegység Kombinált záróegység Oszlopnélküli záróegység Szerszámok felépítése Erdős műanyag által gyártott termékek Polipropilén (PP) Polietilén (PE) Poliamidok Hőtani műveletek A hővezetés... 1 ii

5 A hővezetés differenciál egyenlete Sík fal hővezetése Konvektív hőátvitel (hőátadás A határréteg és a fluidum mozgásállapota Hőáramlás függvényei Hőátadás kényszerkonvekcióval Hőcserélő berendezések Hőátviteli tényező Léghűtők és bordázott felületű hőcserélők Kísérleti rész Fröccsöntő gépek által kibocsátott másodlagos hő Léghűtő tervezése, téli időszakban Hővisszanyerős légkezelő, keresztáramú, függőleges csonkozással Hővisszanyerős légkezelő beszerelése, működése Nyári gyakorlat Összefoglalás Summary Irodalomjegyzék iii

6 1. Absztrakt Nyári gyakorlatomat Erdős Pál egyéni vállalkozó üzemében töltöttem, ahol egy hővisszanyerős légkezelőt szerelnek be, az üzem teljesítmény javulása céljából. Beszerelés előtt már előzetes vizsgálatokat végeztem az üzemben található gépek hőmérséklet leadásáról és felvételéről. Nyári gyakorlat alatt végig kísértem a légkezelő beszerelését, üzembe helyezését. Majd újra hőmérsékleteket mértem a légkezelő beállítása után. A légkezelő elősegíti az üzemben az állandó hőmérséklet elérését, ezáltal a műszerek teljesítményén növekedést tapasztaltunk. A közel állandó hőmérséklet nem csak a gépek teljesítményét növeli, hanem élettartamát is. Mindemellett a dolgozóknak az egészséges munkakörnyezetet szerettek volna biztosítani. A nagy hőmérsékletingadozás nem csak műszereknek, hanem az emberi szervezetnek sem tesz jót. A gépek által termelt másodlagos hőmérséklet nagymértékben emelte az üzemi hőmérsékletet, a hővisszanyerős légkezelő ezt a hőmérsékletet vezeti el, ezáltal az átlaghőmérséklet csökken. Szakdolgozatom célja, az üzembe beszerelt légcserélő vizsgálata és egy léghűtő tervezése az üzemi paraméterekhez viszonyítva. Egy egyedi tervezés mindig nagyobb költséggel jár, mint egy előre legyártott léghűtő. A tervezésnél minden fontos adatot, eredményt külön-külön figyelembe vehetünk a folyamat modellezésénél. Manapság a kisebb cégek anyagilag nem tehetik meg, hogy a drágább, de jobb hatásfokkal működő gépeket vegyék meg, inkább alacsonyabb költségű terméket fogják megvásárolni. iv

7 . Bevezetés Napjainkban fontos szerepet kap az egészséges életmód, ezáltal a cégek is törekednek arra, hogy a dolgozóiknak megfelelő környezetet biztosítsanak. Míg egy családi házban a levegőt elég cserélni óránként egyszer, addig egy üzemben óránként többször is szükséges. Magyarországon, mint mindenütt a világon egyre szélesebb körben alkalmazzák a műanyagokat. Könnyűek, olcsón előállíthatók, könnyen formázhatók, szilárdak és a környezeti hatásoknak ellenállnak (nehezen lebomlóak), így sokféle felhasználásuk lehetséges. Munkámmal szeretném bemutatni egy műanyag feldolgozó cég fejlődését, üzembe beszerelt légcserélő hasznosságát, hatékonyságát. A cégnél dolgozók egészségének fontossága mellett az üzemben használt gépek hatásfokának növelése lenne a cél. A feladatom a nyári gyakorlatom során légcserélő beszerelésének megfigyelése és az egyes gépek működésének tanulmányozása. Valamint az üzemben használt gépek másodlagos hő átadásának mérése és működésének változása az állandó hőmérséklet mellett. A dolgozat első részében Erdős Pál egyéni vállalkozásának tevékenységét illetve üzemét mutatom be a műanyag feldolgozás terén. Majd az üzemben található gépekkel, hő kibocsátásukkal és légcserélő beszerelésének folyamatával, zárásként pedig a légcserélő működésével foglalkoznék. 1

8 3. Erdős Pál Egyéni Vállalkozása 3.1. A cég bemutatása A vállalkozást 00-ben alapította Erdős Pál. Kezdetekben kizárólag alumínium távtartó lécekhez gyártott fix (standard) sarokelemeket, majd 004-ben bővítette a vállalkozást, a megnövekedett igényeknek megfelelően, korszerűsítette gépparkot, továbbfejlesztette termékeit és magasan kvalifikált munkatársakat vett fel. A folyamatos fejlődésnek köszönhetően jelenleg teljesen automatizált, zárt rendszerben működtetett üzemben, gyártja a vállalat a saját fejlesztésű termékeit. A meglévő partnerei megköveteltek egy magasabb minőségi szintet, ezért 011-ben bevezette az MSZ EN ISO 9001:009 es minőségirányítási rendszert. A cég 011-ben kifejlesztette a melegperemes (műanyag) távtartó lécekhez, profilrendszerekhez tartozó sarokelemeket, gáztöltős sarokelemeket, hajlítható sarokelemeket, toldó elemeket, végelemeket. A vállalkozás a piaci helyzethez rendkívül rugalmasan és gyorsan tud alkalmazkodni. Vevői igényeknek megfelelően készen áll új termékek kifejlesztésére. Fröccsöntő szerszámait egy több mint 30 éves tapasztalattal, magasan kvalifikált gépekkel és munkatársakkal rendelkező helyi céggel gyártatja, akik maximálisan eleget tesznek követelményeiknek. Termékfejlesztéséhez szorosan kapcsolódik a termékek laboratóriumi körülmények között történő vizsgálata. A vállalat minőségirányítási vezetője Erdős Árpád, a Debreceni Egyetemen végzett tanulmányainak köszönhetően, sikerült a múltjára méltán büszke egyetemmel leszerződni, így képesek termékeik fizikai, mechanikai tulajdonságait vizsgálni, laboratóriumi körülmények között Céljaik Cég egyik legfontosabb szemlélete a környezettudatos gyártás. Telephelyük mindenben megfelel a környezetvédelmi előírásoknak. Legfontosabb célkitűzésük, hogy a piacon elérhető legversenyképesebb árat és legjobb minőséget nyújtsák a hőszigetelt üveggyártó partnereik számára. Szolgáltatásaikkal, azok folyamatos fejlesztése mellett, eleget akarnak tenni a megrendelői igényeknek az elvárt minőségi szinten, betartva a környezetvédelmi, egészségvédelmi, valamint a biztonságtechnikai előírásokat, hogy elérjék megbízóik elégedettségét.

9 3.. Telephely és eszközeik A gyártástechnológia teljes folyamatában az MSZ EN ISO 9001:009 előírásainak megfelelő. A gépparkot, amit jelenleg is fejlesztenek, kizárólag magas minőségi szintű gyártóktól vásárolták úgy, mint Krauss Maffei, Arburg, Wittmann Robottechnika, Kaeser kompresszor. Cégük elkötelezett célja a folyamatos fejlesztés, mind eszközállományukban, mind munkatársaik szakmai felkészültségében. Az Erdős Pál Egyéni Vállalkozás minden dolgozója ismeri a cég minőségpolitikáját, így az MSZ EN ISO 9001:009 minőségirányítási rendszer szellemében végzi a munkáját. A vállalkozás két telephelyet foglal magában Első számú telephely, Hajdúböszörmény Kovács Albert utca 0. Ezen a telephelyen található az 1. és a. számú üzemegység. Itt található a tényleges gyártás. Ezen a telepen építették ki a hővisszanyerős légkezelőt, amellyel foglalkozni fogok. A nyári gyakorlatomat ezen a telephelyen töltöttem. A légkezelő elősegíti az üzemben a gépek hatásfokának javítását, ezáltal nem csak a termékek minősége javul, hanem az emberi munkaerő egészségét is védi. 1. ábra: Az első számú telephely rajza 3

10 Ebben az üzemegységben találhatjuk a Kaiser csavarkompresszort, a Hafner Mushler hűtőegységet, ami az olaj hűtéséért felelős, az Authoterm hűtőegységet, ami a szerszámok hűtését végzi, és egy fröccsöntőegységet a hozzá tartozó robotkarral és darálóval. Az üzemegység többi része késztermék raktárként működik. Az Arburg fröccsöntő gépek hűtésénél figyelembe kell venni, hogy egyszerre kell hűteni az olajat és a szerszámot, mivel egy bevezető cső van erre a célra, ezt feladatot szintén a Hafner Mushler hűtőegység végzi. (1.ábra) A gépek pontos nevét és típusát az 1. és.-es táblázat tartalmazza. 1. táblázat: az első számú üzemegységben található gépek listája gép típus gépszám gyártási év Krauss Maffei fröccsöntő gép Wittmann daráló M Krauss Maffei fröccsöntő KM gép C Wittmann daráló MAS1 W Krauss Maffei fröccsöntő gép KM C Wittmann daráló MAS1 W Wittmann daráló MAS1 W Arburg fröccsöntő gép 70 C Wittmann felszívó Feedmax S3-40 FCC Wittmann szárító Drymax ES40-30 KX Arburg fröccsöntő gép 470 C Gree klíma berendezés GWH18MC- K3NNA3A/I API LG Klíma berendezés ES- H186KLA0 01 4

11 . táblázat: a második üzemegységben található gépek listája gép típus gépszám gyártási év Arburg fröccsöntő gép 1 M Wittman daráló M Hafner Muschler HMK-a 19 p5 hűtőegység Autotherm hűtőegység AKL / Kaeser kompresszor SX6_TAH / Második számú telephely, Hajdúböszörmény Perczel Mór utca 45. A telephely külső raktárként üzemel. A raktár egyik felében történik az alapanyag beszerzése, bekeverése, feldolgozásra előkészített alapanyag tárolása. A termékközti hulladék, azaz engusz darálását, újrafelhasználását is itt végzik. A kész termékek egy részét, a raktár másik felében tárolják. Ezen a telepen található egy fedett alapanyag raktár és alapanyag előkészítő (keverő és daráló) (100m ), fedett készáru raktár (100m ), nyitott alapanyag raktár (00m ). 5

12 4. A fröccsöntés technológiájának folyamata [1] A fröccsöntés a polimer késztermékek előállítására alkalmas módszerek közül a legsokoldalúbb és a legdinamikusabban fejlődő, szakaszos eljárás, melynek segítségével az alapanyagból (granulátum) egy lépésben, térben (erősen) tagolt, nagy méretpontosságú gyártmányok állíthatók elő nagy sorozatban. Ez a technológia a klasszikus fémmegmunkáló eljárásokhoz (marás, fúrás, esztergálás stb.) képest egy viszonylag fiatal eljárás (az első automata fröccsgépet 1936-ban állították üzembe), ennek ellenére a polimerek feldolgozásán belül a legfontosabbnak tekinthető. A technológia sajátossága, hogy az alkalmazott szerszámmal csak egyféle termék állítható elő. []. ábra: A fröccsöntés folyamata a gépelemek mozgásának tükrében (Forrás: Dunai- Macskási: Műanyagok fröccsöntése, Budapest (003) A fröccsöntés folyamatát a. ábrán mutatom be. A folyamat elején az alakadó szerszámot a fröccsgép záróegysége összezárja, majd a plasztikáló egység-, amely egy hengert és egy csigát tartalmaz- az előző ciklusban megömlesztett műanyagot a hűtéssel ellátott szerszámba nyomja. Itt az ömlesztett műanyag felveszi a szerszámüreg alakját. A 6

13 szerszámba vezetett hűtés hatására a műanyag ömledék lehűl, megszilárdul, majd a szerszám nyitása után a kidobó vagy robot segítségével távozik a szerszámból. Ez alatt az idő alatt, a plasztikáló egység a következő fröccsöntési ciklushoz készít elegendő ömledéket Szerszámzárás A szerszám két részből áll. Az egyik felét az álló, a másikat pedig a mozgó felfogó lapra szerelik fel. Az alacsony ciklusidő érdekében a mozgó felfogó lap gyorsan zár, de a szerszámvédelem miatt az álló laptól egy adott távolságra a mozgási sebességet, majd a felfogó lapra ható nyomást csökkenteni kell. Ezt a szerszám megsérülésének elkerülése miatt fontos pontosan beállítani, mivel egy el nem távolított fröccstermék, vagy egy helyéről kimozduló betét kárt tehet a szerszámban. A záróerő, amely a szerszámba befröccsöntött ömledéknek a szerszám szétfeszítésére irányuló erőt ellensúlyozza, akkor épül fel, ha a szerszám ezzel a kis sebességgel és kis nyomással is összezár. A szerszámzárás során nagyon fontos a szerszámfelek nagyon pontos, párhuzamos összezárása illetve a kellő merevség biztosítása a pontos fröccstermékek gyártása céljából. 4.. A fúvóka előre mozgása A szerszámzárás után a fröccsegység addig mozog előre, amíg a fúvóka nem csatlakozik az álló szerszámfelfogó laphoz. A fúvóka a plasztikáló henger végén lévő kis átmérőjű nyílás, amely a műanyag ömledéket a szerszámba juttatja. A fúvókában a csigadugattyú segítségével a műanyag ömledék a szerszám felé haladva felgyorsul, így kitölti a szerszámüreg minden részét. A fúvókát hidraulikus vagy elektromechanikus meghajtás mozgatja Befröccsöntési folyamatok A befröccsöntés alatt a csigadugattyú előre mozogva a fúvókán keresztül a műanyag ömledéket a szerszámba juttatja. A gyártás során nagy gondot okoz a műanyagok nagy fajtérfogat változékonysága. Ez azt jelenti, hogy a műanyag fajtérfogata ömledék állapotban egyre magasabb hőmérsékleten folyamatosan nő, lehűléskor pedig csökken. A pontos fröccstermékek gyártása érdekében ezt a problémát korrigálni kell, a fajtérfogat csökkenés 7

14 kompenzálásával. Ezért a befröccsöntési folyamatot két részre osztjuk, a közvetlen befröccsöntésre és az utónyomásra. A befröccsöntés során a műanyag ömledéknek tökéletesen ki kell töltenie a szerszámüreget. A befröccsöntési idő a csigadugattyú előre mozgatásától az utónyomásra történő kapcsolásig tart. Az utónyomási szakaszban a fúvóka mögötti gyűjtőtérben lévő anyagpárnából kell a fajtérfogat változást kiküszöbölni. Ennek hatékonyságát a maradék anyagpárna biztosítja, amellyel túlnyomást kell fejteni a befröccsöntött ömledékre a beömlőcsatorna ledermedéséig. A beömlő csatorna ledermedését lepecsételődésnek nevezzük. Az utónyomási idő a lepecsételődésig tart Hűlési idő A hűlési idő az utónyomás után veszi kezdetét. Olyan hosszúra kell beállítani, hogy a fröccsöntött termék kellően megszilárduljon, esetleges sérülés illetve deformálódás a szerszámból történő távozás után ne történjen. Ez idő alatt megy végbe a plasztikálás és a fúvóka hátramozgása Plasztikálás Az utónyomási idő lejárta után a csiga forogni kezd, hogy az anyagtartályból a plasztifikáló henger garatjába hulló granulátumot a fúvóka irányába szállítsa. A plasztikáló henger és a benne található csiga közötti térben, a csiga meneteiben a műanyag felmelegszik a súrlódás hatására. Ehhez adódik hozzá a plasztikáló hengeren lévő fűtestek által termelt hő is. Ennek hatására a csigacsúcson keresztül a csiga elé kerülő műanyag már ömledék állapotú lesz. Ezt nevezzük plasztikálási folyamatnak Fúvóka hátramozgása A fúvóka hátramozgására akkor van szükség, ha a hűlési idő hosszú, mivel a kis tömegű fűtött fúvókát a nagy tömegű hideg szerszám lehűti és ennek hatására a fúvókában lévő ömledék beledermed. A fúvóka hátramozgatása történhet rögtön a plasztikálás után illetve a hűlési időtartomány egy adott pillanatában. 8

15 4.7. Szerszám nyitása A szerszám nyitása a hűlési idő lejárta után veszi kezdetét. A szerszámfelek teljes szétválásáig viszonylag lassan, majd a ciklusidő csökkentése miatt gyorsan, és a nyitási véghelyzet elérése előtt ismét lassan Kidobás A szerszám nyitása után a szerszámba épített kidobó rendszer a fröccsöntött terméket kilöki. A kidobás végeztével a fröccsöntési ciklus véget ér. A fröccsöntött termékek általában csúszdába vagy rekeszbe esnek. 9

16 5. Fröccsöntő gép [1] Szerkezeti szempontból a fröccsegység és a záróegység a fröccsöntő gépek legfontosabb alkotóelemei. A két részt a gépállvány és a hidraulikus rendszer rezgésmentesen kapcsolja össze. A kapcsolattartást az ember és a gép között, valamint a fröccsgép teljes körű felügyeletét a vezérlőegység végzi. A fröccsegység tartalmazza az anyagszállító berendezést, a plasztikáló gépelemeket, valamint ellátja a dugattyú, illetve a csiga meghajtását. A záróegység a szerszám zárásáért és nyitásáért felelős Fröccsegység mutatja be. A csigadugattyús plasztikáló egységgel ellátott fröccsegység elrendeződését a 3. ábra 3. ábra: Fröccsegység (Forrás: Dunai-Macskási: Műanyagok fröccsöntése, Budapest (003)) A csiga forgó- és tengelyirányú mozgását bordástengely és a hüvely teszi lehetővé. A bordástengely belseje és a bordás hüvely hornyokkal van ellátva, melyek egymásba illeszkednek. A bordás hüvely külső része fogazott, így a csiga a forgató motorhoz kapcsolódhat egy fogaskerék segítségével. A fúvóka a hidraulikus rendszer segítségével mozog előre-hátra. A garathűtés feladata, hogy a plasztikáló henger anyagellátása folyamatos legyen, tehát a plasztikáló hengerbe befolyó műanyag a nagy hő ellenére se olvadjon össze. 10

17 Az ábrán bemutatott fröccsegység esetén a csigát mozgató hidraulikus motorok egymás mögött, sorban vannak elhelyezve, így a csiga forgásával egyidejűleg forog a dugattyú a munkahengerben. Ennek hátránya, hogy a dugattyún lévő tömítések könnyen tönkremennek. Ezt a hibát, a csiga forgó és tengelyirányú mozgatásának párhuzamos elrendeződésével lehet kicsiszolni. A fröccsegység legfontosabb része a 4. ábrán látható plasztikáló egység, melyet a csiga és a plasztikáló henger építi fel. 4. ábra: Plasztikáló egység (Forrás:Dunai-Macskási: Műanyagok fröccsöntése, Budapest (003)) 5.. Csiga A csiga feladata az ömledék gyors és jó homogenizálása, így a folyamatoknak megfelelően a csigát 3 részre osztják. A csiga hátsó szakasza a behúzó zóna, amely a szilárd granulátumot a fúvóka felé szállítja. A garatból beeső anyag a plasztikálás során összetömörödik. Az anyag előrejutása a csiga meneteiben a csiga illetve a henger felületi érdességének a különbsége miatt lehetséges. Ebben a szakaszban a menetmélység és a menetemelkedés állandó. A kompressziós zónában a menetmélység folyamatosan csökken, így a műanyag tömörödik és egyre jobban a meleg hengerhez nyomódik. A henger falától hővezetéssel, valamint a növekvő súrlódásból adódóan egyre több hőenergia jut az áramló szilárd anyaghoz, így megkezdődik az ömledék képződés. A zóna végére a menetmélység jelentősen csökken, így a plasztikálás egyre hatékonyabb. A homogenizáló zóna biztosítja az ömledék és az adalékanyagok jó eloszlását, és az ömledék gyűjtőtérbe juttatását. Ebben a zónában is a menetmélység és menetemelkedés állandó. A fröccsöntő gépek csigájának átmérője általában 0 mm és 00 mm közötti, L/d értéke 18 és 5 közötti, fordulatszáma 100 és 50 ford/perc. 11

18 5.3. Plasztikáló henger A garat, a plasztikáló henger beömlő nyílása hosszúsága a csigaátmérő kétszerese. A garat körül hűtőgyűrűt helyeznek el. A plasztikáló hengeren fűtőköpenyek vannak, melyek manapság kerámiából készülnek, így teljesítményük és élettartalmuk igen nagy Fúvóka A fúvókát a plasztikáló henger végére erősített fúvókafoglalatba lehet becsavarni. Az ömledék a fúvókán keresztül jut a szerszám beömlő csatornájába. Fontos, hogy a tömítettség biztosítva legyen, így az ömledék teljes mértékben a szerszámba jut. Ez akkor valósul meg, ha fúvóka furata és a beömlő csatornán felfekvő felületének sugara egyaránt kisebb a beömlő csatorna furatánál és sugaránál. A fúvóka furatának átmérője kis gépeknél 3-4 mm, közép nagy gépeknél 5-6 mm és nagy gépeknél 8-10 mm, míg sugaruk általában 35 mm. A plasztikálást követő csiga kismértékű hátrahúzása a gyűjtőtérben lévő ömledék nyomásmentes állapotba kerül, mely a nyitott fúvókák széleskörű alkalmazását teszi lehetővé. Ezek rövid és egyszerű kialakításúak, így az ömledék a kiégés veszélye nélkül jut a szerszámba. Kis ömledékviszkozitású anyagok esetében önzáras fúvókát kell alkalmazni. Itt egy fúvókatű zárja le a kiömlőnyílást, amely csak befröccsöntés pillanatában engedi át az ömledéket. A forrócsatornás vagy önszigetelt csatornás szerszámok esetében ún. merülő fúvókát alkalmaznak, mely lényegében egy meghosszabbított fúvóka, így lehetővé válik, hogy a fúvóka a forrócsatorna kezdetéig jusson Záróegység A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfogó lap alkotja, ahol a mozgó részt 4 vaskos vízszintes vezető oszlop vezeti. A záráshoz is nyitáshoz szükséges erőt a mozgó szerszámfogó és a támaszlap közé beépített erőátadó rendszer biztosítja. Ez a rendszer lehet mechanikus vagy hidraulikus. Ez a rendszer a mozgó szerszámfelfogó lapra és a támasztólapra egy szétfeszítős hatást gyakorol, mivel a szerszámfelfogó lapra gyakorolt záróerő hatására az szerszámok nyomó rugóként összenyomódnak, míg a támasztólap esetén 1

19 az oszlopok húzó rugóként viselkednek. A záróegység fontos feladata a kidobó- és maghúzó rendszerek működtetése Könyökemelős mechanizmusú záróegység Ebben az esetben a szerszám mozgatásáért szükséges erőt biztosító erőátadó rendszer könyökemelős mechanizmus alapján működik, és ezt a mechanizmust egy hidraulikus munkahenger működteti. Fontos a támasztólap helyzetét úgy beállítani, hogy a kívánt záróerő a mechanizmus teljesen kifeszített helyzetében épüljön fel. Ezt a fogaskerekek szinkron forgatásával lehet elérni, melyek az oszlopok támasztólap felőli részén vannak felszerelve. A szinkronforgatást a fogaskerekek középpontjában található napkerék biztosítja. A napkereket és a fogaskereket egy villamosmotor hajtja, ennek hatására tud mozogni a támasztólap egyik vagy másik irányba. A mechanikus záróegység rajzát az 5. ábra tartalmazza. 5. ábra: Mechanikus záróegység (Forrás: Dunai-Macskási: Műanyagok fröccsöntése, Budapest (003)) Hidraulikus záróegység Ennél a megoldásnál az erőátadó rendszer egy hidraulikus munkahenger, melynek dugattyúja a támasztólapra van csatlakoztatva. A dugattyú hengere a nagyméretű záródugattyúval van egybeépítve, mely a mozgó szerszámfelfogó laphoz csatlakozik. A hengert gyorsjáratúnak nevezzük, mert kevés olajjal is gyors mozgást tud biztosítani kis 13

20 átmérője miatt, azonban kis felülete miatt nagy erőkifejtésre nem alkalmas. A gyors zárómozgás a gyorsjáratú munkahengerbe jutó nagy nyomású olaj segítségével alakul ki, mivel a munkahenger ezáltal nyomást fejt ki a hengerfedélre. Ennek hatására a záródugattyú és szerszámfelfogó lapzáró irányba, azaz előre mozog. Eközben a tányérszelep nyitott állapotban van, és a záródugattyú mögötti tér folyamatosan olajjal töltődik fel a fenti olajtartályból. Ha a két szerszámfél közti távolság 0,-0,3 mm, akkor a tányérszelep lezár és a nagynyomású olaj egy csatlakozón keresztül a nagyfelületű záródugattyúhoz jut, felépítve ezzel a záróerőt. A szerszám nyitásához a gyorsjáratú munkahenger külső terébe kell olajt juttatni, így a szerszámfogó lapot a nyitási irányba, azaz hátra nyomja. (6. ábra) 6. ábra: Hidraulikus záróegység (Forrás: Dunai-Macskási: Műanyagok fröccsöntése, Budapest (003)) Kombinált záróegység A kombinált záróegység működésének lényege hogy, a gyorsjáratú mozgás befejezése után a mozgó szerszámfelfogó lapot mechanikusan az oszlophoz reteszelik, majd az oszlopokat a mozgó szerszámlappal együtt az álló lapon lévő 4 hidraulikus munkahenger meghúzzák. Egyre gyakoribb az a megoldás is, melynél nincs szükség támasztólapra, ilyenkor a záróegység állványát csúszó vezetékekkel és a mozgó szerszámfelfogó lapot csúszó talppal látják el. Így két gyorsjáratú munkahenger segítségével a gépállvány vezetékein, a talpakon csúszó mozgó szerszámfogó lap mozogni tud. A hidraulikus reteszek a mozgó szerszám felfogó lapot az oszlophoz rögzítik a záróerő felépítése előtt, a záróerő felépítésért pedig az oszlop végén kialakított munkahengerek által kiváltott oszlopnyúlás felelős. Ezt a megoldást 14

21 DUO záróegységnek nevezzük. Az utóbbi években a kombinált záróegységek a nagyobb fröccsöntő gépek területén szinte egyeduralkodóvá vált, ezzel kiszorítva a hidromechanikus megoldást Oszlopnélküli záróegység Az oszlopnélküli fröccsöntő gépek nagy előnye, hogy a szerszámfogó lapok teljes mértékben kihasználhatóak, és egyszerűbb a hozzáférés a záróegység szerszámfogó lapjához. Ezt a megoldást C keretes, felül nyitott, oszlopnélküli záróegységnek nevezzük. A C keret egyik szára az álló szerszámfelfogó lapot tartja, a másik szárára pedig a mozgó lapot működtető hidraulikus munkahengert szerelik fel. A mozgó szerszámfogó lap két sínen csúszik csapágyak közbeiktatásával. Az egyenszilárdságú rúd, mely a C-keret deformációját kompenzálja, a munkahenger dugattyúja és a mozgó szerszámfelfogó lap között található. Ennek segítségével a mozgó lap az álló laphoz viszonyítva párhuzamos lesz a mozgás és a záróerő felépülése során is. A záróerő felépülése után az állórész kis mértékben elmozdul és a egyszilárdságú rúd hajlékonysága miatt, ezt a mozgást a mozgó lap követni tudja és párhuzamosak maradnak Szerszámok felépítése A fröccsöntés egyik legfontosabb kelléke az alakadó szerszám, de azt nem sorolják a fő egységek közé, mivel egy szerszám több gépen is alkalmazható, illetve egy gépen több szerszám használható. A fröccsöntő szerszámot, amely körül fogja azt a zár üreget, melybe a forró ömledéket fröccsöntjük, nagy szilárdságú acélból készítik. A fröccsöntő legfontosabb részei közé a beömlőcsatorna, az elosztó csatornák, a gát, a beömlőrendszerek, kidobórendszerek, és a hűtő, illetve temperáló rendszerek tartoznak.[3][4] 15

22 7. ábra: Hagyományos, kétfészkes fröccsöntő szerszám elvi vázlata (Forrás: Dunai-Macskási: Műanyagok fröccsöntése, Budapest (003)) A fröccsöntő gép fúvókájából az ömledék a beömlőcsatornán keresztül a szerszám elosztócsatornájába áramlik nagy sebességgel. Átmérője általában,5-5 mm, kúpos alakú és a szerszám felé bővül az anyagberagadás megakadályozásának érdekében.[3] A több fészkes szerszámok esetén szükséges az elosztócsatornák használata. Ezek a csatornák kör-, vagy félkör szelvényűek és keresztmetszetűk már nem növekszik a beömlőcsatorna végső keresztmetszetéhez képest. Fontos a csatornákat úgy megtervezni, főleg sokfészkes szerszámok esetén, hogy az ömledék az egyes fészkek gátjához ugyanabban a pillanatban és azonos nyomáson érkezzen. A korszerű szerszámok esetén már jellemző, hogy fűtik a szerszámnak azt a lapját, amely az elosztócsatornákat tartalmazza, ezzel meggátolva a polimeranyag csatornába való dermedését. A szerszámüreg és az elosztó csatorna között található a gát, amelyen át a polimer az üregbe áramlik. Keresztmetszete szűkített, így a késztermékről a csatornamaradékot könnyen, nyomtalanul el lehet távolítani. A temperáló rendszer feladata, hogy a szerszám üzembe helyezéskor minél hamarabb elérje a megfelelő hőmérsékletet, majd a szerszámhőmérséklet biztosítása, illetve a termék hűlésének segítése. A temperáló közeg lehet víz, olaj vagy emulzió, amely a szerszám oldalon 16

23 elhelyezett gyorscsatlakozón keresztül jut be a szerszámba. A szerszámtemperálást külön hűtőkör végzi, melynek keringetését és visszahűtését külön hűtőagregát végzi. A temperálás nagyon fontos, mivel a megfelelő hűtés hiányában a ciklusidő nő, amely a gyártási költségek növekedését okozza. Hagyományos, kétfészkes fröccsöntő szerszám elvi vázlatát a 7. ábrán mutatom be. 17

24 6. Erdős műanyag által gyártott termékek Hőszigetelt üveggyártáshoz használt alkatrészeket gyárt az Erdős műanyag. Közel 550 terméket állít elő megrendelésre. Termékinek kb. 80%-a Polipropilén (PP), 15 %-a Polietilén (PE) a maradék 5 % Poliamid (PA)-ból készül Polipropilén (PP) [5] A polipropilén, a poliolefinek csoportjába tartozik, mivel csak szénből és hidrogénből épülnek fel (1). (1) A polietilén híg savaknak és lúgnak ellenáll, de a tömény savak magasabb hőmérsékleten roncsolják, de a tercier szénatom miatt gyenge az oxidációval szemben a stabilitása. Fagyállósága gyenge, 0 C alatt rideggé válik. Hőállósága jó. 6.. Polietilén (PE) [5] A polietilén az egyik legnagyobb mennyiségben előállított műanyag, a vegyipar legolcsóbb és legfontosabb alapanyaga. Az etilén polimerizációja során keletkezik : () A polipropilén vegyszerállósága a polietilénhez hasonló, gyenge gázzáró, de jó vízgőzzáró tulajdonságú. A 8. ábrán látható görbesorozatból szembetűnő, hogy az a kristályos hőre lágyuló PE fajlagos térfogata néhány száz bárnyomással jelentős mértékben befolyásolható. Ez azt jelenti, hogy a polimer ömledék, mint (viszkózus) folyadék e nyomásokon összenyomható, kompresszíbilis. Nyilvánvalóan a kristályos olvadás még nagyobb térfogatváltozással jár. Ha a lehűlő polimer ömledék magasabb fokú rendezett állapotban: kristályrácsban szilárdul meg, 18

25 az zártabb, nagyobb sűrűségű szilárd anyagot eredményez. Azt is megfigyelhetjük az ábrán, hogy a T m megömlési hőmérséklettartomány is eltolódik a nyomás hatására, a magasabb hőmérsékletek felé. 8. ábra: Nagy sűrűségű polietilén (HDPE) p-v-t diagramja [3] (Forrás: Czvikovszky- Nagy- Gaál : Polimertechnika alapjai, 007) 6.3. Poliamidok A poliamidok olyan heteroláncú polimerek, amelyek a főláncban CO NH kötést tartalmaznak. Az Erdős műanyagnál a kaprolaktám polimerét használják, amely az egyik legkeményebb, és magas az olvadáspontja a többi poliamidhoz képest (3). (3) 19

26 7. Hőtani műveletek [6][7][1] A hőátmenet a különböző hőmérsékletű testek közötti energia átmenet hőenergia formájában. Az ezen alapuló kalorikus műveletek hajtóereje a magasabb és az alacsonyabb hőmérsékletű test közötti hőmérsékletkülönbség melynek hatására a magasabb hőmérsékletű test a termodinamika második fő tételének értelmében - átadja hőjének egy részét az alacsonyabb hőmérsékletű testnek. A hőátmenet folyamatában résztvevő testeket hőhordozóknak nevezzük. A hőátmenetnek három alapvető formája van. Az első a hővezetés (kondukció), amely során a test egymással közvetlenül érintkező elemi részecskéi hőmozgásuk következtében adják egymásnak a hőt. Csak helyzetváltoztató mozgás van. A szilárd testekben a hő általában hővezetés útján terjed. A második a hőáramlás, másnéven konvekció, amely során a hő a fluidum makroszkópikus részeinek áramlása, helyváltoztató mozgása következtében terjed. Megkülönböztetünk természetes, vagy szabad konvekciót - amikor a közeg mozgását a különböző hőmérsékletű helyek között kialakuló sűrűség különbség hozza létre - és kényszerkonvekciót, amikor a fluidumot külső behatással kényszerítjük mozgásra. A harmadik formája a hősugárzás (radiáció), amely során a hő a sugárzó test molekuláinak vagy atomjainak hőmozgása következtében kibocsátott különböző hullámhosszú elektromágneses rezgések formájában terjed. A valóságban a hőátmenet egyes formái külön-külön ritkán fordulnak elő, e folyamatok többnyire egyidejűleg mennek végbe. A hőátmenet törvényei képezik a kalorikus műveletek: fűtés, melegítés, sterilezés, pasztőrözés, hűtés, fagyasztás, kondenzálás, forralás, bepárlás alapját és nagy hatásuk van sok anyagátviteli művelet lefolyására. Ha a folyamatos üzemi készülék különböző pontjaiban a hőmérséklet az idő függvényében nem változik, a műveletet időben állandósultak, stacionerek nevezzük. A szakaszos üzemű készülékekben a hőmérséklet az idő függvényében változik (a készülék felütése és lehűtése), ezekben nem állandósult állapotú, azaz instacioner hőátmenet megy végbe. A kezelendő anyagra vonatkozóan a hőátmenet általában időben változó, instacioner. 0

27 7.1. A hővezetés A hővezetés, vagy másnéven kondukció során, a hőenergia a molekulák, elemi részecskék helyváltoztató elmozdulása nélkül adódik át a melegebb helyről a hidegebb helyre. Ezek a feltételek a szilárd anyagok esetében teljesülnek. A hővezetéssel történő átadásnak elengedhetetlen feltétele, a hőmérsékletnek egy adott test vagy térfogat különböző pontjaiban fennálló különbsége. Így a hővezetés következtében keletkező hőáram nagysága a testben a hőmérsékleteloszlástól, vagyis a hőmérséklet tér jellegétől függ. A homogén és izotróp (helytől és iránytól független) közeg t hőmérséklete általában térben és időben változik, azaz a hőmérséklet az adott pont helyzetének és az időnek a függvénye. Ha egy fal vastagsága állandó, anyaga homogén és olyan méretű, hogy a vizsgált felületen (F) a hőáramlás csak a falra merőlegesen mehet végbe, akkor állandósult állapotban az átáramló hőmennyiség arányos a hőmérséklet gradienssel. Az A keresztmetszeten τ idő alatt átáramló hőmennyiség ún.fourier- I.egyenlettel számítható: t dq A d x Ahol, Q az áthaladt hőmennyiség [Ws], λ a hővezetési tényező [ W/(mK); J/(msK)], dt/dx az x irányú a hőmérsékletesés [K/m], A a keresztmetszet [m ]. A λ arányossági tényező skaláris mennyiség, a testek hővezető képességére jellemző szám. Azt a hőmennyiséget határozza meg, amely egységnyi keresztmetszeten (felületen), egységnyi idő alatt, egységnyi hossz mentén 1 K hőmérsékleteséssel halad át. A hővezetési tényező: λ, hőmérséklet függő anyagi jellemző, számításoknál a hővezetési tényező hőmérséklethez, esetleg nyomáshoz rendelt értékét hőtani táblázatokból kell felvenni. Gyakorlati számításoknál a kezdeti (t 1 ) és végállapotok (t ) megfelelő értékeihez kikeresett λ i értékek súlyozott átlagát vesszük alapul. 1

28 A hővezetés differenciál egyenlete A térben és időben létrejövő hőmérsékletváltozás között a termodinamika első és másodikfőtétele, valamint a Fourier-törvény alapján létesíthető kapcsolat. Ez a hővezetés differenciálegyenletével fejezhető ki, amely alkalmas egy térben és időben változó hőmérsékletmező leírására. Feltételezzük, hogy az anyag izotróp és homogén és az elemi térfogatú zárt térbe érkező és távozó energiák legyenek csak x irányúak (9. ábra). Az előző egyenlet alapján fel tudjuk írni, a be- és a távozó hőmennyiségeket. A dτ idő alatt a homogén anyagú térelembe (λ = állandó) vezetett hő: dq bex A kiáramló hő pedig: dq kix 9. ábra: Ábrázolja egy elemi kockán a hőmennyiségeket t dy dz d x t t dy dz d dy dz dx d x x x Az x irányban dτ idő alatt dq bex hőáramlik be és dq kix áramlik ki, dq ter hő pedig visszamarad. dq ter dq be dq ki dq ter t dx dy dz c d Fourier II. törvénye (hővezetés): Nem állandósult, instacioner hővezetésnél a következő differenciálegyenlet bal oldala nem egyenlő nullával: t 0

29 Felületi hőcserélők esetén gyakorlatilag nincs hőforrás, ezért elsősorban Fourier második törvényét alkalmazzunk. Konduktív hővezetést feltételezve a hőmérséklet térbeli és időbeli változása közötti kapcsolatot adja meg: a t t Ha ismerjük a hőmérséklet eloszlási határfelületeket, az adott állapotot meghatározó peremfeltételeket és azok összefüggéseit, az egyenlet megoldható, a helyi hőáramok időbeni változása meghatározható. Stacionárius, azaz időben állandósult hővezetés esetében az egyenlet bal oldala nullával lesz egyenlő.és mivel az a (hőmérséklet-eloszlási tényező) sosem lehet nulla, ezért: t Sík fal hővezetése [8] A hővezetés egy homogén, egyrétegű és mindenütt állandó δ vastagságú falban vizsgáljuk. Az x tengely a fal felületére merőleges. Ebben az esetben eltekintünk az y és z irányú hővezetéstől. (10. ábra) Stacionárius esetben a következő differenciálegyenletet kell megoldani: 10. ábra: Hőátmenet sík falon keresztül (Forrás: Bihari Péter: Műszaki hőtan, 01) 3

30 t x 0 Kétszeres integrálás után: t C x 1 C A 10. ábra alapján a melegebb felület legyen t 1, a hidegebb hőmérsékletű a t. Tehát az x=0 helyen a t=t1 és t=t. Behelyettesítjük az integrált alakba: t1 C és t C1 C C1 t1 Kiemeljük a C 1 -t: t t1 C 1, majd visszahelyettesítjük az integrált alakba: t t t 1 x t Deriválva az előző egyenletet: t t t x 1 1 A hőmérséklet gradiens értéket behelyettesítjük a hővezetés alapegyenletébe: t t dq dad x t 1 dad Ezek után megkapjuk a sík falon átvezetett hőmennyiséget: Ahol, Q Q t1 t λ δ A a síkfalon átvezetett hőmennyiség [J] a fal anyagának hővezető képessége [J/msK] a fal vastagsága [m] (t 1 -t ) a fal két oldala közötti hőmérsékletkülönbség A a fal felülete [m ] τ az idő [s] A falon belül a hőmérséklet lefutása lineáris. Ha a fal több, egymástól különböző anyagi tulajdonságú rétegből áll, két esetet különböztetünk meg. Az egyes rétegek egymással olyan szorosan érintkeznek, hogy közöttük nincs hőellenállás, tehát az érintkező felületek hőmérséklete azonos. Ha a rétegek nem érintkeznek szorosan, akkor a rétegek közötti hőellenállást is figyelembe kell venni. 4

31 Szoros illeszkedés esetén a réteges fal összes hőellenállása egyenlő az egyes hőellenállások összegével. 7.. Konvektív hőátvitel (hőátadás) A konvekció során a közeg egy szilárd fallal érintkezve veszi át, vagy adja le a hőmennyiséget, a közegen belül, a rendszer fő tömegében a hőmennyiség a részecskék helyzetváltoztató mozgása során terjed. Egy intenzív áramlásban lévő rendszernél tehát a hőkiegyenlítődés rendkívül gyorsan lejátszódhat. A hőszállítás lényege, hogy valamely fluidum és a vele érintkező szilárd felület között jön létre hőátadás. A konvektív hőátadás két alapvetően eltérő változatát különböztetjük meg: a kényszerített áramláson alapuló ún. kényszerkonvekciót és a belső tényezők változásán alapuló ún szabadkonvekciót. A konvektív hőátadást minden esetben a szilárd felület jelenléte és a fluidum árámlása jellemzi. Ezért a fellépő hőáramot alapvetően a felület közvetlen közelében kialakuló áramlási és hőmérsékleti viszonyok határozzák meg. Az ilyen típusú hőátszármaztatási műveleteknél a hőátszármaztatás szempontjából a legnagyobb ellenállást a hőátadó fal és a fluidum érintkezési felületénél képződő határréteg hőellenállása képezi. 11. ábra: Hőátvitel (Forrás: Dr. Szepesi L. Gábor, Vegyipari művelettan II. jegyzet) 5

32 Ha áramló folyadék belsejében történik a hőtranszport, akkor a hővezetéshez hozzáadódik egy konvekció általi molekuláris hőcsere. Ilyenkor a hőátvitel folyamatában igen nagy jelentősége van a mozgási állapotnak, a hőtranszport elválaszthatatlan kapcsolatban van a folyadék áramlásával. Mozgó közeg esetén a hővezetés differenciálegyenlete kiegészül még egy konvektív taggal. A teljes változás két részből, az időbeli (lokális) és a tér egyik pontjából a másik pontjába való elmozdulás következtében fellépő (áramlásos) változásból. Instacionárius esetben az áramló közegben történő hővezetés differenciál egyenlete, másnéven a Fourier-Kirchhoff-egyenlet: a t t wt Ez az összefüggés írja le legáltalánosabban a mozgó folyadékok hőmérséklet eloszlását. Az áramlásos hőcserénél elsősorban az a fontos, hogy milyen mértékű a hőcsere a szilárd fal és az áramló közeg (folyadék vagy gáz) között. Ezt a fajta hőátvitelt hőátadásnak nevezzük: Q A( t tm ) f Ahol, Q hőáram, az időegység alatt átadott hőmennyiség [W=J/s] A hőátadó felület [m ] t f t m a közeggel érintkező fal felületének hőmérséklete [K, C] a közeg mértékadó hőmérséklete [K, C] α hőátadási tényező [W/m K] A hőátadási tényező azt a hőmennyiséget jelenti, amely az időegység alatt, egységnyi hőátadó felületen, 1 K hőmérséklet-különbség esetén átmegy a felület és a folyadék között. A hőátadási tényező nem anyagjellemző, mint a hővezetési tényező A határréteg és a fluidum mozgásállapota [13] A hőátadás szempontjából meghatározó a fallal érintkező anyag mozgásállapota. Ha a közeg nyugalomban van, olyan értelemben, hogy benne a fallal érintkező anyagrészecskék és a szabad térben lévő anyag hőmérséklet különbségének hatására legfeljebb felhajtó áramlások alakulnak ki, akkor szabadáramlásról beszélünk, szemben a kényszeráramlással, amely zárt csatornában mesterségesen létesített nyomáskülönbség hatására megy végbe. Mindkét esetben lehetséges lamináris és turbulens áramkép. 6

33 Lamináris áramlásnál az összes mozgásban lévő részecskék sebességvektora párhuzamos, eloszlása parabolatörvény szerint változik. Az áramlási sebesség rétegesen, a falmenti nulla értéktől a maximális értékig, parabolikus eloszlású. Az áramló fluidum hőfelvétele, illetve leadása csak vezetéssel valósulhat meg, tehát a hőmérséklet gradiensre is érvényes a parabolikus eloszlás. Egészen más jellegű a turbulens áramlás. Itt a részecskék mozgáspályája tetszőleges, tehát a fő áramlási irányban történő mozgás mellett többek között a falra merőleges elmozdulással is számolni kell. Az áramlási sebességprofil hatványgörbe. Turbulens áramkép kialakulása után a falra, illetve a falról a hőt a vezetés mellett első sorban az örvénylő részecskék közvetlen hőtranszportja biztosítja. A turbulens áramlás esetén is kialakul a fal mentén egy vékony határréteg Hőáramlás függvényei A konvekciós hőátadás értelemszerűen csak a folyadékoknál és a gázoknál lehetséges. A konvekciós hőátadás értéke nagysága nehezebben számítható ki, mint a hővezetésnél a több változó miatt. A műszaki gyakorlatban hőátviteli berendezések esetén méretezésnél, ellenőrzésnél kísérleti módszert alkalmaznak, azaz hasonlósági kritériumokat használnak, nem pedig analitikai úton történik a problémák megoldása. A méréseknél a nyert eredmények olyan sok paramétertől függenek, és ennek következtében sokrétűek és áttekinthetetlenek. A hőátvitel alapvető összefüggései alapján megállapítjuk a hasonlósági kritériumokat, amelyek tartalmazzák azon mennyiségeket, amelyeket a kísérletek során mérni kell. A hasonlóság elmélet (módszer) lehetővé teszi, hogy kísérleti jelenségek általánosítása révén, a vizsgált határok között, hasonló jelenségekre integrális megoldást nyerjünk integrálás nélkül. A hasonlóság elmélet II. tétele (Federman-Buckingham) szerint: Valamely jelenséget leíró differenciálegyenlet integrálja hasonlósági kritériumok függvényeként előállítható. Ezt a függvényt kritériális egyenletnek nevezik. A kritériális egyenlet állandóit kísérleti úton kell meghatározni. Két jelenség hasonló, ha a jelenséget egyértelműen meghatározó differenciálegyenletek azonosak és amelyek esetében az egyértelműségi feltételek (matematikailag a differenciálegyenletek megoldásához szükséges feltételek: értelmezési tartomány, 7

34 peremfeltétel, kezdeti feltétel, állapotegyenlet) hasonlósága teljesül. Az egyértelműségi feltételek hasonlóságának a hasonlóságot meghatározó kritériumok egyenlősége felel meg. A Nu szám olyan dimenzió nélküli kifejezés, amely az áramló közeg és a fal határán végbemenő hőátadásra jellemző. l Nu α hőátadási tényező [W/m K] λ l fluidum hővezetési tényezője [W/mK] geometriailag jellemző hossz. [m] Nusselt-szám, a tényleges hőáramsűrűség (az α hőátadási tényezővel jellemezve) és az l vastagságú rétegen keresztüli tiszta vezetéses hőáramsűrűség viszonyát fejezi ki. Figyelembe kell venni, hogy a képletben szereplő λ az áramló fluidum hővezetési tényezője, és nem pedig szilárd fal hővezetési tényezője. A Nu szám számértékének meghatározásához a Nusselt függvények állnak a rendelkezésünkre. A megfelelő Nusselt függvényt nagyon körültekintően kell kiválasztanunk, hiszen más-más függvényt kell alkalmaznunk: szabadkonvekciónál kényszerkonvekciónál lamináris-, átmeneti- ill. turbulens áramlás esetén hengerek, csövek, síklapoknál Valamint változik a geometriailag jellemző hossz az alapján is, hogy vízszintes vagy függőleges elrendezésű-e a berendezésünk. A Nusselt függvények felépítésében szabadkonvekciós hőátadás esetében a Prandtl és a Grashoff szám, kényszerkonvekciónál a Prandtl (Pr), Grashoff (Gr), Reynolds szám szerepel. A Pr szám a hőátadás hatásfok jellegű anyagi jellemzőit foglalja magába, két molekuláris transzportot jellemző szám hányadosa: Pe c Pr P Re Ahol a η a dinamikai viszkozitás, a c p állandó nyomású fajhő, és a λ a hővezetési tényező. A Grashoff szám, amely a térfogatterjeszkedési erő kritériuma. Természetes konvekció esetén jellemzi a térfogat terjeszkedési és a súrlódási erő kölcsönhatását: Gr gl v 3 gl t 3 t 8

35 A Reynolds-szám, mely a kifejezi a folyadékra ható tehetetlenségi erők és a belső súrlódási erők viszonyát fejezi ki: Re v l Ahol a v a sebességet, l az a jellemző geometriai méret, a ρ a közeg sűrűsége és a η pedig a közeg dinamika viszkozitása. A hőátadás folyamatában a mozgási állapotnak igen nagy jelentősége van. A mozgási állapotot jellemezzük a Re-számmal. Az áramlás mindaddig lamináris, amíg a Re-szám el nem éri a kritikus értéket. Csőben történő áramlásnál ez a kritikus érték 300, ha a cső keresztmetszetére vonatkoztatott átlagos sebességgel és a csőátmérővel számolunk. Re= fölött kialakul a teljes turbulencia. Az áramlás jellege döntő mértékben megszabja a hőátadást. A hőátadási tényező értéke lényegesen nagyobb turbulens áramlás esetén, mint laminárisnál. A sebesség növelése növeli a hőszállítást, a konvekciót, az α hőátadási tényező értéket, viszont ennek ára van. Turbulens áramlásnál az ellenállás, a nyomásveszteség a sebességgel négyzetesen, tehát rohamosan nő. Így a sebesség növelése megnöveli a szivattyúzás, fúvás üzemköltségeit. A Pe-szám, másnéven Péclet-szám, amely a konvekciós hőközlés kritériuma. Hőátadásnál a konvekciós és a vezetéses hőáram összefüggését jellemzi: wl Pe a Az Euler-szám az áramlások energiaveszteségének mérőszáma: Eu p v Ahol a p a nyomásesés, a ρ a sűrűség és a v az áramlási sebesség A hőátvitel általános függvényegyenletét írjuk fel: Nu f (Re, Pr, Gr, l l 0 ) Konvekciós szabadáramú hőátadás esetén elmarad a Re-szám: Nu f sz ( Gr, Pr, l l 0 ) Konvekciós kényszeráramú hőátadás esetén viszont a Gr-szám marad el: Nu f k (Re, Pr, l l 0 ) 9

36 7.4. Hőátadás kényszerkonvekcióval A közegek áramlása külső kényszer hatására megy végbe, akkor kényszerkonvekcióról beszélünk, ez esetekben szivattyú, keverő vagy ventillátor áramoltatja a közegeket. A kényszerkonvekciós Nusselt függvényeknél a Re szám és a Pr szám az alapvető, meghatározó dimenzió nélküli kifejezések, a Gr szám, ami gravitációs gyorsulásnak az áramlásra kifejtett hatását adja meg, csak azokban az esetekben számottevő, ahol a turbulencia mértéke alacsony, vagyis a lamináris tartományban. - Kényszerkonvekció csövek belsejében történő áramlásnál: 0,8 0,4 Nu 0,03 Re Pr ha 300 < Re Jellemző hossz a cső átmérője. - Kényszerkonvekció csövek külső oldala mellett: Nu 0,6 Re 0,6 Pr 0,3 0,43 0,3 Nu 0,86 Re Pr ha 1<Re<00 Jellemző hossz a cső átmérője, vagy hossza a függőleges elrendzéseknél. - Vízszintes sík lapok mentén. 0,8 0,33 Nu 0,036 Re Pr ha Re> ,5 0,33 Nu 0,66 Re Pr ha Re<

37 7.4. Hőcserélő berendezések A hőcserélők olyan berendezések, amelyek két különböző hőmérsékletű közeget hoznak termikus érintkezésbe úgy, hogy a melegebb közeg hőtartalmának egy részét a hidegebb közegnek adja át, így annak hőtartalma növekszik. Az energiaátadás hajtóereje a hőmérsékletkülönbség. A hőcsere folyamán mindkét közeg hőmérséklete változik. A legtöbb esetben a hőcserélőn keresztülhaladó közegek szilárd fallal vannak elválasztva. Ezekben a felületi hőcserélőkben a hőátvitel a falon keresztül, véges hőmérsékletkülönbség mellett megy végbe. Vannak olyan hőcserélők, amelyekben a melegebb és hidegebb közeg keveredik egymással, így hőtartalmuk kiegyenlítődik. Ezeknél a keverős hőcserélőknél- amelyek rendszerint keverő kondenzátorok- csak egy kivezetés van, mely mindkét belépő közeget (összekeveredve) elvezeti. A hőátvitel megvalósítható periódikusan változó közegvezetéssel is. Az ilyen regenerátorokban egy ideig csak a melegebb közeg áramlik, mely felmelegíti a hőcserélő szilárdbetétjét, majd egy idő után ugyanezen a járaton keresztül a hideg közeget áramoltatják keresztül, amelyet a meleg betét felmelegít. A folyamatos hőcserét általában két kamraperiódikus átválásával valósítják meg. A technológiai folyamatban betöltött funkciója szerint nagyon sokféle hőcserélőt különböztetünk meg. A leginkább elterjedtebbel foglalkoznék. Az előmelegítők a technológiában szükséges t hőmérsékletre melegítik elő a közeget. Fűtőközegként melegvizet, gőzt vagy termoolajat használnak gyakrabban. A hűtők a technológiai közeg lehűtését szolgálják további művelet, vagy kitárolás céljából. A hűtőközeg rendszerint víz vagy levegő. A hőhasznosítók mindkét közege részt vesz a technológiai folyamatban. Szűkebb értelemben ezeket a berendezéseket szokták minden megkülönböztető megnevezés nélkül hőcserélőknek nevezni. A léghűtők és a kaloriferek egy közege levegő. Ha egy technológiai közeget hűtünk levegővel, akkor léghűtőről, ha a levegő melegítése a cél, akkor kaloriferről beszélünk. 31

38 Hőátviteli tényező A határrétegek a hőáram kialakításában szerkezetüknek (halmazállapotuknak), az anyagi jellemzőjüknek megfelelően részesülnek. A határrétegekben lejátszódó hőátmenet számszerű jellemzésére a hőátadási tényezőt (α,[w/mk]) vezették be, amely az idő-, a felület- és a hőmérsékletkülönbség egységnyi értékei esetén a határrétegeken átjutó hőáramot jelenti. Állandósult állapotban a cső külső és belső felületén hőátadással, a csövön keresztül hővezetéssel történő energiatranszport révén azonos a hőáram. A hőátviteli (hőátbocsátási) tényező bevezetésével a hőátvitel a teljes hajtóerőre vonatkozóan kifejezhető. A hőátadási tényező megadja, hogy 1m hőátadó felületen, 1 K hőmérséklet különbség hatására mekkora hőáram alakul ki, illetve mennyi hő adódik át időegység alatt. 1. ábra: Hőátvitel ábrázolása A 1. ábrán látható egy sík falon történő hőátvitel. A sík fal mellett lemérhetjük a hőmérsékleteket, a következő képlettel könnyen meg tudjuk határozni a hőmennyiségét. Az α értékét a Nu-számból tudjuk kiszámolni, már az előzőekben leírt módon. q α b α k b T T T t t t kt t b f s f f k f k hőcserélő egyik oldalán áramló közeg hőátadási együtthatója [W/(m K)] hőcserélő másik oldalán áramló közeg hőátadási együtthatója [W/(m K)] s felületi hőcserélő elválasztó falának vastagsága [m ] b k 3

39 λ ugyanezen fal anyagának hővezetési együtthatója [W/(mK)] A hőátviteli együttható értékét a következő képlet segítségével tudjuk kiszámolni: k 1 b 1 s 1 k A hőátbocsátás folyamata közben a közegek hőmérséklete a felület mentén változik. Változó hőmérséklet-különbség esetén általában a teljes felületre vonatkozó hőátvitelre írjuk fel az egyenletet, és átlagos hőmérséklet különbséggel számolunk: A Q k A t k hőátviteli együttható [W/(m K)] A felület (ahol a hő átadódik) [m ] t hőmérséklet különbség log-a t mértéke megmutatja, mekkora a hajtóerő, ha nulla, akkor nincs hőátvitel. Tn T t Tn ln T k k 13. ábra: Egyen- és ellenáram hőmérséklet változása A 13. ábrán látható az egyen- és ellenáram esetén a két közeg hőmérsékletének változása a hőátadó felület mentén. Az ellenáram mindig kedvezőbb, mivel a kezdeti hőmérséklet különbségek nagyobb hőátvitelt biztosít. 33

40 A hőcserélő méretezéséhez ismernünk kell a közegek be- és kilépő hőmérsékletét. Ehhez háromnak az ismerete vagy feltétele szükséges. A hőcserélő tervezésénél a számítás végcélja, hogy megállapítsa a hőátadó felület és a hőcserélő főbb geometriai, valamint a legfontosabb üzemi jellemzőit. Rendszerint ismertek az anyagáramok és a hőmérsékletek. Az anyagjellemzőket megállapíthatjuk a közegek átlagos hőmérsékletén. Kiszámítjuk a hőáramokat és a mértékadó (közepes) hőmérséklet-különbségeket. Itt már eldöntjük, hogy egyen- vagy ellenáramot, esetleg keresztáramot használunk. A tervezés első fázisában már hallgatólagosan kiválasztjuk a hőcserélő típusát. A következő lépés az alapképlet segítségével a hőátadó felület meghatározása. A hőellenállásokat és a k hőátviteli tényezőt azonban csak a készülék geometriai méreteinek ismeretében tudjuk kiszámolni, ezért először tapasztalati átlagértékek alapján vesszük fel az értékeket. Néhány tapasztalati eredmény alapján már megkapjuk egy közelítően meghatározott felületet, amely alapján kiválaszthatjuk a hőcserélőt. Ezután pontosabb számításokkal ellenőrizhetjük a kapott adatokat Léghűtők és bordázott felületű hőcserélők Olyan esetekben, amikor a hőátadó fal egyik oldalán lényegesen kisebb a hőátadási tényező, mint a másikon, a rossz hőátadást a felület növekedésével, bordázással növelik. Atmoszférikus közelálló nyomású gázok (levegő, füstgát, stb.) hűtése és melegítése esetén legelterjedtebbek a külső bordák, de alkalmaznak belső bordázást is. A csövek külső felületét bordázattal a többszörösére tudjuk növelni, akár 10-0-szorosára is. Figyelembe kell viszont venni azonban azt a körülményt, hogy a bordázott felületeknél maga a hőátadási tényező mindig kisebb, mint a sima csőnél. A csövek rendszerint alumíniumból vagy rézből készülnek, mert ezek az anyagok hidegfolyással is jól alakíthatók, és a hővezetési tényezőjük is kedvező. Biztonsági okokból a csövek készülhetnek még acélból is, és akkor csak a bordákat készítik egy jobb hővezető anyagból. A bordázott felületet különféle módon lehet előállítani, a négy leggyakrabban előforduló bordázat a 14. ábrán látható. 34

41 14. ábra: Bordázott felületű cső típusai Az a szerinti kivitelnél a szalagot csavarvonal alakban rátekercselik a magcsőre. A fémes kötést egyidejű hegesztéssel lehet elérni, vagy a szalagot melegen tekercselik fel. A borda a lehűlésnél bekövetkező zsugorodás következtében szilárdan ül a magcsövön. A fémes kötést még el lehet érni horgonyzással. A b típusú kivitelnél a cső falában csavarvonal alakúra kiképzett horonyba helyezik be és plasztikus deformációval szorítják be a bordákat. A fémes érintkezés eléggé bizonytalan. A c esetnél egy vékony lemezből készült bordákat húznak fel a magcsőre. A borda kör, négyszögletes vagy hatszög alakú lehet. A jó érintkezés, tehát a kis hőellenállás biztosítása érdekében az egészet horgonyozzák. Műszakilag legtökéletesebb, és egyúttal a legdrágább megoldás az d típusú bordázat. A bordákat a vastag falú csőből hengerlési folyamattal préselik ki a falból vagy pedig öntött vasból tömör öntvényként állítják elő. 35

42 8. Kísérleti rész 8.1. Fröccsöntő gépek által kibocsátott másodlagos hő A fröccsöntő gépekben a szerszám magas hőmérsékleten dolgozik, a hőmérséklete függ a termék anyagától (PE, PP, PA). Ez a hőmennyiséget külső hűtéssel, és szigeteléssel visszafoghatjuk, hogy minél kevesebb jusson ki a környezetébe. Ha nem tennék ellene, a gépeknek túlmelegedhetnek, a termék minősége romlik. Mellette az üzembe került hőmennyiség, egy meleg, elhasznált levegőt bocsátana ki, ezáltal, a gépek élettartama is csökkenne és a dolgozók egészségügyi állapota is romlana. Elsődlegesen minden fröccsöntő géphez tartozik egy hűtőcsonk. Az Arburg gépeknél egyszerre kell hűteni az olajat, és a szerszámot. A Krauss Maffei fröccsöntő gépeknél két bevezető cső van, itt van lehetőség a szerszámot és az olajat külön-külön hűteni. A külön hűtés sokkal hatékonyabb. A fröccsöntő gépek vásárlásakor fontos szempont, a külön hűtést sajnos meg kell fizetni, ezek a gépek árban is nagyon eltérnek. 8.. Fröccsöntő gépek szigetelése, kerámia paplan Kerámia paplan kerámiaszálból készült, habkönnyű, vattaszerű anyag, fehér színű. Fő összetevői: SiO és Al O 3. Teljes mértékben szervetlen anyagokból készül, ezért még az első felfűtéskor sem keletkezik füst. Rugalmas és vékony kerámia paplan, fonott rostból készült acélbetétes jelöléssel. A paplanra kiemelkedő szigetelési teljesítmény, alacsony hőmérsékleti tehetetlenség, nagyfokú stabilitás, magas hőmérsékleten alacsony reakció, valamint kiváló mechanikai szilárdság jellemző. Szintén jó a mechanikai szilárdsága szobahőmérsékleten, amely egyszerű összeszerelést tesz lehetővé, elkerülve a horgonyzó rendszerek vágásait és lyukasztásait. Alacsony a termikus sokkal szembeni érzékenysége, kiváló az ellenálló ereje a kémiai termékekkel szemben. Benedvesedés vagy olajjal történő átitatódás után megfelelően visszanyeri a hő- és fizikai tulajdonságait. Ugyancsak jók a hangszigetelési tulajdonságai. A műszaki tulajdonságait a 3. táblázatban foglalom össze. [8] 36

43 3 táblázat: Kerámiaszálas paplan műszaki tulajdonságai Maximális hőmérséklet ºC Sűrűség Kg/m Szálátmérő μm Lineáris összehúzódás 4 órát (1000 C)követően % -3-3 Sűrűség 18Kg/m 3 Hővezető képesség, Sűrűség 18Kg/m 3 Szakítószilárdság, W/mk 400 C 0, C 0, C 0, 800 C 0, C 0, Sűrűség 18kg/m 3 MPa 0,04 0,04 A hővezetési tényező azt mutatja, hogy egységnyi hőátadó felületen időegység alatt 1 K/m hőmérséklet-gradiens hatására mennyi hő áramlik át a felületre merőleges irányban hővezetés útján. Olyan anyag nem létezik, amelynek λ értéke zérus vagy negatív. Minél kisebb az érték, annál jobb a hőszigetelő képessége. [8] A szakítószilárdság a mérnöki tudományok fontos fogalma, különösen az anyagtudomány, a gépészet és a szerkezetépítés területén. A szakítószilárdság (R m ) az anyag által törés nélkül kibírt legnagyobb feszültség (MPa). Ezekből az értékekből látható, hogy a kerámiaszállal készült paplan könnyen deformálható. [10] 37

44 9. Léghűtő tervezése, téli időszakban Az üzemben a fröccsöntő gépek által termelt másodlagos hőt szeretném elvezetni, ill lehűteni, a szabadban lévő friss levegő segítségével. Számolásomat Excel táblázatban végeztem, használata nagyban megkönnyítette a feladatomat. Először megmérjük a hőmérsékleteket. Az üzemben az átlag hőmérséklet 40 C (T 1 ) fok körül van, ez évszaktól függetlennek mondható. Télen a kinti átlag hőmérséklet legyen 10 C (t 1 ), amellyel le szeretnék hűteni az üzemi levegőt 0 C (T )- ra. t1 10C t 15C T1 40C T 0C 15.ábra: hőmérséklet viszonyok A 15. ábrán látható, hogy kis hőmérséklet különbség van, ezért olyan léghűtőt kell választanom, ami kis hőátvitelnél is jó teljesítménnyel használható. A cső anyagának az alumíniumot választottam, mivel jó hővezető képessége van, és árban is megfizethető. A réz csövek lennének a leghatékonyabbak, de sajnos ár-érték arányban nem éri meg, mert sokkal drágább, mint az alumínium. Talán még az acél lehetne, de mivel csak levegőt fogunk áramoltatni, ezért felesleges ezt választani, főleg akkor szokták az acél, ha a biztonsági előírások megkövetelik. Miután felírtuk a hőmérsékleteket, ki tudjuk számolni a cső belsejében és a cső kívüli áramlásokat. Levegőt fogunk áramoltatni, ezért a hozzá tartozó adatokat már fel is tudjuk írni. 38

45 l 0, 016m cső belső átmérője 3 lev 1,05 kg/ m levegő sűrűsége 7 1, Pa s levegő viszkozitása lev c lev 1013 J / kg K fajlagos hőtartam 0,057 W / m K hővezetési tényező lev 394 W / m K fal hővezetési tényezője rézfal v 10m / s csövön belüli áramlási sebesség Az adatokból már ki tudjuk számolni a Re-számot. 3 v l 10m / s 0,016 m 1,05 kg/ m Re b = , , Pa s A Re-szám értékéből látható, hogy az áramlás turbulens. Ahhoz, hogy ki tudjuk számolni a Nu-számot meg kell határozni a Pr-számot. Pr c lev 7 1, Pa s 1013 J / kg K 0,057W/m K A kapott értékekből ki tudjuk számolni a Nu-számot. 0,00755 Nu b 0,03 Re 0,8 b Pr 0,33 0, ,6091 0,8 0, ,33 96,3771 A Nu-számból már könnyen meghatározható a cső belsejében a hőátadási tényező értéke. Nu b l cs Nu b l 96,3771 0,057 W / m K cs 476,0557W/ 0,016 m m A cső külső fala mentén a hőmérséklet kiszámítható: t csk T1 T 40C 0C 30C A cső belső falán a hőmérsékletet vegyük fel,0719 C-ra, ezt az értéket iretációból kaptuk a kiszámolt adatok alapján. t csf, 0719 C A cső belsejében a hőmennyiség: q cs K t t 476, C,0719 C 3774,17W/m csk csf A cső kívüli hőmennyiséget is meg kell határozni. A cső külső falán kiszámoljuk a hőmérsékletet, és kiválasztjuk a cső geometriai méreteit. d 0,0160m cső belső átmérője 39

46 D 0,000m cső külső átmérője S 0,000 m cső vastagsága cső q S cső cső q Scső t csf tkf tkf tcsf cső t kf 3774,17 0,000m,057 C 394W / m K A külső Re-szám kiszámításához először ki kell számolnunk a csövön kívüli áramlási sebességet. A ventilátor teljesítménye legyen 1500m 3 /h, ekkora sebességgel tudja áramoltatni a kinti levegőt a léghűtőben, illetve az üzemi levegőt a csövekben / ,4166 m s 3 v vent 1500 m / h / A csövek geometriai méreteit már az előzőekben meghatároztuk. Egy sorban legyen 18 db cső, a csövek között a távolság 3mm. Ezek alapján ki tudjuk számolni azt a felszínt, ahol a levegő áramolhat. A 18db 1 0,003m1m 0,0570 m Majd meghatározom a ventilátor teljesítményéből és a kapott felszínből a csövek közti áramlási sebességet. 3 0,4166 m / s v k 7,3087 m / s 0,0570 m Ezek után már ki tudjuk számolni a csövön kívüli Re-számot, ebben az esetben az l, a cső külső átmérőjét jelenti, ami 0,00m. v 7,3087 / 0,00 1,050kg/m Re k l m s m k 7 1, Pa s ,456 Majd ki kell számolnunk a Nu-számot, amiből majd meg tudjuk határozni a α k értéket. Nu k C Re 0,6 Pr 0,33 A csövön kívül a Nu-számnál először meg kell határozni a C értékét a következő módon: C 0,6 1,16 d e Db z d 0,4170 m 18 0,00 m de 0, 145m D z d 0,4170m 18 0,00m b 19 0,003 m18 0,000 m 0, m D b 4170 z 18db Ahol a D b a köpenytér belső átmérője, a z a csövek számát jelenti. 9 40

47 C 1,16 0,145 0,6 0,4606 Nu k 0, ,4569 0,6 0, ,33 307,4609 A cső belsejénél is ugyanígy határoztuk meg az α értékét a Nu-számból. 307,4609 0,057W/m k 0,00 m K 395,087W/ m K Megkaptuk az α k értékét, ebből a hőmennyiséget már meg tudjuk adni. q t kk q k t kf t kk t1 t 10C 15C 1, 5C,057 1,5 3774,1663W /m 395,087 Miután kiszámoltuk mindkét hőmennyiséget, közel azonos értéket kell kapnunk. q q 3774,17 W / m 3774,1663 W / m Az eddigi számolásunk helyesnek bizonyul, hisz a érték kis mértékben tér el, ezért a kapott értékekből tovább tudunk számolni. A következő lépésben a hőátviteli tényezőt számoljuk ki: k 1 cs 1 S cső cső 1 k 1 476, , ,087 15,6680W/ m K Ezek után még a felületet kell kiszámolni, ehhez viszont meg kell határozni a leadott hőmennyiséget. A 15. ábrán láthatóak a hőmérséklet adatok. A felvett és a leadott hőmennyiségnek azonosnak kell lennie. A következő képletnél figyelembe vesszük a közeg tulajdonságait. Q clev m T log Még adatot meg kell határozni, a levegő tömegáramát (m) és a hőmérséklet változás logaritmikus értékét(δt log ). m vvent lev 0,4166 m / s 1,050 kg/ m 3 0,501kg/s T log T t T ln t T T t 40C 10C 30C 1 1 t T t 0 15C 5C 41

48 T log ln 5 13,958 C A kiszámolt adatokból már könnyen megadhatjuk a hőmennyiség mértékét. Q 1013J/kg K 0,501kg/ s 13,958 K 1017,083W A hőmennyiségből a hőátadó felület már könnyen kiszámítható: Q k A T A lh log Q A k T 1017,083W 3,3804m 15,6680W / m K 13,958 K log A számítás alapján legalább 3,3804m felületű csövekre van szükség, hogy megfelelő legyen a hőátadás a léghűtőben. Már tudjuk a cső geometriai méretit, de még meg kell adni, hogy a léghűtőnkben hány darab csőnek kell lennie. 1 db cső felszíne: d 4 0, m A1 dbcső 0, m Szükséges cső számhoz szükség van egy ventilátorra. A külső levegőhöz szintén 1500 m 3 /h teljesítményű ventilátor kerül, az előzőekben már kiszámoltuk a másodpercre vonatkoztatott teljesítményét. A szük v v vent cső 3 0,4166m / s 0,04166m 10m / s Tudjuk, hogy 0,04166m felületre van szükségünk, már csak a cső darabszámot kell megadni n A 0,04166m 0, m szük cső 07, A1 dbcső A ventilátor teljesítményéből, az áramlási sebességből kiszámoltuk a csövek számát, majd megadhatjuk a teljes felületet, amire szükség van, a megfelelő áramláshoz. d köz 0, 018 m db A teljes l d köz n cső 1m 0,018m 07db 11,7187m A kapott teljes felület nagyobb, mint amire szükség van, ezért ez a léghűtő tökéletesen működne az üzemben. A lh A teljes 3,3804m 11,7187m Az általam tervezett léghűtő rajza a 15. ábrán látható. A ventilátorok színe, csak a közeg hőmérsékletét mutatja, a piros az üzemből a meleg levegőt viszi, míg a kék színnel jelzett 4

49 ventilátor a környezetből a hideg levegőt áramoltatja. A léghűtőben mérete 1 m hosszú, 0,76 m széles és 0,46 m magas. Ez a méret a csöveket tartalmazza. 16. ábra: Léghűtő sematikus rajza Egy egyedi tervezésű léghűtő gyártása sajnos sokkal többe kerülne, mint amit meg lehet vásárolni. Az előre gyártott léghűtők hatásfoka kisebb lesz, mintha ezt a hűtőt szerelnék be. 43

50 10. Hővisszanyerős légkezelő, keresztáramú, függőleges csonkozással ATC HRS V, I.10 [11] A kereskedelmi forgalomba kapható légkezelők közül, egy keresztáramú, magas hatásfokú, alacsony zajszintű hűtőt szereltek be. Elektromos fűtőkalorifert tartalmaz, amely segítségével szabályható légszállítás, a befújt levegő hőmérséklete. Az üzembe egy 1000E típusú gépet szereltek be. A 4. táblázat tartalmazza a műszaki adatokat. 4. táblázat: 1000E típusú légkezelő műszaki adatai Fűtőelem fázis/feszültség [50Hz/VAC] ~3,400 teljesítmény [kw] 6 Ventilátorok Fázis/feszültség [50Hz/VAC] ~1,30 Elszívás Telj.felv./áramfelv. [kw/a] 0.185/0.81 Befúvás Telj.felv./áramfelv. [kw/a] 0.185/0.81 Vent. Motor védelmi osz. - [W/A] IP-44 Hővezetés hatásfok - % 54 Max. telj. Felvétel - [kw/a] 6.37/10.30 Automatikus szabályzás - - Beépített Szűrési osztály Elszívás - EU5 befúvás - EU5 Panel vastagság - [mm] 50 Tömeg - [kg]

51 IV - PV - PR - KE - PF - IF - TJ - TL - TE - Elszívó ventilátor Befúvó ventilátor Keresztáramú hővisszanyerő Elektromos fűtőkalorifer Friss levegő szűrő (EU5) Elszívott levegő szűrő (EU3 vagy EU5) Befújt levegő hőmérséklet érzékelő Friss levegő hőmérséklet érzékelő Elszívott levegő hőmérséklet érzékelő DTJ - Pára + hőmérséklet érzékelő P - M - Hővisszanyerő nyomáskapcsoló By-pass zsalu 17. ábra: Légkezelő felépítésének rajza (Forrás: ATC HRS V, I.10: Gépkönyv 014) A hővisszanyerős légkezelő feladata, az üzemben a levegőt folyamatosan cserélje. Az első számú üzemegységben a gépek felett 8 elszívó csonk biztosítja a meleg levegő elszívását, 45