Tính Toán Water Chiller cho Khuôn Nhựa

A. Giới thiệu Ngành Nhựa nước ta:

  - Ngành nhựa là một trong 10 ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta. Từ những vật liệu hết sức bình thường, đến những vật liệu cao cấp bằng gổ, kim loại thì nhựa điều có khả năng thay thế hay làm tốt chức năng vật liệu đó.

  - Do nhựa dể dàng định hình theo ý muốn và độ bền tương đối dài và giá nguyên liệu lại rẻ, có thể tạo sản phẩm công nghiệp hàng loạt. Trong quá trình tạo sản phẩm, kiểm soát trạng thái lỏng sang rắn của nhựa là một tiến trình quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng và năng suất sản phẩm tạo ra.

  - Theo hình trên ta thấy, việc kiểm soát nhiệt độ khuôn hết sức quan trọng. Với hệ thống giải nhiệt khuôn phổ biến trên 30^oC, người ta dùng đến tháp giải nhiệt cooling tower. Và cooling tower còn được dùng để giải nhiệt dầu cho máy nén dầu thủy lực.

  - Một số sản phẩm nhựa cần nhiệt độ làm lạnh dưới 30^oC. Và nước thường từ cooling tower không đáp ứng nhu cầu tạo ra sản phẩm, nên máy lạnh nước công nghiệp water chiller là phần không thể thiếu với khuôn nhựa dạng này.

  - Ngoài ra còn một số trường hợp phải dùng đến nước lạnh từ hệ thống Water Chiller (nhỏ hơn 30^oC):

•    Do định hình sản phẩm yêu cầu chất lượng nhiệt độ khuôn ép thấp (bút bi cần nhiệt độ thắp để sản phẩm tạo ra bóng mượt, hay một số sản phẩm nhựa khác).
•   Giảm thời gian chờ làm mát và chủ động hơn so với giải nhiệt tháp cooling tower. Do đó làm tăng năng suất sản phẩm.
•    Do lưu lượng nước vào khuôn không đủ giải nhiệt (đường ống trong khuôn quá nhỏ). Cần phải bổ xung lượng nhiệt cần hấp thụ vào khuôn.

 B.Tính toán làm lạnh cho khuôn ép nhựa:

1. Theo thông số có sẳn:

• Nhà sản xuất máy ép nhựa cho sẳn công suất lạnh . Đơn vị: Kcal/h, Kw/h, Btu/h, Tons/h.
• Trên máy có sẳn thông số: lưu lượng nước lạnh (m3/h, lít/phút), nhiệt độ nước lạnh cần duy trì (^oC hay ^o F). => Q =4,186 x At x Qll/3,6
• Hệ thống dây chuyền đang dùng chiller tương đương. Chọn thay thế cho chiller củ.
• Đang dùng cooling tower, muốn chuyển sang chiller: công suất nhiệt cooling tower, nhiệt độ nước vào từ cooling tower và nhiệt độ nước ra từ máy ép nhựa. Vd: tháp tower 10 tons nước vào máy 32^oC và ra khỏi máy 37^oC => hạ 5^oC cần 10 tons lạnh. Vậy thì muốn nước xuống 25^oC thì cần chiller 20 tons lạnh.

 2.Theo tính toán công suất làm lạnh cho nhựa: 

  - Ta có công thức nhiệt sau: Q = Cp x At x M / 3600  (Kw lạnh).

• At: chênh lệnh nhiệt độ nhựa dạng keo mềm và nhiệt độ sau khi cần làm lạnh. Thường lấy At = 200^oC, vì nhà sản xuất máy ép nhựa lại thường không quy định máy ép nào dùng loại nhựa gì hay rất mập mờ về nó. Ta chọn mức chênh lệnh tốt nhất 200 ^oC (từ 230^oC xuống 30^oC). Bảng phía dưới.
• Cp: nhiệt dung riêng Kj.kg/k. Bảng phía dưới.
• M năng suất sản phẩm trong một giờ, kèm cả phế liệu trong quá trình ép. Đơn vị Kg.

VD như: nhựa HDPE có Cp = 1,9 Kj.Kg/K, năng suất 50 Kg/giờ.

=> Qlạnh = 1,9 x 200 x 50/ 3600 = 5,2777 Kw lạnh.

  - Với công suất dự trử 1,3 -> 2 lần công suất thực (do tổn thất nhiệt, do hiệu suất lạnh nước qua nhiều trung gian, do chiller giảm hiệu suất  khi hoạt động lâu năm.v.v.).

  - Vậy công suất lạnh khi chọn chiller sẻ là: Qlạnh = 5.27777 x 1,35 = 7,125 Kw lạnh.

  - Tương đương với chiller giải nhiệt nước dùng block máy nén gas 2 HP điện. Hay chiller giải nhiệt gió dùng block máy nén gas 3 HP điện.

C. Chọn Water chiller cho công suất lạnh tính toán:

  - Ta có 2 loại: chiller giải nhiệt gió và chiller giải nhiệt nước.

  - So sánh 2 loại trên: chiller giải nhiệt gió hiệu suất kém hơn so với chiller giải nhiệt nước (tốn điện hơn). Nhưng gọn nhẹ và đơn giản, chạy ổn định hơn, tiết kiệm diện tích, chi phí vận hành và bảo trì ít hơn so với chiller nước.

  - Lời khuyên: Với những chiller công suất nhỏ hơn 20 hp điện ta nên dùng chiller giải nhiệt gió. Vì tính kinh tế khi sử dụng vẫn tốt hơn so với chiller giải nhiệt nước. Từ 20 Hp trở lên ta mới xem xét đến mức độ hao phí điện sử dụng.

 1. Mô hình chiller giải nhiệt nước 2 vòng tuần hoàn nước lạnh (2 bơm nước lạnh):

  Mô hình hoạt động như sau:

1. Bơm hút nước từ bồn nước lạnh, bơm vào bình bay hơi chiller.
2. Nước đầu ra bình bay hơi chiller chạy tuần hoàn vào bồn nước lạnh thành một chu kì nước lạnh kín.
3. Bơm hút nước từ bồn nước đã được làm lạnh (vì chiller chạy làm lạnh nước trước khoảng 15 phút), sau đó bơm vào khuôn máy ép nhựa.
4. Nước đầu ra từ khuôn máy ép nhựa sẻ làm lạnh khuôn và tuần hoàn trở lại bồn nước lạnh.
5. Và vòng tuần hoàn còn lại hút nước từ tháp giải nhiệt, bơm vào bình ngưng chiller. Đầu ra tuần hoàn lại tháp giải nhiệt.

a. Chọn Chiller: Chiller chọn theo công suất lạnh tính toán, Cấu tạo đã giới thiệu từ bài trên.

  - Nhưng trong giải nhiệt công nghiệp tại Việt Nam thì các nhà sản xuất chiller trên thế giới thường rất kén chọn và ít cung cấp. Vì chiller sản xuất chủ yếu là cho hệ thống điều hòa trung tâm nước, nên kỹ sư chỉ chuyên về hệ thống điều hòa. 

  - Nếu tư vấn không sát sẻ giảm tuổi thọ của chiller và ảnh hưởng không tốt đến hình ảnh của hảng sản xuất. Chúng ta điều biết trong công nghiệp thì tuổi thọ chiller thường rất thấp nhất là ở Việt Nam vì các nguyên nhân sau:

• Điện áp nhà xưởng thường không ổn định bằng điện áp tòa nhà.
• Không nắm rỏ quy tắc vận hành, hay giao vận hành cho người không có trách nhiệm trong nhà máy.
• Môi trường bụi bẩn cao, axít cao ảnh hưởng đến thiết bị điều khiển và nguồn nước cooling tower. Điều kiện không gian và môi trường vận hành không bằng trong điều hòa tòa nhà (có phòng lắp đặt riêng).
• Vị trí đặt trong nhà máy thường là máy hiên ẩm thấp nhiều khi còn bị ngập nước khi mưa to.
• Chỉ một số ít nhà sản xuất thực sự sản xuất dành cho ngành nhựa.

 b.Cooling tower chọn theo nhà sản xuất, thường là gấp 1,2 lần công suất lạnh chiller. 

• Vị trí đặt có khoảng cách rộng rải thoáng gió, khoảng cách cách tháp tower ít nhất là 2 nước.
• Có nguồn nước tốt bổ xung cho quá trình vận hành (độ PH 6.5 – 7.5, ít cặn bẩn, phèn, bụi.v.v.). 
• Các hãng cung cấp phổ biến ở Việt Nam như: Liang chi (Taiwan), Ta shin (Taiwan), King sun(Taiwan), Poong cheon (Hàn Quốc), Ku ken (Nhật), Ocean (Malaysia), Bkk (Thái Lan) .v.v.

 c. Bồn Nước trử lạnh: đơn giản chỉ là bồn nước thường bằng inox hay nhựa được bọc cách nhiệt.

• Dùng để trử lạnh giúp tăng tính ổn định.
• Tránh độ co giản vật liệu đường ống dẩn nước lạnh.
• Thường được chọn theo kinh nghiệm hay cách tính toán đơn giản như sau:

                       V bồn = Qlạnhchiller x 0,9/(4,186 x At) mét khối.

 d. Hệ thống bơm: Chọn theo độ cao mét nước + tổn thất và lưu lượng nước nóng, lạnh theo chiller). công suất bơm mà nhà sản xuất đưa ra nhằm đảm bảo lưu lượng nước qua chiller là ổn định.

• lưu lượng nước qua chậm quá dẩn đến thải nhiệt qua tháp không tốt sẻ dẩn đến cao áp máy nén, hoạt động lâu giảm tuổi thọ máy nén chiller. 
• lưu lượng nước qua nhanh quá, sẻ có một phần ma sát và axit nhanh ăn mòn ống đồng chiller.

e. Hệ thống nước bypass và van cân bằng:

• Bypass 1 tùy theo kinh nghiệm mà chỉnh độ mở của van nước (thường là van cơ), dạng này rất ít dung vì không thấy được dòng chảy của nước.
• Bypass 2 thường dùng phổ biến trong các nhà máy, do ta dể dàng thấy được dòng nước chảy vào bồn nước lạnh, nên tăng tính an toàn cho hệ thống.
• Van cân bằng cân bằng áp lực và điều chỉnh lưu lượng điều đến từng sản phẩm máy ép nhựa.

 f. Các thiết bị khác như: 

• Van lọc Y (ít gắn với hệ thống công nghiệp nhưng lại rất cần thiết, dùng nhiều trong ĐH KK Trung tâm nước tòa nhà).
• Ống nối mềm chống rung và ồn. 
• Đồng hồ nhiệt độ nước ra và vào.
• Đồng hồ áp suất nước (1 kg/f = 10 mét cao nước).
• Các van bi, van cổng, van bướm .v.v.

 2. Mô hình chiller giải nhiệt gió 2 vòng tuần hoàn nước lạnh (2 bơm nước lạnh)

  - Giống mô hình trên, chỉ khác là không dùng đến tháp cooling tower. Có thể đặt trong xưỡng và làm ống gió nối ra bên ngoài để thổi luồng hơi nóng từ dàn ngưng ống đồng cánh nhôm.

3. Mô hình chiller nước hoặc gió 1 vòng tuần hoàn nước lạnh (1 bơm nước lạnh):

 + Ưu điểm: Nước vào tải trực tiếp, nhanh chóng làm lạnh máy ép nhựa, không tốn thêm một bơm cho hệ thống sẻ ít hao điện và hệ thống gọn nhẹ hơn.

 + Nhược điểm: Hệ thống chạy không ổn định bằng hệ 2 bơm nước lạnh, chỉ chạy với một hoặc 2 tải máy ép nhựa.

Không dùng trong một số trường hợp sau:

•       Dòng nước không liên tục. nhất là máy ép đùn. Dòng nước bị ngắt quảng và lúc mạnh dư nước cấp vào, lúc yếu không đủ nước cấp về chiller, chiller chạy không ổn định nhanh chóng hỏng máy.
•       Giải nhiệt theo mẻ sản phẩm, khi nhiệt độ vào quá cao. Như thế áp suất hút tăng quá cao ảnh hưởng đến sự hoạt động ổn định chiller.
•       Với tải không sử dụng nhưng dòng nước vẫn chạy qua để làm lạnh sơ bộ. Chiller công nghiệp vẫn cần một khoảng thời gian 15 – 20 phút để chạy đạt nhiệt ổn định rồi dẩn qua máy. Nếu tải không chạy kèm theo dòng nước bị ngắt, thì chiller không thể hoạt động trước để tăng tính ổn định.