La refrigeració en la transformació de plàstics

Les altes temperatures d'un procés de transformació de plàstics han de controlar, d'una banda per a conformar les peces modelades, extrudides o bufades, perquè el material fos solidifiqui i, d'altra, per evitar avaries mecàniques en la maquinària, ja que l'oli d'els esmentats circuits hidràulics ha de romandre en uns marges de temperatura determinats. Per això tant màquines com motlles i fileres, disposen de circuits interns per al pas de fluids, la temperatura s'ha de controlar amb precisió. Aquesta comesa es pot realitzar amb diferents tipus de màquines, com refrigeradors d'aigua, termo convectors, torres evaporació i termo reguladors.

El principal objectiu, refredar, ja és efectuat en la majoria de casos pels denominats refrigeradors a circuit tancat. Aquests equips, que en funció de les necessitats de l'aplicació poden ser de diverses mides, potències i capacitats funcionen realitzant un intercanvi tèrmic indirecte entre el fluid refrigerant que arribarà a la màquina (principalment aigua) i un gas que es refreda en un circuit intern. Aquests equips dotats d'un o diversos compressors (segons potència requerida) fan circular de forma continuada un gas refrigerant per un condensador, vàlvula d'expansió i evaporador, i en el procés de compressió i evaporació del gas que va passant alternativament de líquid a alta pressió a gasós a baixa pressió, es genera fred, que refrigerarà l'aigua per al procés de refrigeració i s'allibera calor a l'ambient. Hi ha refrigeradors condensats per aire, on el condensador del gas és un radiador a través del qual uns ventiladors fan circular aire a temperatura ambient, o refrigeradors condensats per aigua, en aquest cas hi ha un intercanviador de calor que transmet aquesta calor generat pel gas a altre fluid refrigerant (aigua) que circularà a un altre equip remot que la refredarà a temperatura ambient. En ambdós casos tenim una màquina que proporciona aigua freda per refredar motlles, fileres o màquines. Pot treballar a diversos graus sota zero si cal, per a això cal tractar l'aigua amb glicol (anticongelant). Aquests refrigeradors disposen d'un panell electrònic de control, on seleccionem la temperatura de l'aigua que volem obtenir. Solen disposar d'un dipòsit intern d'acumulació, i bomba de recirculació i, en el rang de potències considerades petites i mitjanes (fins a 100.000 Kcal / h), són equips monobloc, totalment autònoms fins i tot alguns portàtils, amb rodes (normalment fins a 20.000 Kcal / h.). La circulació de l'aigua és sempre en circuit tancat, no hi ha contacte amb el medi ambient ni altres fluids.

La potència de refrigeració d'aquestes màquines pot donar-se en k / cal / ho en kW / h, que serien els k "de fred generats cada hora. El càlcul de la potència de refrigeració d'una aplicació determinada ve determinada pel tipus de procés a refredar i les temperatures de treball, però se solen emprar fórmules simplificades per efectuar aquest càlcul. Per exemple, en un procés d'injecció és determinant el tipus de material i la seva temperatura específica, i els kg per hora d'aquest material que cal refredar. Es pot usar una senzilla fórmula: Q = P x K, on P és la producció horària i K l'entalpia o Kcal / kg hora de cada material (s'extreu d'una taula). És a dir, per refredar un procés d'injecció de plàstic convencional de 100 kg / h de polipropilè (entalpia = 150) tenim: 100 x 150 = 15.000 Kcal / h. Necessitem un refrigerador que ens garanteixi, com a mínim 15.000 Kcal / h de capacitat frigorífica. Si per aquest mateix procés de transformació per injecció volem saber quina capacitat frigorífica addicional ha de tenir el nostre refrigerador per refredar el circuit hidràulic de la màquina o màquines del procés fem servir aquesta altra fórmula simplificada: Q = PM x 860 * x K. On PM és la potència en kW dels motors que mouen la bomba hidràulica, 860 són les Kcal / h necessàries per cada kW de potència i K el factor d'utilització, generalment 0,5. Si tinguéssim en aquest cas 100 kW de potència ens donaria: 100 x 860 x 0,5 = 43.000 Kcal / h.

Habitualment per als càlculs de potència necessària de refrigeració, els distribuïdors dels equips poden aconsellar al porter final sobre la potència necessària en cada cas.

Són determinants també la temperatura ambient de treball màxima de l'equip nevera i la temperatura de treball de l'aigua refrigerant, ja que com més extrems siguin aquests valors, menor rendiment tindrà l'equip. Per exemple un refrigerador el fabricant determini que té una capacitat de refrigeració de 100.000 Kcal / ha 25 º C de temperatura ambient i amb l'aigua de refredament a 15 º C en unes condicions de treball extremes de 35 º C de temperatura ambient i aigua de refredament seleccionada a 10 ° C l'equip només proporcionarà 74.000 Kcal / h. Aquest punt s'ha de tenir en compte i verificar la capacitat frigorífica d'un equip determinada per un fabricant, a quina temperatures de treball les dóna ja que temperatures de treball reals ha de treballar.

Altres equips de refrigeració emprats en la indústria del plàstic són les torres evaporativas. No disposen de compressor ni circuit de gas i treballen intercanviant la calor de l'aigua de refrigeració provinent de l'aplicació amb l'aire a temperatura ambienti. A causa del procés natural d'evaporació d'aquesta aigua que a la torre treballa en circuit obert i té contacte directe amb el medi ambient, es poden aconseguir temperatures de l'aigua alguns graus per sota de la temperatura de l'aire, però en condicions extremes, per exemple, amb temperatura ambienti de 35 °C, l'aigua de refrigeració que enviem a màquines o motlles no baixarà de 30 °C. A més, aquesta aigua ha de ser tractada ja que en haver-hi evaporació existeix risc de dipòsits calcaris, contaminació per legionel·la del medi ambient; i en els últims temps la rigidesa de les normatives mediambientals, el cost del tractament de l'aigua i de les anàlisis periòdiques que han de fer-se han fet que apareguin al mercat un tipus de sistema de refrigeració alternatiu, els termo convectores. La torres evaporativas tenen com a principal avantatge la senzillesa tècnica i cost assequible en comparació dels refrigeradors, i com a desavantatges les esmentades anteriorment referent al contacte de l'aigua amb el medi ambient i l'escassa precisió en el control de la temperatura de l'aigua de refrigeració, molt depenent de la temperatura ambienti.

Els termo convectors vénen a ser sistemes similars a les torres evaporació, però a diferència d'aquestes l'aigua circula en un circuit tancat, sense contacte amb el medi ambient. Aquests solen ser radiadors dotats de ventiladors i un control electrònic que variant la velocitat d'aquests aconsegueix una alta precisió en el control de la temperatura de l'aigua de refrigeració. En no haver evaporació, la temperatura de treball mínima s'iguala a la temperatura ambient, encara que sistemes de nebulització d'aigua, anomenats d'emergència estival, poden aconseguir temperatures de l'aigua de refrigeració una mica inferiors a la temperatura ambient, si la instal lació està ben feta.

En processos en què no només s'ha de refrigerar sinó mantenir una temperatura determinada que en alguns casos pot ser una mica elevada, s'empren els termoreguladors. Aquests equips disposen d'un dipòsit intern, bomba, resistència d'escalfament, circuit de refrigeració intern directe o indirecte i poden treballar amb oli diatérmico com a fluid de termoregulació per altes temperatures o en la majoria dels casos amb aigua, podent arribar als 95 ° C o fins a 160 º C si l'aigua està presurizada. Com en el cas de tots els equips anteriorment esmentats hi ha de diversa capacitat i potència, segons l'aplicació i permeten, per exemple, escalfar de forma ràpida un motlle per iniciar un procés d'emmotllament ràpidament, i un cop estabilitzada la temperatura de treball, mitjançant l'escalfament del líquid termoregulador o el seu refredament, mantenir aquesta temperatura de forma constant.

Altres equips apareguts recentment en el mercat són equips combinats de refrigeració / atemperació portàtils o de gran potència, capaços de lliurar aigua calenta d'una banda i aigua freda de l'altra, o aigua a dues temperatures diferents, en aplicacions especials.