دانشنامه جامع کمپرس یخ33
فصل ۳۳
دانشنامه جامع کمپرس یخ و ژلپک
تأثیر نوع فیلم و ضخامت بسته بر سرعت انجماد و ذوب ژلپک؛ مقایسه فیلمهای تکلایه و چندلایه، مقاومت در دمای پایین، انتقال حرارت، استحکام دوخت، سوراخشدن و انتخاب فیلم اقتصادی برای تولید انبوه
مقدمه
در طراحی ژلپک معمولاً توجه اصلی به آب، پلیمر و ظرفیت سرمایشی معطوف میشود، اما فیلم بستهبندی بخشی از سیستم سردکننده است.
فیلم باید همزمان چند وظیفه انجام دهد:
– نگهداری ژل؛
– جلوگیری از نشت؛
– تحمل فشار ناشی از انجماد و انبساط؛
– مقاومت در برابر ضربه و سوراخشدن؛
– امکان دوخت مناسب؛
– حفظ انعطاف در دمای پایین؛
– سازگاری با فرآیند تولید؛
– و در حد امکان ایجاد کمترین مانع حرارتی.
بنابراین ارزانترین فیلم لزوماً کمهزینهترین انتخاب نهایی نیست؛ زیرا نشتی، ضایعات، برگشتی و خرابی در حملونقل میتواند هزینه واقعی را افزایش دهد.
—
۳۳-۱ ـ فیلم ژلپک چیست؟
فیلم ژلپک همان پوستهای است که ماده سردکننده درون آن قرار میگیرد.
این فیلم ممکن است از:
– پلیاتیلن؛
– LDPE؛
– LLDPE؛
– HDPE؛
– یا ساختارهای چندلایه
تشکیل شده باشد.
—
۳۳-۲ ـ وظیفه اصلی فیلم
وظیفه اول فیلم، محصورکردن ماده سردکننده است.
اما در محصول صنعتی، این وظیفه به تنهایی کافی نیست.
فیلم باید در تمام چرخه:
پرشدن → انجماد → نگهداری → ذوب → حمل → استفاده مجدد
عملکرد قابل قبول داشته باشد.
—
۳۳-۳ ـ فیلم و انتقال حرارت
فیلم نیز دارای مقاومت حرارتی است.
به صورت ساده:
R = L / (kA)
که در آن:
R مقاومت حرارتی،
L ضخامت فیلم،
k رسانایی حرارتی،
و A سطح تماس است.
بنابراین افزایش ضخامت فیلم، در شرایط مشابه، مقاومت حرارتی آن را افزایش میدهد.
—
۳۳-۴ ـ آیا فیلم نازک همیشه بهتر است؟
خیر.
فیلم نازک از نظر کاهش مقاومت حرارتی جذاب است، اما ممکن است مقاومت مکانیکی کمتری داشته باشد.
در نتیجه طراحی باید میان:
انتقال حرارت و دوام
تعادل ایجاد کند.
—
۳۳-۵ ـ فیلم ضخیم
فیلم ضخیمتر معمولاً میتواند مقاومت بیشتری در برابر:
– سوراخشدن؛
– پارگی؛
– ضربه؛
– فشار
داشته باشد.
اما هزینه مواد اولیه افزایش مییابد و انعطاف ممکن است تغییر کند.
—
۳۳-۶ ـ ضخامت فیلم
برای طراحی عملی، ضخامت باید به صورت یک مشخصه فنی ثبت شود.
مثلاً:
ضخامت اسمی = X میکرون
سپس تلرانس تولید نیز مشخص شود.
عدد دقیق مناسب باید با آزمون مکانیکی و حرارتی محصول تعیین شود.
—
۳۳-۷ ـ فیلم تکلایه
فیلم تکلایه ساختار سادهای دارد.
مزایای احتمالی:
– قیمت پایینتر؛
– فرآیند سادهتر؛
– امکان بازیافت سادهتر در برخی ساختارها؛
– کنترل تولید آسانتر.
—
۳۳-۸ ـ فیلم چندلایه
فیلم چندلایه میتواند برای جمعکردن چند ویژگی در یک ساختار استفاده شود.
برای مثال یک لایه ممکن است نقش:
– استحکام
و لایه دیگر نقش:
– دوختپذیری
داشته باشد.
—
۳۳-۹ ـ مزیت فیلم چندلایه
اگر فیلم چندلایه بتواند با ضخامت مناسب، استحکام و آببندی بهتری ایجاد کند، ممکن است برای تولید صنعتی جذاب باشد.
اما هزینه و پیچیدگی آن نیز باید بررسی شود.
—
۳۳-۱۰ ـ انتخاب فیلم بر اساس دمای کاری
فیلم باید در پایینترین دمای مورد انتظار آزمایش شود.
صرفاً بررسی عملکرد فیلم در دمای اتاق کافی نیست.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۳۳-۱۱ ـ چرا دمای پایین اهمیت دارد؟
در اثر سردشدن، خواص مکانیکی بعضی پلیمرها تغییر میکند.
ممکن است فیلم در دمای محیط کاملاً انعطافپذیر باشد اما در دمای پایین:
– سختتر؛
– شکنندهتر؛
– یا مستعد ترک
شود.
—
۳۳-۱۲ ـ آزمون ساده دمای پایین
چند نمونه بسته تولید کنید.
آنها را در دمای کاری موردنظر قرار دهید.
سپس بررسی کنید:
– آیا فیلم ترک میخورد؟
– آیا دوخت باز میشود؟
– آیا گوشهها آسیب میبینند؟
– آیا انعطاف کافی باقی میماند؟
—
۳۳-۱۳ ـ اهمیت گوشههای بسته
گوشهها محل تمرکز تنش هستند.
در بستههای تخت، چهار گوشه میتوانند تحت فشار و کشش بیشتری قرار بگیرند.
طراحی گوشهها باید با شعاع و هندسه مناسب انجام شود.
—
۳۳-۱۴ ـ گوشه تیز
گوشه کاملاً تیز ممکن است نسبت به گوشه گرد، تمرکز تنش بیشتری ایجاد کند.
در صورت امکان، گوشههای گرد یا دارای شعاع مناسب میتوانند بررسی شوند.
—
۳۳-۱۵ ـ دوخت حرارتی
در بسیاری از ژلپکها آببندی با حرارت انجام میشود.
پارامترهای مهم عبارتاند از:
– دمای دوخت؛
– زمان تماس؛
– فشار؛
– عرض دوخت؛
– تمیزی محل دوخت.
—
۳۳-۱۶ ـ آلودگی محل دوخت
اگر ژل یا آب در محل دوخت وجود داشته باشد، ممکن است کیفیت آببندی کاهش یابد.
به همین دلیل طراحی فرآیند پرکردن باید به گونهای باشد که محل دوخت تمیز باقی بماند.
—
۳۳-۱۷ ـ سه پارامتر اصلی دوخت
برای بهینهسازی دوخت معمولاً باید سه عامل بررسی شوند:
دما + زمان + فشار
تغییر هر یک میتواند کیفیت اتصال را تغییر دهد.
—
۳۳-۱۸ ـ دمای بیش از حد
حرارت بیش از حد ممکن است باعث:
– تغییر شکل فیلم؛
– سوختگی؛
– نازکشدن موضعی؛
– تغییر ظاهر؛
شود.
بنابراین افزایش دما همیشه به معنی دوخت بهتر نیست.
—
۳۳-۱۹ ـ دمای کم
دمای ناکافی نیز ممکن است باعث ایجاد دوخت ضعیف شود.
در این حالت ظاهر اتصال شاید مناسب به نظر برسد ولی استحکام واقعی پایین باشد.
—
۳۳-۲۰ ـ آزمون استحکام دوخت
نمونههایی از محل دوخت جدا کنید و با روش ثابت آزمایش کنید.
هدف این است که مشخص شود دوخت قبل و بعد از انجماد چه مقدار استحکام دارد.
—
۳۳-۲۱ ـ اثر انجماد بر دوخت
چرخههای:
انجماد → ذوب → انجماد
میتوانند تنشهای تکرارشونده ایجاد کنند.
بنابراین یک بار تستکردن محصول کافی نیست، بهخصوص اگر محصول برای استفاده چندباره طراحی شده باشد.
—
۳۳-۲۲ ـ آزمون چرخهای
برای نمونههای آزمایشی میتوان تعداد مشخصی چرخه تعریف کرد.
مثلاً:
۱۰، ۲۰ یا ۵۰ چرخه
و سپس:
– نشتی؛
– تغییر شکل؛
– استحکام دوخت؛
– پارگی
بررسی شود.
عدد چرخه مناسب باید براساس عمر مورد انتظار محصول انتخاب شود.
—
۳۳-۲۳ ـ سوراخشدن
فیلم باید در برابر تماس با:
– لبههای جعبه؛
– قطعات دیگر؛
– تجهیزات؛
– سطوح زبر
مقاومت کافی داشته باشد.
—
۳۳-۲۴ ـ تست سقوط
یک آزمون کاربردی، سقوط بسته از ارتفاع مشخص است.
برای مثال میتوان چند ارتفاع مشخص تعریف کرد و پس از هر سقوط نشتی و پارگی را بررسی کرد.
روش آزمون باید برای تمام نمونهها یکسان باشد.
—
۳۳-۲۵ ـ تست فشار
بسته را تحت فشار کنترلشده قرار دهید.
هدف بررسی:
تحمل فشار بدون نشت
است.
—
۳۳-۲۶ ـ فشار داخلی
میزان فشار داخل بسته به عوامل مختلفی وابسته است:
– مقدار پرشدن؛
– میزان فضای خالی؛
– انبساط هنگام انجماد؛
– دما؛
– هندسه بسته.
بنابراین طراحی نباید فقط بر اساس حجم مایع اولیه انجام شود.
—
۳۳-۲۷ ـ فضای خالی
فضای خالی مناسب میتواند امکان تغییر شکل بسته را افزایش دهد و از واردشدن فشار غیرضروری جلوگیری کند.
اما فضای خالی بیش از حد نیز حجم مفید و انتقال حرارت را تحت تأثیر قرار میدهد.
—
۳۳-۲۸ ـ فیلم و انعطافپذیری
ژلپک انعطافپذیر باید بتواند تا حدی با شکل سطح هماهنگ شود.
این ویژگی در بستههای تخت اهمیت زیادی دارد.
—
۳۳-۲۹ ـ فیلم خیلی سخت
فیلم بیش از حد سخت ممکن است:
– تماس سطحی را کاهش دهد؛
– راحتی چیدمان را کم کند؛
– فشار موضعی ایجاد کند.
—
۳۳-۳۰ ـ فیلم خیلی نرم
فیلم بسیار نرم ممکن است:
– در برابر سوراخشدن حساستر باشد؛
– هنگام پرشدن تغییر شکل زیادی بدهد؛
– کنترل ابعاد را دشوار کند.
بنابراین انعطاف باید با مقاومت ترکیب شود.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۳۳-۳۱ ـ تأثیر ضخامت فیلم بر سرعت انجماد
اگر ضخامت فیلم از مثلاً ۵۰ به ۱۰۰ میکرون افزایش یابد، مقاومت حرارتی فیلم نیز افزایش مییابد؛ اما در یک ژلپک واقعی، مقاومت فیلم معمولاً تنها یکی از اجزای مقاومت حرارتی کل است.
بنابراین نباید تصور کرد که دو برابرکردن ضخامت فیلم الزاماً زمان انجماد را دو برابر میکند.
—
۳۳-۳۲ ـ ضخامت ژل مهمتر از ضخامت فیلم
در بسیاری از طراحیها، ضخامت لایه ژل بسیار بزرگتر از ضخامت فیلم است.
بنابراین مقاومت انتقال حرارت داخل ژل میتواند بسیار مهمتر از خود فیلم باشد.
—
۳۳-۳۳ ـ اولویت طراحی
اگر هدف افزایش سرعت انجماد است، معمولاً باید ابتدا موارد زیر بررسی شوند:
۱. ضخامت ژل
۲. سطح تماس
۳. گردش هوای فریزر
۴. دمای واقعی فریزر
۵. سپس مقاومت حرارتی فیلم
—
۳۳-۳۴ ـ فیلم شفاف
فیلم شفاف میتواند امکان بررسی ظاهری محصول را فراهم کند.
موارد قابل مشاهده عبارتاند از:
– توزیع ژل؛
– وجود آب آزاد؛
– حباب؛
– تغییر رنگ؛
– پارگی.
—
۳۳-۳۵ ـ فیلم مات
فیلم مات یا چاپدار میتواند برای:
– برندینگ؛
– اطلاعات محصول؛
– تشخیص کاربرد
مناسب باشد.
اما بهتر است کیفیت داخلی محصول نیز در فرآیند کنترل کیفیت با روش مناسب بررسی شود.
—
۳۳-۳۶ ـ چاپ روی فیلم
اگر روی فیلم چاپ انجام میشود، باید مشخص شود که چاپ:
– در کدام لایه قرار دارد؛
– در تماس با محیط است یا نه؛
– در برابر رطوبت و سایش چه مقاومتی دارد.
—
۳۳-۳۷ ـ فیلم برای محصول یکبارمصرف
در محصول یکبارمصرف، ممکن است اولویت با:
– قیمت؛
– آببندی؛
– مقاومت کافی در حمل
باشد.
—
۳۳-۳۸ ـ فیلم برای محصول چندبارمصرف
در محصول چندبارمصرف، دوام چرخهای اهمیت بیشتری پیدا میکند.
در این حالت باید تعداد چرخههای واقعی استفاده شبیهسازی شود.
—
۳۳-۳۹ ـ انتخاب فیلم بر اساس کاربرد
یک ماتریس ساده میتواند چنین باشد:
معیار| اهمیت
مقاومت در برابر پارگی| زیاد
مقاومت در دمای پایین| زیاد
استحکام دوخت| بسیار زیاد
انعطافپذیری| متوسط تا زیاد
هزینه| زیاد
قابلیت تولید| زیاد
ظاهر| بسته به بازار
این جدول چارچوب تصمیمگیری است و جای آزمون واقعی را نمیگیرد.
—
۳۳-۴۰ ـ مقایسه اقتصادی
قیمت فیلم را بهتر است فقط به صورت:
قیمت هر کیلو فیلم
بررسی نکنیم.
هزینه واقعی شامل:
فیلم + ضایعات + چاپ + دوخت + نشتی + برگشتی + بستهبندی
است.
—
۳۳-۴۱ ـ محاسبه مصرف فیلم
فرض کنید برای هر بسته:
۰٫۰۳ مترمربع فیلم
مصرف شود.
اگر قیمت فیلم:
X تومان بر کیلوگرم
باشد، ابتدا باید وزن فیلم موردنیاز هر بسته محاسبه شود.
—
۳۳-۴۲ ـ وزن فیلم
اگر ضخامت فیلم و چگالی آن معلوم باشد:
m = A × t × ρ
که در آن:
A = سطح فیلم
t = ضخامت
ρ = چگالی
است.
این رابطه برای برآورد هزینه مفید است.
—
۳۳-۴۳ ـ اثر ابعاد بسته
هرچه بسته کشیدهتر یا کوچکتر شود، نسبت سطح فیلم به حجم تغییر میکند.
بنابراین تولید چند بسته کوچک ممکن است فیلم بیشتری به ازای هر کیلوگرم ژل مصرف کند.
—
۳۳-۴۴ ـ یک بسته بزرگ در برابر چند بسته کوچک
برای جرم کل یکسان:
یک بسته بزرگ
معمولاً میتواند مصرف فیلم کمتری داشته باشد.
اما:
چند بسته کوچک
ممکن است سطح تماس و انعطافپذیری بیشتری ایجاد کنند.
بنابراین باید هزینه و عملکرد همزمان بررسی شود.
—
۳۳-۴۵ ـ فیلم و زیستمحیطیبودن
انتخاب فیلم علاوه بر عملکرد باید از نظر مدیریت پسماند نیز بررسی شود.
اگر ساختار چندلایه باشد، بازیافت آن ممکن است نسبت به برخی ساختارهای تکمادهای دشوارتر شود.
در این زمینه باید قوانین و زیرساخت بازیافت بازار هدف نیز بررسی شوند.
—
۳۳-۴۶ ـ طراحی نمونههای آزمایشگاهی
برای توسعه یک ژلپک جدید، میتوان سه گروه نمونه ساخت:
نمونه A: فیلم نازک
نمونه B: فیلم متوسط
نمونه C: فیلم ضخیمتر
در همه نمونهها:
– فرمول داخلی؛
– جرم؛
– ابعاد؛
تا حد امکان ثابت نگه داشته شود.
—
۳۳-۴۷ ـ آزمون مقایسهای
برای هر نمونه ثبت شود:
شاخص| A| B| C
جرم| ثابت| ثابت| ثابت
ضخامت فیلم| کم| متوسط| زیاد
زمان انجماد| ثبت شود| ثبت شود| ثبت شود
نشتی| ثبت شود| ثبت شود| ثبت شود
استحکام دوخت| ثبت شود| ثبت شود| ثبت شود
هزینه| ثبت شود| ثبت شود| ثبت شود
این آزمایش میتواند نشان دهد افزایش ضخامت فیلم واقعاً چه مقدار ارزش ایجاد میکند.
—
۳۳-۴۸ ـ معیار نهایی انتخاب
فیلم نهایی بهتر است بر اساس مجموعهای از شاخصها انتخاب شود:
عملکرد حرارتی + دوام + آببندی + قابلیت تولید + هزینه
نه فقط براساس قیمت خرید فیلم.
—
۳۳-۴۹ ـ دستورالعمل پیشنهادی توسعه فیلم
برای یک پروژه تولیدی میتوان این مسیر را دنبال کرد:
۱. انتخاب ۲ تا ۳ نوع فیلم
۲. ساخت نمونه یکسان
۳. آزمون دوخت
۴. آزمون انجماد
۵. آزمون ذوب
۶. آزمون نشتی
۷. آزمون سقوط
۸. آزمون چرخهای
۹. محاسبه هزینه
۱۰. انتخاب ساختار مناسب برای تولید آزمایشی
—
۳۳-۵۰ ـ جمعبندی فصل
فیلم ژلپک فقط یک پوشش ساده نیست؛ بلکه یکی از اجزای اصلی سیستم محصول است.
فیلم باید همزمان:
محکم، آببند، انعطافپذیر، مقاوم در دمای پایین و قابل تولید
باشد.
از نظر انتقال حرارت، کاهش ضخامت فیلم میتواند مقاومت حرارتی آن را کاهش دهد، اما در یک ژلپک واقعی، ضخامت ژل، سطح تماس، هندسه بسته و شرایط فریزر نیز نقش مهمی دارند.
به همین دلیل، انتخاب فیلم باید با آزمایش واقعی انجام شود.
برای یک تولیدکننده، پیشنهاد عملی این است که پیش از خرید عمده، چند نمونه فیلم با ضخامت و ساختار متفاوت تهیه شود و با یک فرمول داخلی یکسان آزمایش شوند.
مهمترین آزمونها عبارتاند از:
– استحکام دوخت؛
– نشتی؛
– مقاومت در برابر سوراخشدن؛
– آزمون سقوط؛
– چرخه انجماد و ذوب؛
– تغییر شکل؛
– زمان انجماد؛
– و هزینه واقعی هر بسته.
در نهایت، فیلم اقتصادی مناسب لزوماً ارزانترین فیلم بازار نیست؛ بلکه فیلمی است که بتواند الزامات فنی محصول را با کمترین هزینه واقعی تولید و کمترین میزان خرابی تأمین کند.
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
موضوع پیشنهادی فصل ۳۴
طراحی ژلپک برای ماندگاری بیشتر سرما؛ بررسی جرم ژل، ظرفیت گرمایی، گرمای نهان انجماد، عایقکاری، دمای شروع، تعداد ژلپک، چیدمان در جعبه و روش افزایش مدت زمان حفظ دمای پایین