دانشنامه جامع کمپرس یخ47
فصل ۴۷
دانشنامه جامع کمپرس یخ و ژلپک
روش افزایش مدت نگهداری سرما پس از خروج ژلپک از فریزر؛ بررسی مقدار آب، جرم بسته، ضخامت، دمای اولیه، عایق، فیلم، سطح تماس، دمای محیط و روش طراحی ژلپک برای حفظ سرمایش طولانیتر
47-1 ـ مقدمه
یکی از مهمترین ویژگیهای یک ژلپک، فقط توانایی ایجاد سرمای اولیه نیست؛ بلکه مدت زمانی است که پس از خارج شدن از فریزر میتواند سرمای خود را حفظ کند.
ممکن است دو ژلپک از نظر وزن و مواد اولیه مشابه باشند، اما یکی در مدت کوتاهی گرم شود و دیگری برای مدت بسیار بیشتری دمای پایین خود را حفظ کند. علت این تفاوت معمولاً فقط به نوع پلیمر مربوط نیست و عوامل متعددی مانند جرم آب، دمای اولیه، ضخامت، سطح تماس، فیلم بستهبندی، دمای محیط، جریان هوا، عایق و نحوه استفاده در کنار هم اثر میگذارند.
بنابراین برای افزایش زمان نگهداری سرما باید کل «سیستم سرمایشی» را بررسی کرد، نه فقط فرمول داخلی ژل.
—
47-2 ـ تفاوت «ظرفیت سرمایشی» و «مدت نگهداری سرما»
ظرفیت سرمایشی نشان میدهد ژلپک چه مقدار انرژی گرمایی میتواند دریافت کند تا به دمای مشخصی برسد.
اما مدت نگهداری سرما به سرعت ورود گرما نیز وابسته است.
بهصورت ساده:
مدت نگهداری سرما ≈ انرژی سرمایشی قابل استفاده ÷ نرخ ورود گرما
بنابراین ممکن است یک ژلپک ظرفیت سرمایشی بالایی داشته باشد، ولی به دلیل سطح تماس زیاد با هوای گرم، سریعتر گرما بگیرد.
از طرف دیگر، بستهای با همان ظرفیت ولی طراحی مناسبتر، میتواند سرمایش را برای مدت بیشتری حفظ کند.
—
47-3 ـ نقش مقدار آب در ژلپک
در یک ژلپک پایه آب و پلیآکریلات، بخش عمده انرژی سرمایشی مربوط به آب است.
پلیآکریلات عمدتاً نقش نگهداری و ساختاردهی آب را دارد. بنابراین افزایش بیش از حد پلیمر الزاماً به معنی افزایش متناسب ظرفیت سرمایشی نیست.
اگر دو بسته دارای:
– ۹۵۰ گرم آب + ۵۰ گرم پلیمر
– ۸۰۰ گرم آب + ۲۰۰ گرم پلیمر
باشند، نمیتوان صرفاً بر اساس مقدار پلیمر نتیجه گرفت بسته دوم سرمایش بیشتری دارد.
باید مقدار آب، وضعیت انجماد، آب آزاد، ساختار ژل و عملکرد واقعی اندازهگیری شود.
—
47-4 ـ جرم ژلپک و مدت نگهداری سرما
افزایش جرم ژلپک معمولاً مقدار انرژی گرمایی قابل جذب را افزایش میدهد.
در حالت ساده، برای بخش محسوس گرما:
[
Q=mC_p\Delta T
]
که در آن:
– Q = انرژی گرمایی جذبشده
– m = جرم
– Cp = ظرفیت گرمایی ویژه
– ΔT = تغییر دما
اگر همه شرایط دیگر ثابت باشند، افزایش جرم معمولاً ظرفیت حرارتی را افزایش میدهد.
اما افزایش جرم به تنهایی کافی نیست؛ زیرا اگر بسته بسیار ضخیم شود، انتقال حرارت داخلی و سرعت انجماد نیز تغییر میکند.
—
47-5 ـ گرمای نهان یخ و اهمیت آن
اگر مقدار قابل توجهی از آب داخل ژلپک هنگام انجماد به یخ تبدیل شود، انرژی قابل توجهی در فرآیند ذوب دریافت میشود.
برای آب خالص، گرمای نهان ذوب یخ تقریباً:
[
L_f \approx 334 ; kJ/kg
]
است.
بنابراین تقریباً:
[
Q_{latent}=m_{ice}L_f
]
این مقدار نشان میدهد چرا وضعیت فازی آب داخل بسته اهمیت زیادی دارد.
با این حال، در ژلهای پلیمری نباید بدون آزمایش فرض کرد که تمام آب مانند یک توده یخ خالص رفتار میکند.
—
47-6 ـ چرا افزایش پلیآکریلات همیشه مفید نیست؟
پلیآکریلات سدیم آب را جذب و در ساختار ژل نگه میدارد. اما افزایش مقدار پلیمر میتواند:
– ویسکوزیته را افزایش دهد؛
– اختلاط را دشوار کند؛
– سرعت آبگیری را تغییر دهد؛
– رفتار انجماد را تغییر دهد؛
– هزینه را افزایش دهد؛
– ظرفیت تولید را کاهش دهد.
بنابراین هدف مناسب، یافتن حداقل مقدار پلیمر لازم برای ایجاد ژل پایدار است، نه حداکثر مقدار ممکن.
برای تولید اقتصادی، این موضوع اهمیت زیادی دارد.
—
47-7 ـ اولین عامل مهم: دمای اولیه ژلپک
ژلپکی که بلافاصله پس از انجماد از فریزر خارج میشود، معمولاً نسبت به ژلپکی که مدت زیادی در محیط گرم مانده، انرژی سرمایشی بیشتری در اختیار دارد.
بنابراین در آزمونهای مقایسهای باید دمای اولیه مشخص باشد.
مثلاً:
نمونه| دمای اولیه
A| -18°C
B| -12°C
C| -5°C
مقایسه زمان نگهداری این سه نمونه بدون درنظر گرفتن دمای اولیه میتواند گمراهکننده باشد.
—
47-8 ـ دمای اولیه پایینتر همیشه به معنی عملکرد بهتر نیست
اگر هدف رسیدن به یک دمای مشخص باشد، کاهش دمای اولیه میتواند انرژی سرمایشی قابل استفاده را افزایش دهد.
اما باید مشخص شود محصول برای چه کاربردی طراحی شده است.
برای مثال اگر هدف فقط حفظ محیطی در حدود چند درجه بالای صفر باشد، ممکن است طراحی بستهای که بسیار سردتر از نیاز است، از نظر اقتصادی یا کنترل دما مطلوب نباشد.
بنابراین مشخصات محصول باید شامل دمای شروع، دمای هدف و مدت زمان هدف باشد.
—
47-9 ـ ضخامت ژلپک
ضخامت یکی از عوامل بسیار مهم در طراحی است.
یک بسته ضخیم:
– آب بیشتری در حجم مشخص خود نگه میدارد؛
– ممکن است ظرفیت سرمایشی بالایی داشته باشد؛
– اما ممکن است دیرتر منجمد شود؛
– و انتقال حرارت از مرکز آن در زمان مصرف متفاوت باشد.
یک بسته نازک:
– سطح تماس بیشتری نسبت به حجم خود ایجاد میکند؛
– سریعتر با محیط تبادل حرارت میکند؛
– و معمولاً سریعتر منجمد میشود.
بنابراین برای نگهداری طولانی سرما باید ضخامت بهصورت آزمایشی بهینه شود.
—
47-10 ـ رابطه سطح تماس با سرعت گرمشدن
فرض کنید دو ژلپک دارای جرم مشابه هستند:
نمونه A: باریک و پهن
نمونه B: ضخیم و کوچک
نمونه A سطح تماس بیشتری با محیط دارد و ممکن است سریعتر گرما دریافت کند.
نمونه B سطح تماس کمتری دارد و ممکن است نرخ تبادل حرارت پایینتری داشته باشد.
اما این مزیت با افزایش ضخامت، ممکن است در مرحله انجماد به نقطه ضعف تبدیل شود.
بنابراین باید بین سرعت انجماد و سرعت گرمشدن تعادل برقرار شود.
—
47-11 ـ افزایش سطح تماس؛ همیشه مطلوب نیست
سطح تماس زیاد برای انتقال سریع گرما بین ژلپک و محصول داخل جعبه مفید است.
اما اگر ژلپک مستقیماً در محیط گرم و بدون عایق قرار داشته باشد، همین سطح تماس زیاد میتواند ورود گرما به بسته را افزایش دهد.
پس باید مشخص شود هدف:
انتقال سریع سرما به محصول
است یا:
حفظ سرما برای مدت طولانی
این دو هدف همیشه به یک هندسه نیاز ندارند.
—
47-12 ـ استفاده از چند ژلپک کوچک به جای یک ژلپک بزرگ
استفاده از چند بسته کوچک مزایایی دارد:
– انعطافپذیری بیشتر؛
– توزیع بهتر سرمایش؛
– امکان قرار دادن بستهها در نقاط مختلف؛
– کاهش نقاط گرم داخل جعبه.
اما تعداد زیاد بستهها ممکن است:
– هزینه بستهبندی را افزایش دهد؛
– سطح فیلم را زیاد کند؛
– فضای بیشتری اشغال کند؛
– احتمال خطای تولید را افزایش دهد.
بنابراین بهترین تعداد باید با آزمون واقعی مشخص شود.
—
47-13 ـ عایقکاری؛ مؤثرتر از تغییر جزئی فرمول در بسیاری از موارد
یکی از مهمترین عوامل افزایش مدت نگهداری سرما، کاهش ورود گرما از محیط است.
اگر ظرفیت سرمایشی ژلپک ثابت باشد، کاهش نرخ ورود گرما مستقیماً زمان نگهداری را افزایش میدهد.
مقاومت حرارتی لایه عایق بهصورت ساده با رابطه زیر بیان میشود:
[
R=\frac{L}{kA}
]
که در آن:
– L ضخامت عایق؛
– k ضریب هدایت حرارتی؛
– A سطح انتقال حرارت است.
افزایش ضخامت عایق یا استفاده از مادهای با هدایت حرارتی کمتر، معمولاً مقاومت حرارتی را افزایش میدهد.
—
47-14 ـ نقش جعبه عایق
اگر ژلپک برای داخل جعبه استفاده شود، عملکرد ژلپک و جعبه را باید با هم بررسی کرد.
مثلاً یک ژلپک بسیار قوی در جعبهای با عایق ضعیف ممکن است عملکردی مشابه یک ژلپک متوسط در جعبهای با عایق مناسب نشان دهد.
بنابراین هنگام طراحی سیستم سرد باید موارد زیر با هم بررسی شوند:
1. جرم ژلپک؛
2. دمای اولیه؛
3. عایق؛
4. حجم محصول؛
5. دمای محیط؛
6. زمان حمل؛
7. نحوه چیدمان.
—
47-15 ـ درپوش جعبه
در بسیاری از جعبهها، قسمت بالایی و درپوش میتواند یکی از مسیرهای مهم ورود گرما باشد.
حتی اگر دیوارهها عایق مناسبی داشته باشند، درپوش نازک یا دارای درز میتواند عملکرد کل سیستم را کاهش دهد.
برای آزمایش، بهتر است:
– جعبه بدون محصول؛
– جعبه با بار واقعی؛
– جعبه با درپوش استاندارد؛
بهصورت جداگانه بررسی شوند.
—
47-16 ـ پل حرارتی
پل حرارتی بخشی است که گرما از آن آسانتر از سایر قسمتها عبور میکند.
نمونهها:
– درزها؛
– محل اتصال دیوارهها؛
– سوراخها؛
– بستها؛
– لبههای درپوش؛
– قسمتهای بدون عایق.
در طراحی جعبه سرد، اصلاح پلهای حرارتی گاهی از افزایش مقدار ژل مؤثرتر است.
—
47-17 ـ دمای محیط
زمان نگهداری سرما به شدت به دمای محیط وابسته است.
آزمایشی که در:
20°C
انجام شده است، الزاماً نتیجهای مشابه آزمایش در:
35°C
ندارد.
بنابراین مشخصات فنی محصول باید دمای آزمون را نیز بیان کند.
مثلاً:
«مدت نگهداری دمای هدف در دمای محیط 25°C، در شرایط آزمون مشخص.»
این بیان از ادعاهای کلی مانند «حفظ سرما برای چند ساعت» دقیقتر است.
—
47-18 ـ اثر تابش مستقیم خورشید
اگر ژلپک یا جعبه در فضای باز استفاده شود، تابش مستقیم خورشید میتواند بار حرارتی را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد.
در چنین کاربردهایی بهتر است:
– جعبه در سایه قرار گیرد؛
– از لایه بازتابنده استفاده شود؛
– رنگ و جنس سطح بیرونی بررسی شود؛
– تماس مستقیم با سطوح داغ کاهش یابد.
آزمایش فضای باز باید با آزمایش داخل ساختمان جداگانه گزارش شود.
—
47-19 ـ جریان هوا
وزش هوا میتواند انتقال حرارت از سطح خارجی ژلپک را افزایش دهد.
به همین دلیل دو آزمایش زیر قابل مقایسه مستقیم نیستند:
آزمایش اول: جعبه در اتاق بدون جریان محسوس هوا
آزمایش دوم: جعبه در معرض باد یا جریان هوای قوی
در طراحی محصول برای حملونقل، شرایط واقعی باید تا حد امکان شبیهسازی شود.
—
47-20 ـ فیلم بستهبندی و انتقال حرارت
فیلم ژلپک باید همزمان چند وظیفه را انجام دهد:
– جلوگیری از نشتی؛
– تحمل انجماد؛
– تحمل فشار ناشی از انبساط؛
– مقاومت در برابر سوراخشدن؛
– امکان دوخت مناسب.
ضخامت فیلم نیز میتواند بر انتقال حرارت اثر بگذارد، هرچند در بسیاری از طراحیها مقاومت حرارتی فیلم نسبت به عایق اصلی بسیار کوچکتر است.
بنابراین نباید فقط با ضخیمکردن فیلم انتظار افزایش چشمگیر مدت نگهداری سرما داشت.
—
47-21 ـ فیلم چندلایه
فیلم چندلایه میتواند برای افزایش مقاومت مکانیکی، آببندی و دوام مفید باشد.
اما اگر هدف فقط کاهش نرخ انتقال حرارت باشد، باید مقاومت حرارتی واقعی آن محاسبه یا آزمایش شود.
افزایش ضخامت فیلم بدون دلیل فنی میتواند فقط هزینه و مصرف مواد را افزایش دهد.
—
47-22 ـ آب آزاد و پایداری ژل
در ژلپک پلیآکریلاتی، وجود آب آزاد بیش از حد میتواند باعث شود محصول از نظر ظاهری یا عملکردی یکنواخت نباشد.
ممکن است بخشی از آب:
– در ژل نگه داشته شود؛
– بخشی بهصورت آزاد باقی بماند؛
– و در طول زمان جابهجا شود.
این مسئله باید در آزمایشهای انجماد و ذوب بررسی شود.
—
47-23 ـ آباندازی ژل
اگر ژل در زمان نگهداری یا پس از چرخههای انجماد و ذوب آب آزاد پس بدهد، باید علت بررسی شود.
عوامل احتمالی:
– نسبت نامناسب آب به پلیمر؛
– کیفیت آب؛
– حضور یونها؛
– اختلاط نامناسب؛
– پلیمر نامناسب؛
– چرخههای متعدد انجماد و ذوب.
افزایش کورکورانه مقدار پلیمر راهحل قطعی نیست و باید با آزمون تأیید شود.
—
47-24 ـ نسبت آب به پلیمر
نسبت ساده زیر برای ثبت فرمول مفید است:
[
R=\frac{M_w}{M_p}
]
که:
– Mw = جرم آب؛
– Mp = جرم پلیمر.
مثلاً اگر:
– آب = 1000 گرم
– پلیمر = 10 گرم
باشد:
[
R=100
]
این عدد فقط نسبت فرمول است و نباید آن را با «ظرفیت جذب آب» اشتباه گرفت.
—
47-25 ـ چگونه فرمول مناسب برای نگهداری طولانی انتخاب شود؟
بهتر است چند فرمول با جرم نهایی یکسان تهیه شوند.
مثلاً:
نمونه| آب| پلیمر| جرم کل تقریبی
A| 990 g| 10 g| 1000 g
B| 980 g| 20 g| 1000 g
C| 970 g| 30 g| 1000 g
D| 950 g| 50 g| 1000 g
سپس همه نمونهها در شرایط یکسان آزمایش شوند.
معیار مقایسه فقط زمان سردماندن نباشد؛ نشتی، آباندازی، دوام، سرعت انجماد و هزینه نیز ثبت شود.
—
47-26 ـ آزمون نگهداری سرما
یک روش ساده آزمایشگاهی:
1. جرم نمونهها یکسان شود.
2. نمونهها تا دمای اولیه مشخص سرد شوند.
3. دمای مرکز هر نمونه اندازهگیری شود.
4. نمونهها در محیط با دمای مشخص قرار گیرند.
5. دما در فواصل زمانی منظم ثبت شود.
6. تا رسیدن به دمای هدف ادامه یابد.
برای مثال، میتوان دما را هر 5 یا 10 دقیقه ثبت کرد.
—
47-27 ـ دمای مرکز مهمتر از دمای سطح است
سطح بسته ممکن است بسیار سریع گرم شود، در حالی که مرکز هنوز سرد است.
بنابراین اگر فقط دمای سطح اندازهگیری شود، ممکن است نتیجه غیرواقعی به دست آید.
در توسعه محصول بهتر است حداقل دو نقطه بررسی شود:
– دمای سطح؛
– دمای مرکز.
در نمونههای ضخیمتر، بررسی چند نقطه حتی مفیدتر است.
—
47-28 ـ تعریف دقیق «مدت نگهداری سرما»
برای جلوگیری از اختلاف در گزارش، باید دمای هدف مشخص شود.
مثلاً:
«زمان لازم تا رسیدن مرکز ژلپک از -15°C به 0°C.»
یا:
«مدت زمانی که مرکز بسته زیر 5°C باقی میماند.»
این تعاریف با یکدیگر متفاوتاند و نباید نتایج آنها با هم مقایسه شوند.
—
47-29 ـ منحنی دما ـ زمان
بهترین ابزار برای مقایسه ژلپکها، نمودار دما بر حسب زمان است.
ممکن است دو نمونه در ساعت اول تقریباً یکسان باشند ولی بعد از آن رفتار متفاوتی داشته باشند.
بنابراین ثبت کل منحنی:
دما → زمان
اطلاعات بیشتری از یک عدد نهایی ارائه میدهد.
—
47-30 ـ مثال ساده محاسبه انرژی سرمایشی
فرض کنید 1 کیلوگرم آب از 20°C تا 5°C گرم شود.
انرژی دریافتشده تقریباً:
[
Q=1\times4.18\times15
]
[
Q\approx62.7,kJ
]
این فقط بخش گرمای محسوس است.
اگر آب یخزده باشد و در حین ذوب قرار گیرد، گرمای نهان نیز باید در محاسبه لحاظ شود.
—
47-31 ـ چرا جرم بیشتر معمولاً مدت را افزایش میدهد؟
اگر نرخ ورود گرما ثابت فرض شود:
[
t\approx\frac{Q}{\dot Q}
]
که در آن:
– t = مدت نگهداری؛
– Q = انرژی سرمایشی قابل استفاده؛
– Q̇ = نرخ ورود گرما.
با افزایش Q، مدت بالقوه افزایش مییابد.
اما در دنیای واقعی Q̇ نیز ممکن است با تغییر اندازه و هندسه بسته تغییر کند.
—
47-32 ـ افزایش جرم بدون افزایش بیش از حد ضخامت
یکی از راهکارهای قابل بررسی این است که بهجای ضخیمکردن بسته، طول و عرض آن افزایش یابد.
مثلاً به جای:
20 × 20 × 5 cm
میتوان نمونهای با حجم مشابه ولی ضخامت کمتر طراحی کرد.
البته چنین تغییری سطح تماس را نیز تغییر میدهد.
پس باید نتیجه واقعی با آزمون دما ـ زمان مشخص شود.
—
47-33 ـ طراحی تخت برای نگهداری بهتر
بسته تخت مزایایی مانند:
– انجماد سریعتر؛
– امکان چیدمان آسان؛
– سطح تماس مناسب؛
– اشغال فضای کمتر در برخی جعبهها
دارد.
اما برای نگهداری سرما، افزایش سطح تماس با محیط گرم میتواند اثر منفی داشته باشد.
بنابراین بسته تخت باید همراه با عایق مناسب استفاده شود.
—
47-34 ـ نقش عایق در اطراف ژلپک
گاهی افزایش مقدار ژلپک نسبت به بهبود عایق، هزینه بیشتری ایجاد میکند.
برای مثال اگر جعبه دارای عایق ضعیف باشد، ممکن است افزایش 20 درصدی جرم ژلپک اثر محدودی داشته باشد؛ در حالی که اصلاح درپوش یا دیواره میتواند ورود گرما را بهطور محسوسی کاهش دهد.
این موضوع باید با آزمایش واقعی بررسی شود.
—
47-35 ـ چیدمان ژلپک داخل جعبه
برای یکنواختی دما میتوان بستهها را در نقاط مختلف قرار داد:
– بالا؛
– پایین؛
– کنارهها.
اما اگر هدف فقط افزایش مدت سرمایش باشد، توزیع باید با توجه به مسیرهای اصلی ورود گرما انجام شود.
در جعبههای عایقدار، محل قرارگیری بستهها باید با نقشه دمایی بررسی شود.
—
47-36 ـ پیشسرد کردن محصول
اگر محصول داخل جعبه در ابتدا گرم باشد، بخش زیادی از ظرفیت سرمایشی ژلپک صرف پایین آوردن دمای خود محصول میشود.
به همین دلیل پیشسرد کردن بار قبل از بستهبندی، در بسیاری از کاربردها بسیار مهم است.
بهصورت ساده:
[
Q_{load}=mC_p\Delta T
]
هرچه محصول گرمتر باشد، بار حرارتی بیشتری به سیستم وارد میکند.
—
47-37 ـ مثال بار حرارتی محصول
فرض کنید 5 کیلوگرم محصول با Cp تقریبی 3.5 kJ/kg.K از 20°C به 5°C برسد:
[
Q=5\times3.5\times15
]
[
Q=262.5,kJ
]
این انرژی باید توسط ژلپک و سایر اجزای سیستم جذب شود.
بنابراین طراحی ژلپک بدون توجه به محصول داخل جعبه ناقص است.
—
47-38 ـ ضریب اطمینان
در طراحی واقعی بهتر است دقیقاً به اندازه بار حرارتی، ظرفیت سرمایشی در نظر گرفته نشود.
به دلیل:
– خطای اندازهگیری؛
– تغییر دمای محیط؛
– تفاوت نمونهها؛
– باز شدن درپوش؛
– نشت حرارتی؛
– تفاوت واقعی ظرفیت ژل؛
میتوان ضریب اطمینان مناسب تعریف کرد.
مقدار این ضریب باید بر اساس کاربرد و آزمون تعیین شود، نه یک عدد ثابت برای همه محصولات.
—
47-39 ـ آزمون در شرایط واقعی
پس از آزمایش آزمایشگاهی، محصول باید در شرایط واقعی استفاده شود.
مثلاً اگر قرار است محصول در جعبهای با مدت حمل 12 ساعت استفاده شود، آزمایش باید:
– با همان جعبه؛
– همان حجم محصول؛
– همان تعداد ژلپک؛
– دمای محیط نزدیک به شرایط واقعی؛
– و همان چیدمان
انجام شود.
—
47-40 ـ آزمون مقایسهای چهار طراحی
برای توسعه محصول میتوان چهار نمونه ساخت:
طراحی| جرم| ضخامت| عایق
A| کم| کم| معمولی
B| زیاد| کم| معمولی
C| کم| کم| بهتر
D| زیاد| کم| بهتر
این آزمایش نشان میدهد افزایش جرم یا بهبود عایق کدام عامل تأثیر بیشتری بر نتیجه واقعی دارد.
—
47-41 ـ مقایسه هزینه و عملکرد
ممکن است نمونه D بهترین عملکرد حرارتی را داشته باشد اما گرانترین گزینه باشد.
بنابراین شاخص اقتصادی نیز اهمیت دارد:
[
Efficiency=\frac{Cooling\ Duration}{Cost}
]
این شاخص ساده کمک میکند طراحیها فقط بر اساس ظرفیت سرمایشی انتخاب نشوند.
—
47-42 ـ کاهش هزینه با بهینهسازی به جای افزایش مواد
راهکارهای اقتصادی میتوانند شامل:
– کاهش مقدار پلیمر اضافی؛
– کنترل دقیق وزن پرکنی؛
– کاهش پرت فیلم؛
– اصلاح ابعاد کیسه؛
– کاهش ضخامت غیرضروری فیلم؛
– افزایش راندمان دوخت؛
– بهبود عایق؛
– کاهش فضای خالی جعبه؛
– بهینهسازی چیدمان.
باشد.
گاهی بهبود فرآیند تولید از تغییر فرمول نتیجه اقتصادی بیشتری دارد.
—
47-43 ـ تأثیر فضای خالی داخل جعبه
وجود حجم زیادی از هوای گرم داخل جعبه میتواند بار حرارتی اولیه ایجاد کند.
کاهش فضای خالی، در صورت سازگاری با محصول و گردش لازم هوا، میتواند عملکرد سیستم را بهتر کند.
اما نباید برای حذف کامل فضای خالی، محصول یا ژلپک را تحت فشار غیرضروری قرار داد.
—
47-44 ـ جلوگیری از تماس مستقیم با منابع گرمایی
اگر جعبه روی سطح داغ قرار گیرد، گرما از کف وارد میشود.
راهکارهای قابل بررسی:
– افزایش عایق کف؛
– قرار دادن لایه محافظ؛
– فاصله از سطح داغ؛
– استفاده از پالت یا زیرلایه مناسب.
این مسئله در حملونقل زمینی و محیطهای گرم اهمیت بیشتری دارد.
—
47-45 ـ چرخههای انجماد و ذوب
ژلپک قابل استفاده مجدد باید در چند چرخه آزمایش شود.
برای مثال:
1. انجماد؛
2. خروج از فریزر؛
3. گرمشدن؛
4. بازگشت به فریزر؛
5. تکرار.
پس از چند چرخه، موارد زیر بررسی شوند:
– نشتی؛
– تغییر شکل؛
– آباندازی؛
– پارگی؛
– تغییر جرم؛
– تغییر رفتار انجماد؛
– تغییر منحنی دما ـ زمان.
—
47-46 ـ نشتی و اثر آن بر عمر محصول
حتی اگر عملکرد حرارتی مناسب باشد، نشتی میتواند محصول را غیرقابل قبول کند.
بنابراین افزایش مدت نگهداری سرما نباید به قیمت کاهش استحکام بسته تمام شود.
آزمونهای مهم شامل:
– فشار؛
– سقوط؛
– سوراخشدن؛
– انجماد و ذوب؛
– بررسی دوخت.
هستند.
—
47-47 ـ طراحی آزمایش نهایی
برای یک نمونه توسعهیافته میتوان این شرایط را ثابت کرد:
– جرم: 1000 گرم
– دمای اولیه: مثلاً -15°C
– دمای محیط: 25°C
– جعبه: یکسان
– عایق: یکسان
– تعداد نمونه: حداقل چند تکرار
– سنسور: در مرکز بسته و داخل بار
سپس منحنی دما ثبت و مقایسه شود.
عدد نهایی فقط زمانی معنیدار است که شرایط آزمون مشخص باشد.
—
47-48 ـ چکلیست افزایش مدت نگهداری سرما
قبل از تغییر فرمول، این موارد بررسی شوند:
☐ جرم کافی است؟
☐ مقدار آب کافی است؟
☐ مقدار پلیمر بیش از نیاز نیست؟
☐ دمای اولیه استاندارد شده است؟
☐ ضخامت مناسب است؟
☐ سطح تماس کنترل شده است؟
☐ فیلم در دمای پایین مقاوم است؟
☐ دوخت نشتی ندارد؟
☐ عایق مناسب است؟
☐ درپوش جعبه مناسب است؟
☐ پل حرارتی وجود ندارد؟
☐ دمای محیط آزمون مشخص است؟
☐ دمای مرکز اندازهگیری شده است؟
☐ آزمایش چند بار تکرار شده است؟
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
—
47-49 ـ دستورالعمل پیشنهادی برای رسیدن به فرمول و طراحی نهایی
یک مسیر عملی برای توسعه محصول به شکل زیر است:
مرحله اول: تعیین دمای هدف و مدت موردنظر.
مرحله دوم: تعیین جرم تقریبی ژلپک.
مرحله سوم: آزمایش چند نسبت آب به پلیآکریلات.
مرحله چهارم: بررسی آب آزاد و پایداری ژل.
مرحله پنجم: ساخت کیسههای واقعی با فیلم موردنظر.
مرحله ششم: انجماد نمونهها در شرایط یکسان.
مرحله هفتم: اندازهگیری دمای مرکز.
مرحله هشتم: آزمایش در جعبه واقعی.
مرحله نهم: اصلاح همزمان ژل، هندسه و عایق.
مرحله دهم: قفل کردن فرمول و مشخصات تولید پس از تکرار موفق آزمون.
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
—
47-50 ـ جمعبندی فصل
افزایش مدت نگهداری سرما پس از خروج ژلپک از فریزر، حاصل یک عامل منفرد نیست.
مهمترین متغیرها عبارتاند از:
1. مقدار آب؛
2. جرم نهایی ژلپک؛
3. مقدار پلیآکریلات؛
4. میزان واقعی آب منجمد؛
5. دمای اولیه؛
6. ضخامت بسته؛
7. سطح تماس؛
8. جنس و ضخامت فیلم؛
9. کیفیت دوخت؛
10. دمای محیط؛
11. جریان هوا؛
12. عایق جعبه؛
13. درپوش؛
14. پلهای حرارتی؛
15. دمای اولیه محصول؛
16. تعداد ژلپکها؛
17. نحوه چیدمان؛
18. شرایط واقعی حمل.
مهمترین اصل این است که برای طولانیتر شدن زمان نگهداری سرما، ابتدا باید ورود گرما کاهش داده شود و سپس ظرفیت سرمایشی ژلپک به اندازه مناسب انتخاب شود.
افزایش بیرویه پلیآکریلات یا افزایش ضخامت بسته الزاماً بهترین راهکار نیست. در بسیاری از طراحیها، ترکیب مناسب آب، حداقل مقدار لازم پلیمر، جرم مناسب، هندسه مناسب و عایق مؤثر نتیجه اقتصادیتر و فنیتری ایجاد میکند.
در نهایت، مشخصات واقعی محصول باید بر اساس آزمون دما ـ زمان و شرایط دقیق آزمون تعیین شود؛ زیرا عملکرد ژلپک به فرمول، هندسه، دمای اولیه، محیط و کاربرد نهایی وابسته است.
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
پیشنهاد موضوع فصل ۴۸:
روش طراحی ژلپک برای حملونقل طولانیمدت؛ محاسبه بار حرارتی جعبه، انتخاب تعداد ژلپک، ضخامت عایق، چیدمان بستهها، دمای محیط و طراحی سیستم سرمایش برای ۱۲، ۲۴ و ۴۸ ساعت
۰ دیدگاه