Wymagania odnośnie wody chłodzącej w przetwórstwie tworzyw

Woda chłodząca odgrywa bardzo ważną rolę w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Chłodzone są nią przecież zarówno formy wtryskowe jak i chłodnice oleju hydraulicznego. Woda posiada też szereg zalet jako nośnik ciepła. Ale też wymagania z nią związane są wysokie.

Prawidłowa pielęgnacja wody chłodzącej kształtuje się nieco inaczej niż pokazuje doświadczenie w przypadku zarządzania olejami hydraulicznymi. W zakładach przetwórstwa wtryskowego istnieje coraz większa tendencja, aby ze względu na oszczędność energii używać dwóch oddzielnych obiegów chłodzenia.

Pierwszy z obiegów to obieg chłodzenia form, temperatury w zależności od wymagań pomiędzy 6 st. C a 15 st. C. Drugi obieg chłodzenia układu hydraulicznego dotyczyłby temperatur pomiędzy 25 st. C a 32 st. C.

Te różne temperatury prowadzą do różnych obciążeń wody chłodzącej. Różnica ciśnień wody na chłodnicy (wlot i wylot) powinna wynosić co najmniej 2,5 bar.

Rozróżnia się też obiegi otwarte i zamknięte, które umożliwiają różne wnikanie zanieczyszczeń z otoczenia do wody chłodzącej.

Ważne jest, aby poprzez skuteczne i efektywne przygotowanie wody oraz jej pielęgnację unikać występowania takich problemów jak zanieczyszczenie i zamulenie układu, osady wapna i osady składników mineralnych na wymiennikach ciepła, rozwój zanieczyszczeń mikrobiologicznych oraz korozja.

Wszystkie te czynniki pogarszają bowiem możliwość optymalnego odprowadzania ciepła produkcyjnego form i wtryskarek. Mogą także prowadzić do niepożądanego podwyższenia temperatury oleju hydraulicznego.

W przemyśle tworzyw sztucznych pod wpływem wody chłodzącej może powstawać szereg uszkodzeń. Najważniejsze z nich to osady wywołane twardością wody, korozja, równomierna korozja powierzchniowa, nierównomierna korozja powierzchniowa, zanieczyszczenia biologiczne.

Powstawanie osadów wywołanych twardością wody wiąże się z faktem, że twardość całkowita, twardość węglanowa oraz dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie działają na siebie wzajemnie. To wzajemne oddziaływanie wyraża się w równowadze na linii wapno - kwas węglowy. Jeśli przez wpływy termiczne lub przez dodatek wody zawartość dwutlenku węgla spada lub z wodorowęglanu uwalnia się dwutlenek węgla, to przy obecności twardości całkowitej powstaje wapno. Wapno to osadza się często na powierzchniach wymiany ciepła w formach, na chłodnicach oleju, w strefach zasiania ślimaków, oraz w maszynie chłodniczej i w wieży chłodniczej. Na skutek powstawania osadów mocnemu pogorszeniu mogą ulec funkcje przenoszenia ciepła, aż do wystąpienia awarii całego układu. Nagłemu wzrostowi ulega dodatkowe zużycie energii na odprowadzanie ciepła produkcyjnego.

Za przykład tego typu niech posłuży sytuacja, w której przy grubości warstwy osadu wapna w wymienniku ciepła wynoszącej tylko 1,5 mm zapotrzebowanie na wydajność chłodzenia wzrasta np. o 28 proc. W praktyce oznacza to, że dla odprowadzenia ciepła potrzebna jest wydajność chłodzenia większa o 28 proc.

Jeśli chodzi o drugi typ uszkodzeń, czyli korozję, to zgodnie z normą DIN 50900 pod pojęciem korozji rozumie się reakcję materiału metalicznego z jego otoczeniem, która powoduje wymierną zmianę tego materiału i może prowadzić do uszkodzeń korozyjnych.

Równomierna korozja powierzchniowa występuje zawsze w wodach zawierających tlen (rozpuszczalność tlenu w wodzie ok. 10 mg/l wody w temperaturze 20 st. C). Jej szybkość jest w istotnym stopniu zmniejszana przez warstwy powłokowe (warstwy antykorozyjne), dzięki czemu powodowane nią ubytki często są tolerowane z technicznego punktu widzenia. Prędkość rozwoju korozji jest uzależniona od wielu czynników, m.in. od zawartości tlenu, wartości pH, zawartości soli, obecności bakterii redukujących siarczany oraz prędkości przepływu.

Z kolei z nierównomierną korozją powierzchniową związaną z powstawaniem zagłębień i wżerów mamy do czynienia wtedy, gdy brak jest pełnej warstwy ochronnej lecz istnieją niecałkowicie chroniące warstwy powierzchniowe. Także w tym przypadku nie występuje tylko jedna przyczyna rozwijającej się korozji. Szczególnymi czynnikami wpływającymi na korozję są w takim przypadku wymiary geometryczne elementu konstrukcyjnego oraz właściwości powierzchni i rodzaj materiału. W wyniku korozji powstaje w wymienniku ciepła, w różnych typach chłodnic, niebezpieczeństwo wniknięcia wody od oleju hydraulicznego. Dodatkowo produkty korozji obciążają wodę chłodzącą i prowadzą do powstawania osadów i szlamu.

Efekty takiego stanu rzeczy są poważne i wiążą się z takimi zagrożeniami jak uszkodzone chłodnice oleju, zapchane filtry na podłączeniach wody chłodzącej do maszyn, zapchane zawory elektromagnetyczne układu chłodzenia wodą, zapchane otwory chłodzące w formach wtryskowych oraz skorodowane kanały chłodzące w formach wtryskowych.

Przez zastosowanie chemicznego czyszczenia po stronie wody przy pomocy inhibitowanego kwasu nadającego się do danego materiału, możliwe jest ponowne odtworzenie wydajności chłodzenia.

Analizując natomiast zagrożenie związane z rozwojem zanieczyszczeń biologicznych trzeba zauważyć, że w systemach technicznych mikroorganizmy, np. glony, bakterie i pleśnie mogą znacznie zmniejszać przechodzenie ciepła wskutek powstawania biowarstewek lub utrudniać pracę urządzeń przez zmniejszanie przekroju przewodów. Zmniejszenie przechodzenia ciepła przez biowarstewki jest czterokrotnie większe niż przez osady wapna. Procesy przemiany materii zachodzące w mikroorganizmach powodują zjawiska korozyjne prowadzące do uszkodzeń.