سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی، رابین کنت (Robin Kent) که سمت مشاور را عهده دار است، می­گوید؛ در شرایط سخت کاری، شرکت­ها معمولاً به کاهش تعداد نیروهای انسانی خود فکر می­کنند. اما با رویکردی دقیق می­توان با مدیریت انرژی، به صرفه­جویی قابل توجهی در هزینه­ها دست یافت.

هزینه­ها در یک کارخانه اکستروژن خیلی هم ارزان نیست، بسیاری از آنها ـ مانند آب خنک­کننده ـ واقعاً گران هستند، رهایی از این هزینه­ها می­تواند موجب صرفه­جویی مالی برای شما شود.

در تعریف اکستروژن می­توان اینگونه گفت که؛ فرآیندی است که به شدت به برق وابسته است و عمده مصرف انرژی در یک واحد اکستروژن در عملیات اکسترودرها است. برای اکستروژن لوله و پروفیل، حدود 50 درصد از تمام انرژی در اکستروردرها مورد استفاده قرار می­گیرد، باقی­مانده انرژی برای خدمات و لوازم جانبی مصرف می شود.

هزینه­های انرژی در اکسترودرها ممکن است کمی بالا باشند، اما بازگشت سریع سرمایه­گذاری در این صنعت، توجیه منطقی برای استفاده از این انرژی­ها است. اکسترودرهای قدیمی­تر از موتورهای DC استفاده می­کردند اما نسل جدید اکسترودرها اغلب با موتورهای AC که توسط درایو سرعت متغیر (VSD) کنترل می­شوند، در دسترس هستند. کنترل­کننده VSD در موتورهای AC در بسیاری از اکسترودرها استفاده   می­شوند و استفاده از آنها به شدت توصیه می­شود.

با هر نوع موتوری، دستگاه اکسترودر باید متناسب با محصول موردنظر، انتخاب شود. طراحی اکسترودرها به گونه­ای است که بالاترین میزان کارایی را (نه تنها در بحث انرژی) دارا باشند. در حد امکان، اکستروردها باید با بالاترین سرعت طراحی شوند، که آن سرعت معمولا همان کارآمدترین سرعت است. سرعت مارپیچ باید به گونه­ای کنترل شود تا سرعت اکستروژن نزدیک سرعت ماکزیمم باشد و همچنان محصول خوبی تولید کند.

موتورهای اکسترودر معمولاً با سرعت بالا کار می­کنند و در سرعت موردنیاز مارپیچ تنظیم می­شوند. زمانی که نسبت دنده­های موجود برای این کار مناسب نباشد، موتورها با سرعت صحیح کار نمی­کنند، مصرف انرژی بیش از اندازه خواهد بود و گشتاور ایجاد شده بسیار پایین­تر از سطح مطلوب خواهد بود. تغییر نسبت موتور و درایو می­تواند یک پروژه ساده برای بهینه­سازی کاربرد موتور باشد.

شکل 1. مشخصات مصرف انرژی در یک واحد معمولی اکستروژن

با تمرکز بر روی بیشترین مصرف­کننده انرژی برای رسیدن به سریعترین نتیجه

گرما دهی و خنک کاری

بیشترین میزان انرژی گرمایی موردنیاز برای پلاستی­سایز کردن (نرم­کردن) و گرم­کردن پلاستیک توسط گرمای حاصل از اصطکاک مواد که در مارپیچ حرکت می­کنند، ایجاد می­شود. در بیشتر موارد، انرژی مکانیکی در انتقال گرما به داخل مواد از انرژی خارجی هیتر که تنها روی لایه خارجی مواد در سطح سیلندر عمل می­کند، موثرتر است. این انرژی می­تواند گرمای اصطکاکی را که به وسیله تولید یک لایه مذاب در سطح داخلی سیلندر به وجود آمده را کاهش دهد.

با بهینه­سازی سرعت اکسترودر گرما توسط کار مکانیکی به حداکثر میزان خود می­رسد و این مساله سبب کاهش مقدار انرژی الکتریکی موردنیاز برای گرم­کردن پلاستیک می­گردد. زمانی که تجهیزات پایین­دستی خروجی را محدود نکنند، مصرف انرژی در یک اکسترودر (in kwh/kg) می­تواند حدود 50 درصد به وسیله دو برابر کردن سرعت چرخش مارپیچ کاهش یابد. در صورتی که گرمای حاصل از اصطکاک بیش از حد باشد، از فن­هایی برای حذف گرمای اضافی از سیلندر استفاده می­شود. خنک­کردن سیلندر به عملکرد بهتر اکسترودر کمک می­کند، همچنین موجب افزایش اصطکاک در سطح پلاستیک/سیلندر و اختلاط بهتر و حرکت مواد رو به جلو می­گردد.

کنترل دمای سیلندر

1. کنترل­کننده­های اکسترودر را چک کنید تا مطمئن شوید که سیستم گرما­دهی و خنک­کاری با یکدیگر خوب کار می­کنند و در رقابت با یکدیگر نیستند. اطمینان حاصل کنید که بین هیترها و دمنده­ها یک «بخش مرده» وجود داشته باشد.

2. کنترل دقیق دما سبب تولید یک محصول خوب و به حداقل رسیدن مصرف انرژی می­گردد.

3.عایق­بندی سیلندر یک روش موثر است اما مناسب برای همه بخش­های سیلندر و یا همه کاربردهای سیلندر نیست. نصب عایق در همه بخش­های سیلندر می­تواند منجر به «فرایند فرار» شود.

با بررسی هیترها و فن­های سیلندر می­توان به فهم دقیق جریان گرما در یک اکسترودر/محصول ویژه و همچنین زمان روشن و خاموش شدن هیترها و فن­ها پی برد (هیتر و فن در یک زمان خاموش و روشن نمی­شوند). در یک فرآیند اکستروژن خوب باید پلاستیک در دمای مطلوب نگه داشته شود، اما از (گرمای بیش از حد) آن جلوگیری گردد. این مسئله بستگی به مواد دارد، در فرآیند تولید پنجره که یک فرآیند کوچک است . گرمای بیش از حد ناشی از برش شایع است، مگر اینکه کنترل دما دقیق باشد. اگر هیترها به طور پیوسته روشن باشند، پس موتور قادر به تامین میزان کافی حرارت برشی برای فرآیند نمی­­باشد، در این صورت دو انتخاب وجود دارد:

1. اکسترودر اصلی می­تواند گرمای برشی بیشتری تولید کند در این صورت نیاز به هیترها کاهش می­یابد. این کار، یک گزینه پیشنهادی مناسب است اما ممکن است تولید گرما توسط تجهیزات پایین­دستی    خنک­کننده محدود شود.

2. سیلندر می­تواند توسط عایق برای کاهش گرمای از دست رفته عایق شود اما این کار به ندرت بر روی یک سیلندر کامل صورت می­گیرد. بخش عقبی به دلیل ورود مواد سرد که قبل از آن تحت هیچ نوع برشی نبوده­اند، نیاز به گرمای پیوسته دارد و بخش جلویی سیلندر به علت کاهش گرمای برشی ممکن است در این ناحیه نیاز به گرما داشته باشد. هنگامی که گرمای برشی کم است، عایق­بندی سیلندر در کاهش انرژی ورودی موردنیاز از هیترها مفید و موثر است. این کار سبب صرفه­جویی در مصرف انرژی، کاهش نوسانات دمایی و افزایش رعایت مسائل بهداشتی و ایمنی می­شود.

کنترل تجهیزات پایین­دستی

گرمای برشی خیلی کمی در تجهیزات پایین­دستی مثل نوک مارپیچ وجود دارد از این رو هیترها همیشه برای نگه_­­داشتن پلاستیک در دمای درست در بین صفحات، آداپتورها، لوله­های انتقال­دهنده و دای­ها موردنیاز هستند. این کار برای محصولات توخالی که مندرل در محل توسط اسپایدرها نگه داشته شده و جوش کامل جریان مذاب باید بعد از عبور مواد از اسپایدر اتفاق بیفتد(در غیر این صورت ضعف محسوب می­شود).

انواع تجهیزات پایین­دستی

1. همه قسمت­های تجهیزات پایین­دستی نوک­پیچ برای کاهش تغییرات دمایی و مصرف انرژی باید     عایق­بندی شوند.

2. ماکزیمم سرعت قابل قبول برای اکسترودشدن بعد از خنک­کاری را بیابید و دمای آب خنک کننده را  برای رسیدن به این هدف تنظیم کنید. محصول را نباید بیش از حد سرد کنید.

3.  بررسی کنید که دمای آب خنک­کاری مناسب باشد و همچنین هدر نرود، سرد باشد و به طور موثر توزیع شده باشد. از گردش آب در میان دستگاه­های خاموش و کالیبراتورها جلوگیری کنید، جریان آب سرد را در ماشین­های خاموش، متوقف کنید.

4. بررسی کنید، حداقل میزان موردنیاز ذخیره پمپ خلاء برای تولید و توزیع مناسب باشد. زمانی که موردنیاز نیست پمپ خاموش باشد.

5. از VSDها (با حلقه­های بازخورد) روی پمپ­های خلاء برای کنترل حداکثر میزان خلاء بدست آمده، استفاده شود.

6. بررسی کنید که مخازن خنک­کننده مورد استفاده در خلاء برای کاهش استفاده از خلاء به طور صحیح بسته شده باشند.

گرما معمولاً برای همه نواحی پایین­دستی نوک مارپیچ لازم است و اتلاف گرما نیز قابل توجه است.     عایق­بندی سبب کاهش اتلاف گرما و همچنین میزان مصرف انرژی در این نواحی می­شود، به خوبی نیز باعث افزایش سلامتی و ایمنی می­گردد.

کالیبراسیون و خنک­کاری در یک زمان مشابه انجام می­شود گرچه انواع روش­های مختلفی مورد استفاده قرار می­گیرد. برای پروفیل­های ساده، کالیبراسیون یک تک­صفحه در یک حمام آب­ِ سرد صورت می­گیرد، در حالی­که برای پروفیل­های پنجره چندلایه PVC-U کالیبراسیون معمولاً توسط کالیبراتورهای صفحه فلزی در یک حمام آب سرد یا توسط اسپری آب صورت می­گیرد.

کارایی خنک­کننده فاکتور کنترلی برای سرعت کلی خط می­باشد. پروفیل باید در زمانی که در آب      خنک­کننده قرار می­گیرد، کاملاً خنک شود و اگر خنک­کاری موثر نبود در این زمان سرعت خط باید کاهش ­یابد. بسیاری از واحدهای لوله و پروفیل به آب خنک­کننده به عنوان یک منبع رایگان نگاه می­کنند و اجازه می­دهند آب سرد حتی در زمان­هایی که مورد استفاده قرار نمی­گیرد، آزادانه جریان داشته باشد.

 این آب گرم شده مجدداً وارد چیلر می­شود و دوباره با هزینه­های بالا سرد می­شود. پمپ­های خلاء برای حذف هوا از سیستم آب و همچنین برای ایجاد سطح تماس خوب بین اکسترودشده و سیستم کالیبراسیون مورد استفاده قرار می­گیرند. آنها معمولاً دارای سرعت ثابت و کنترل­نشده هستند.

در نتیجه، اکسترودرهای لوله و پروفیل فرصت­های بسیاری برای کاهش مصرف انرژی و قیمت بدون سرمایه­گذاری قابل توجه دارند. آنها می­توانند راه­کارهای سادهِ­ بسیاری را که هیچ اثر زیان­آوری روی محصول یا عملکرد دستگاه ندارد، برای کاهش قیمت انجام دهند.

انواع اکسترودر

1. همیشه در مرحله تصمیم­گیری برای خرید، کارایی انرژی را در نظر بگیرید.

2. همیشه گزینه موتور VSD+AC را برای خریدهای جدید در نظر بگیرید و موتورهای موجود را با موتورهای VSD+AC مجهز کنید.

3. استفاده از اکسترودرهای بزرگ برای تولید محصولات کوچک موجب اتلاف انرژی و همچنین هزینه­های مالی می­شود.

4. گزینه تغییر موتور اکسترودر را برای مطابقت با کار مدنظر، بررسی کنید.

5. هزینه­های زمان و مصرف انرژی با تغییر موتور ذخیره می­شوند. محاسبات نشان می­دهند که تغییر موتور یک عملیات بسیار موثر در کاهش میزان هزینه­ها است.

6. بررسی­ها نشان می­دهند که اصلاح بارگیری و اندازه موتورهای اکسترودر و همچنین بهینه­سازی نسبت دنده­ها موجب صرفه­جویی انرژی می­گردد.

7. در جایی که درایو از قرقره­ها استفاده می­کند، به سادگی می­توان از قرقره­ها با سایزهای مختلف استفاده کرد اما باید مطمئن شد که هنگام تغییر قطرها، هماهنگی بین قرقره­ها وجود دارد. 

شکل 2. توابع مختلف دارای نیازهای مختلف انرژی می­باشند. این طرح بخش عمده مصرف انرژی را در گرمایش نشان می­دهد. درایو اکسترودر گرمایش برشی موردنیاز را ارائه نمی­دهد و عایق­بندی سیلندر مورد توجه قرار گرفته است.

* تهیه و ترجمه: سمیه صلاحی (شرکت پارس پولیکا)