Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen

Transcriptie

1 Departement Industriële Wetenschappen en Technologie Opleiding master in de industriële wetenschappen: industriële kunststofverwerking Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Industrieel project aangeboden tot het behalen van het diploma van master in de industriële wetenschappen: industriële kunststofverwerking door Stijn Vanveerdeghem o.l.v. Frederik Desplentere, KHBO Johan Cottyn, Orac Academiejaar KHBO Campus Oostende Zeedijk 101 B-8400 Oostende Tel Fax

2 Mededeling Deze eindverhandeling was een examen. De tijdens de verdediging geformuleerde opmerkingen werden niet opgenomen. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

3 Woord vooraf Als laatstejaarsstudent kreeg ik de opdracht om een masterproef te maken teneinde het diploma Master na Master in de Industriële Wetenschappen: Industriële Kunststofverwerking te kunnen behalen. Dit was een goede kennismaking met het bedrijfsleven, waarbij ik de theorie aan de praktijk kon koppelen. Het resultaat van deze masterproef is tot stand gekomen dankzij hulp, steun en begeleiding van meerdere personen die ik hierbij wil bedanken. Ik wens in de eerste plaats mijn ouders te bedanken voor de kans die ze mij gegeven hebben om deze studies te volgen. Tijdens mijn studies heb ik mij volledig kunnen ontplooien, dit op zowel intellectueel als op sociaal vlak. Graag dank ik de directie en alle personen van Orac NV die aan deze masterproef hebben meegewerkt. In het bijzonder wil ik mijn buitenpromotor Johan Cottyn bedanken die me steeds bijstond met raad en daad. Ik wil mijn binnenpromotor, dr. Ir. Frederik Desplentere, bedanken voor het opvolgen van mijn eindverhandeling en mij bij te sturen waar nodig. Daarnaast wens ik ook ing. Bart Buffel te bedanken voor zijn steun bij het uitwerken van deze masterproef. Wakken, juni 2010 Vanveerdeghem Stijn Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

4 Abstract Het energieverbruik binnen een kunststofverwerkend bedrijf heeft een grote invloed op de kostprijs van de producten. Het beperken van dit verbruik resulteert in een daling van de kosten. Het doel van de masterproef is het onderzoeken van de energieverdeling bij de extrusie van geschuimde profielen. Dit zorgt voor een beter inzicht in de energiestromen van het extrusieproces. Hierdoor komen de energiestromen waarop bezuinigd kan worden zichtbaar. Het onderzoek werd vooraf gegaan door een voorstudie aan de Katholieke Hogeschool Brugge Oostende. Binnen de KHBO staat er een labo-extrusielijn ter beschikking, waarmee de mogelijkheden van de masterproef werden uitgetest. Hieronder valt het theoretisch voorspellen, de theoretische bepalingen en de praktische meetbaarheid. De invloed van materiaal en instelparameters werd ook onderzocht. Het onderzoek naar de energieverdeling bij de extrusie van geschuimde profielen werd uitgevoerd bij Orac NV in Oostende. Doordat de materiaalkeuze en de instelparameters vastliggen, bestaat de opdracht eerder uit het inventariseren en verklaren van de energiestromen binnen de totale extrusielijn. Er werden vermogenmetingen uitgevoerd op een aantal verschillende profielen uit het gamma. Hierdoor wordt de invloed van het massadebiet op de energieverdeling duidelijk. Het energieverbruik hangt nauw samen met het rendement van een extrusielijn. Daarom werd er naast het opmeten van de praktische verbruiken, ook een studie uitgevoerd naar het theoretische verbruik bij zowel de labo-extrusielijn als de industriële extrusielijn. Deze studie bestaat uit zowel literatuurstudie als opmetingen. Uit het onderzoek bij Orac NV blijken er aanzienlijke verliesstromen te zijn. Dit komt hoofdzakelijk doordat de extrusielijn gedimensioneerd is voor een breed gamma aan profielen. Deze hebben elk een invloed op het nut van vacuümafzuiging en het rendement van de extruder. Door de verscheidenheid van het gamma, dienen er voor elk profiel afzonderlijke richtlijnen te worden opgesteld om de verliesstromen te beperken. Dit is vrij omslachtig, maar er blijkt toch voldoende ruimte voor kostenbesparing. Een ander voordeel is de besparing op het koelvermogen. Veel bedrijven zijn immers qua productievolume gebonden aan het maximale koelvermogen. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

5 Inhoudsopgave Mededeling... 1 Woord vooraf... 2 Abstract... 3 Inhoudsopgave... 4 Lijst met figuren... 8 Inleiding Voorstelling van Orac Geschiedenis van het bedrijf Productengamma Het energieverbruik in extrusiebedrijven Volgens studies bij kunststofverwerkende bedrijven Het energieverbruik binnen Orac Energieverdeling bij extrusielijnen De energieverdeling bij een labo-extruder Taakomschrijving Beschrijving van de extrusielijn Algemeen De extruder De koelinstallatie De trekeenheid en het snijgereedschap Theoretisch benodigde energie Werking en verwerking van een DSC-meting Opwarm- en opsmeltenergie Praktische energieopname van de extruder tijdens de verwerking van HDPE Materiaalbeschrijving Instelparameters en de energieopname van de extruder zonder productie De energieopname tijdens de productie van HDPE Het rendement van de extrusielijn bij de verwerking van HDPE Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

6 Het drukverloop tijdens de productie van HDPE Praktische energieopname van de extruder tijdens de verwerking van gerecycleerd HDPE Materiaalbeschrijving Instelparameters en de energieopname van de extruder zonder productie De energieopname tijdens de productie van gerecycleerd HDPE Het rendement van de extrusielijn bij de verwerking van gerecycleerd HDPE Het drukverloop tijdens de productie van gerecycleerd HDPE Praktische energieopname van de extruder tijdens de verwerking van PP Materiaalbeschrijving Instelparameters en de energieopname van de extruder zonder productie De energieopname tijdens de productie van PP Het motorrendement van de extruder bij de verwerking van PP Praktische energieopname van de andere onderdelen van de extrusielijn De vacuümpomp De waterpomp De trektafel De koelgroep Simulaties met behulp van MatLab Doel van de simulaties Het model Resultaten van de simulaties Simulaties met behulp van Virtual Extrusion Laboratory Doel van de simulaties Input in VEL Resultaten van de simulatie Conclusies De energieverdeling bij een industriële extrusielijn bij Orac te Oostende Taakomschrijving Beschrijving van de extrusielijn Algemeen Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

7 De extruder De koelinstallatie De trekeenheid en het snijgereedschap Theoretisch benodigd opsmeltvermogen Opwarm- en opsmeltvermogen Energie voor de reactie van het schuimmiddel Theoretisch benodigd koelvermogen Het benodigd koelvermogen Hoe onttrek je de warmte uit het profiel Bepaling van het totale koelvermogen Praktische energieopname van de extruder Metingen van het rendement bij de Axxent-lijn Praktisch verbruik van de andere onderdelen van de extrusielijn De vacuümpompen De waterpompen De trektafel De koelgroep Het geheel Simulaties met behulp van Virtual Extrusion Laboratory Doel van de simulaties Input in VEL Resultaten van de simulatie Koelsimulaties met behulp van NX Doel van de simulaties Materiaal in NX Het model in NX Resultaten van de simulatie Invloed van de warmtegeleidingscoëfficiënt λ * op het koeltraject Conclusies Besluit Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

8 Bibliografie Bijlagen Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

9 Lijst met figuren Figuur 1 : voorbeelden uit het Luxxus-gamma Figuur 2 : voorbeelden uit het Axxent-gamma Figuur 3 : onderverdeling energieverbruik in extrusiebedrijven Figuur 4 : directe kosten bij Axxent-profielen Figuur 5 : foto's van de labo-extruder KHBO Figuur 6 : korte koelbak KHBO Figuur 7 : lange koelbak KHBO Figuur 8 : foto koelinstallatie KHBO Figuur 9 : foto trekeenheid KHBO Figuur 10 : vereenvoudigd principe van een DSC-meting Figuur 11 : voorbeeld van een DSC-thermogram Figuur 12 : soortelijke warmte van zuiver HDPE Figuur 13 : aanduiding verwarmingsbanden Figuur 14 : drukverloop bij verwerking van HDPE Figuur 15 : drukverloop bij verwerking van gerecycleerd HDPE Figuur 16 : meetopstelling motorrendement KHBO Figuur 17 : motorrendement van de extruder bij verwerking van PP Figuur 18 : verbruik trektafel KHBO Figuur 19 : primair koelcircuit labo KHBO Figuur 20 : stuk broncode van zone 5 KHBO Figuur 21 : drukverloop in simulatie Figuur 22 : werkelijk drukverloop volgens sensordata Figuur 23 : energieverdeling bij HDPE Figuur 24 : elektrisch verbruik per massa-eenheid bij HDPE Figuur 25 : energieverdeling bij PP Figuur 26 : elektrisch verbruik per massa-eenheid bij PP Figuur 27 : tekening extruder Orac Figuur 28 : foto kaliber Orac Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

10 Figuur 29 : foto koelbakken Orac Figuur 30 : vacuümafzuiging na koelbakken Orac Figuur 31 : globaal koelwatercircuit Orac Figuur 32 : intrede trektafel Orac Figuur 33 : trektafel Orac Figuur 34 : meelopende zaag na trektafel Orac Figuur 35 : rendement extruder Orac Figuur 36 : aanduiding motor overbrenging Orac Figuur 37 : analyse van de DC-motor uit Orac Figuur 38 : energieverdeling bij Axxent-profielen Figuur 39 : rendementen van de extrusielijn bij Orac Figuur 40 : instelparameters barrièreschroef Orac Figuur 41 : instelparameters cilinder Orac Figuur 42 : resultaat VEL-simulatie Orac Figuur 43 : grafiek VEL-simulatie Orac Figuur 44 : vermogensresultaat VEL-simulatie Orac Figuur 45 : doorsnede CX Figuur 46 : warmtegeleidingscoëfficiënt in functie van de temperatuur Figuur 47 : warmtegeleidingscoëfficiënt ifv dichtheid Figuur 48 : beschouwde punten voor koelsimulatie Orac Figuur 49 : grafiek koeltraject Orac Figuur 50 : kleurschaal in C koelsimulatie Orac Figuur 51 : invloed van de warmtegeleidingscoëfficiënt op het koeltraject Figuur 52 : Sankey-diagramma bij Orac Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac

11 Inleiding De opdracht van deze masterproef bestaat erin een energieverdeling te maken van de extrusielijn uit het labo van de Katholieke Hogeschool Brugge Oostende en van een extrusielijn uit de industrie. Als bedrijf werd er gekozen voor Orac NV uit Oostende. De studie op de extrusielijn uit de KHBO was oorspronkelijk gezien als een voorstudie op de metingen bij Orac. Door de grotere vrijheid van parameters en te extruderen materialen, is er dieper ingegaan op de invloeden van deze parameters. Door het uitvoeren van verschillende simulaties kunnen de gemeten resultaten vergeleken worden. Op die manier wordt er een beter inzicht bekomen in de werking van de extruder zelf. Tijdens de stageperiode werden er metingen uitgevoerd in opdracht van een lopend projectmatig wetenschappelijk onderzoek. Dit PWO-project heeft als titel: Technologische en economische valorisatie van kunststofscrap in eigen bedrijf. Hierdoor werd de studie van de extrusielijn uitgebreider dan een loutere voorstudie. Bij de extrusielijn van Orac is de opdracht eerder het inventariseren en verklaren van de energiestromen binnen de totale extrusielijn. In het verleden zijn hier nog geen uitgebreide metingen voor uitgevoerd, waardoor er geen gedetailleerd zicht is op de verbruikstromen tijdens het extruderen van geschuimde profielen. De inventaris zal vervolgens leiden tot mogelijke verbeteringen en besparingen. Verder zijn er geen experimenten voorzien richting het sturen van machineparameters, omdat deze experimenten niet kunnen ingepast worden in de productieplanning. Dit zorgt ervoor dat de interne werking van de extruder minder uitgebreid kan bestudeerd worden. Aan de hand van deze metingen kan er een energieverdeling opgesteld worden. Dit zal vervolgens in een Sankey-diagramma worden voorgesteld. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 11

12 1. Voorstelling van Orac Orac NV produceert en verdeelt decoratieve onderdelen op basis van verschuimd PS (extrusie) en geschuimd PU (PU gieten). Op de internationale markt heeft Orac Decor een stevige reputatie qua kwaliteit en innovatie. De producten zijn reeds in meer dan 50 landen leverbaar. Orac NV heeft een productie-unit in Oostende en Slovakije. In Oostende wordt PS geextrudeerd en in Slovakije wordt het gamma aan decoratieve onderdelen in polyurethaan geproduceert. Naast decoratieve producten worden eveneens technische onderdelen vervaardigd via PUgieten (Slovakije) of Lage Druk Injectie (Oostende). Deze activiteit wordt beheerd door Orac Industries Geschiedenis van het bedrijf In 1970 werd Orac NV opgericht door Guy Taillieu. Het bedrijf start met de productie van meubelonderdelen in PUR. Daarnaast wordt er ook een gamma opgericht met decoratieve onderdelen binnen de afdeling Orac Decor. In 1987 wordt de afdeling Orac Industries opgericht. Deze afdeling richt zich op innoverende toepassingen uit PUR. De eerste technische onderdelen vinden toepassingen in medische toestellen, behuizingen van projectoren en onderdelen van industriële voertuigen. In 1998 investeert Orac NV in de technologie van geschuimde thermoplasten. Schuiminjectie is een technologie die toelaat om middelgrote tot grote stukken te produceren uit alle verschillende soorten thermoplasten, voor middelgrote tot grote series. Dankzij het gebruik van schuim verhoogt de dimensionele stabiliteit en de slagvastheid zonder gewichtstoename. Vooruitstrevende toepassingen vinden plaats in ventilatie en waterbehandeling. In 2000 wordt in de afdeling Orac Decor een geheel nieuwe extrusietechnologie geïntroduceerd. Hierbij worden er geschuimde profielen geëxtrudeerd uit polystyreen. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 12

13 1.2. Productengamma Binnen het productengamma van Orac Decor wordt er onderscheid gemaakt tussen drie productgroepen: Luxxus, Axxent en Basixx. Het Luxxus-gamma bestaat uit exclusieve en creatieve decoratie-onderdelen. Deze lichtgewicht onderdelen zijn ter vervanging van de klassieke lijsten uit plaasterwerk. Voorbeelden zijn lijsten, kroonlijsten, pilaren,... Figuur 1 : voorbeelden uit het Luxxus-gamma Het Axxent-gamma bestaat hoofdzakelijk uit kwaliteitsvolle lichtgewicht lijsten. Deze zijn gemaakt uit geschuimd polystyreen. Figuur 2 : voorbeelden uit het Axxent-gamma Het Basixx-gamma bestaat uit standaard low-budget lijsten. Deze hebben een lagere dichtheid dan het Axxent-gamma, namelijk 50kg/m³ in tegenstelling tot 350 kg/m³. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 13

14 2. Het energieverbruik in extrusiebedrijven 2.1. Volgens studies bij kunststofverwerkende bedrijven Volgens een studie van de Nederlandse instelling Informatiecentrum Milieuvergunningen (InfoMil), blijkt dat het energieverbruik in de Nederlandse kunststofverwerkende industrie circa 13 PJ (10 15 J) bedraagt. Dit is equivalent aan 400 miljoen m³ aardgas. De energiekosten bedragen gemiddeld 1,9% van de omzet en 4,3% van de productiekosten. Het energieverbruik kan opgesplitst worden in drie delen: Gebouwen: Het gasverbruik bij kunststofverwerkende bedrijven wordt in hoofdzaak voor ruimteverwarming gebruikt en varieert van 5 tot 15% van het totale energiegebruik. Het energieverbruik voor ruimteverwarming hangt sterk samen met de interne warmteafgifte door de opgestelde machines en het toegepaste ventilatiesysteem. Faciliteiten: De belangrijkste faciliteiten bij kunststofverwerkende bedrijven zijn waterkoeling en perslucht. Deze nemen ongeveer 15% van het totale energieverbruik op zich. Processen: Het energieverbruik van de verschillende processen bedraagt ongeveer 75% van het totale energieverbruik. Hieronder worden alle machines, aggregaten en interne transportkosten ondergebracht. 10% 15% gebouwen faciliteiten processen 75% Figuur 3 : onderverdeling energieverbruik in extrusiebedrijven Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 14

15 Volgens een andere studie uitgevoerd door het Vlaams Kenniscentrum voor Beste Beschikbare Technieken, onderdeel van de Vlaamse instelling voor technologisch onderzoek (Vito), in opdracht van het Vlaams Gewest, blijken deze verhoudingen ook in Vlaanderen te gelden. Volgens de studie verbruiken de machines en randapparatuur het merendeel van de energie. Daarnaast wordt er ook nog energie verbruikt voor de koeling van het product, ventilatie en opwekking van perslucht. Het energieverbruik varieert echter sterk met de grootte van de machine. Er is ook een duidelijk verschil tussen het elektriciteitsverbruik bij extrusie van platen, profielen en buizen enerzijds en de extrusie van film anderzijds. Deze verbruiken gemiddeld respectievelijk 1,2 kwh/kg en 0,6 kwh/kg Het energieverbruik binnen Orac Bij het produceren van de Axxent-profielen komen er een aantal directe kosten bij kijken. Deze kosten bestaan uit materiaalkosten (grondstoffen, schuimmiddelen, nabehandelingen, ), arbeidskosten en energiekosten. Onder energiekosten worden de kosten van het productieproces beschouwd. De energiekosten van gebouwenverwarming en verlichting worden hier dus niet bij gerekend. Deze behoren tot de indirecte kosten. Andere indirecte kosten zijn personeelskosten, gebouwkosten, transportkosten, 7% 16% elektriciteit arbeidskosten materiaal 77% Figuur 4 : directe kosten bij Axxent-profielen Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 15

16 2.3. Energieverdeling bij extrusielijnen Het opstellen van een algemene energieverdeling bij extrusielijnen is zeer moeilijk omdat het verbruik door zoveel verschillende factoren bepaald wordt. Enkele factoren zijn: De grondstof die wordt verwerkt Het kaliberconcept Grootte van de koelinstallatie Enkelschroef- of dubbelschroefextruder Co-extruder of niet Zaag of guillotine Om de energieverdeling van de labo-extrusielijn en de industriële extrusielijn te vergelijken met gekende standaarden uit de kunststofverwerkende industrie, werd er contact opgenomen met het Vlaams Kunststofcentrum (VKC) in Kortrijk. Het centrum heeft veel knowhow in huis en deelt dit met bedrijven onder de vorm van opleidingen. Dit centrum voert ook onderzoeken uit in opdracht van bedrijven. Voor een standaard extrusielijn in productieregime wordt er algemeen gesteld dat het energieverbruik verdeeld is volgens 60/30/10. Hierbij neemt de extruder 60% op zich en de kalibertafel 30%. De kalibertafel omvat het koelverbruik en de vacuümvoorziening. De overige 10% wordt vertegenwoordigd door de zaag, de trektafel, de stofafzuiging en eventuele kleine randapparatuur. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 16

17 3. De energieverdeling bij een labo-extruder 3.1. Taakomschrijving De studie op de extrusielijn uit de KHBO was oorspronkelijk gezien als een voorstudie op de metingen bij Orac. Er werd gezocht naar de mogelijkheden om de vermogenstromen in kaart te brengen. De invloed van materiaal en instelparameters werd ook onderzocht. Energieverbruik hangt nauw samen met rendement. Daarom is er naast het bestuderen van de praktische verbruiken tijdens het extruderen, ook een grondige studie vereist van het theoretische verbruik bij extrusie. Deze studie bestaat uit een deel literatuurstudie en een deel metingen. Het tweede deel is het effectief opmeten van de praktische vermogenstromen. Hiervoor werd er gebruik gemaakt van een vermogenmeter en van de sensordata van de extruder. Het laatste deel zijn de simulaties. Er werd een simulatiemodel opgesteld in MatLab om de elektrische energieopname van de verwarmingsbanden te kunnen voorspellen wanneer de cilinder op temperatuur gehouden wordt zonder dat er geproduceerd wordt. Er werden ook simulaties uitgevoerd met behulp van Virtual Extrusion Laboratory (VEL). Met dit programma wordt het opsmelttraject gesimuleerd. Het doorstromen van de matrijs werd ook gesimuleerd. Voor deze simulaties is er echter nood aan materiaaleigenschappen zoals thermische eigenschappen en reologische eigenschappen. Hiervoor werden de noodzakelijke testen uitgevoerd waarbij deze informatie in VEL werd ingegeven. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 17

18 3.2. Beschrijving van de extrusielijn Algemeen Het labo van de KHBO is voorzien van een labo-extruder van de fabrikant Dr. Collin. Het verschil tussen een labo-extruder en een industriële extruder is de hoeveelheid aan sensoren. Deze worden vertaald naar de bijhorende Fecon besturingssoftware. Tijdens het extruderen op deze lijn worden de volgende onderdelen doorlopen: - De extruder - De matrijs - De koelinstallatie - De trektafel - Het snijgereedschap De extruder hopper temperatuursensoren matrijs extrusieschroef druksensoren Figuur 5 : foto's van de labo-extruder KHBO De extrusielijn uit het labo van de KHBO is voorzien van een enkelschroefextruder. Deze kan een debiet aan LDPE leveren van maximum 15 kg/h. De motor heeft een vermogen van 8,8 kw. Dit vermogen wordt door middel van een riemoverbrenging op de schroef overgebracht. Het regelen van het toerental gebeurt door middel van een frequentieomvormer. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 18

19 Tijdens productie kan de schroef tot maximaal 160tr/min draaien. De schroef heeft een lengte van 25D waarbij de diameter D gelijk is aan 30mm. Dit resulteert in een schroeflengte van 750mm. De schroef is opgebouwd in drie verschillende zones: - De voedingszone: Deze zone heeft een lengte van 8D. De kanaaldiepte is hier constant en bedraagt 6,3mm. - De compressiezone: Deze zone heeft een lengte van 6D. De kanaaldiepte neemt lineair af tot 1,8mm. - De drukzone: Deze zone heeft een lengte van 11D. De kanaaldiepte is hier constant en bedraagt 1,8mm. De extruder is voorzien van vijf verwarmingsbanden. De intrekzone waarop de standaard hopper is aangesloten, is voorzien van een koeling. Na de schroef bevindt zich de buismatrijs, die voorzien is van twee verwarmingsbanden. De diameter van de bekomen buis bedraagt 25mm met een wanddikte van 1,8mm. Volgens de treksnelheid zal deze wanddikte wijzigen. De finale diameter wordt bepaald door het kaliber De koelinstallatie De koelinstallatie bestaat uit twee koelbakken, namelijk een korte afsluitbare koelbak en een lange niet-afsluitbare koelbak. extruder vacuümafzuiging watertoevoer kaliber watersproeiers Figuur 6 : korte koelbak KHBO Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 19

20 Na het verlaten van de matrijs, wordt de buis in een kaliber gebracht zodat de vorm van de buis wordt vastgelegd. Dit kaliber wordt opgehangen in de eerste koelbak. Het kaliber heeft een lengte van 100mm. Tijdens productie wordt de eerste koelbak afgesloten en wordt het vacuüm aangelegd. In het kaliber zijn er fijne gaatjes voorzien zodat het vacuüm de buis tegen de binnenwand van het kaliber zuigt. Na het kaliber loopt het profiel nog 500mm verder in de eerste koelbak. Door de vacuümafzuiging in de eerste koelbak wordt er een goede circulatie van het koelwater bekomen. Deze circulatie bevordert het afkoelend vermogen van de waterbak. Op de overgang van de korte naar de lange koelbak is er een afdichting voorzien. Dit moet ervoor zorgen dat er weinig tot geen valse lucht wordt aangezogen. trektafel vacuümafzuiging watertoevoer Figuur 7 : lange koelbak KHBO De lange koelbak van 2400mm wordt niet altijd in werking gebracht. Bij lage massadebieten en smelttemperaturen zorgt de korte afsluitbare koelbak voor voldoende koelvermogen. Bij hoge massadebieten is de buis onvoldoende gekoeld, waardoor het snijden kan zorgen voor een vormverandering van de buisdoorsnede. In deze koelbak wordt de circulatie van het koelwater ook voorzien door de vacuümafzuiging. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 20

21 De koelinstallatie is voorzien van een gesloten koelcircuit waarvan de buffertank met behulp van een koelspiraal wordt gekoeld door de overkoepelende koelgroep uit het labo. Het water uit deze buffertank wordt rondgepompt naar de verschillende zones in de koelstraat van de extrusielijn. Het water wordt uit de koelstraat gezogen door middel van een vacuümpomp. De uitgang van deze vacuümpomp is aangesloten op de buffertank. Op deze manier wordt er een continue circulatie voorzien. Op Figuur 8 worden de verschillende onderdelen voorgesteld. De rode pijlen geven de stromingsrichting van het koelwater weer. debietregelaars buffertank vacuümpomp waterpomp Figuur 8 : foto koelinstallatie KHBO Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 21

22 De trekeenheid en het snijgereedschap De trektafel van de extrusielijn in het labo is opgebouwd uit twee rubberen rupsen. Om de buis te kunnen trekken worden de rupsen gesloten zodat deze de buis klemmen. Op deze manier wordt voldoende grip gecreëerd om de buis te trekken. Doordat de rupsen aangedreven zijn, wordt er een lineaire verplaatsing van de buis verkregen. guillotineschaar Figuur 9 : foto trekeenheid KHBO Na deze trektafel zorgt een meetlopende guillotineschaar ervoor dat de buizen op maat gebracht worden. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 22

23 3.3. Theoretisch benodigde energie De energie die nodig is om ronde buizen te extruderen bestaat uit de energie die nodig is om de kunststof op te smelten tot zijn verwerkingstemperatuur in de matrijs. Voor de bepaling van deze energie moet er een studie worden uitgevoerd van de grondstof. De meest gebruikte methode is het uitvoeren van een DSC-meting Werking en verwerking van een DSC-meting DSC staat voor Differential Scanning Calorimetry. Deze techniek bestaat erin een proefstaal en een referentie aan een bepaald temperatuursprogramma te onderwerpen gedurende de analyse. Hierbij wordt de temperatuur lineair met 10 C/min opgedreven onder stikstofatmosfeer. Figuur 10 : vereenvoudigd principe van een DSC-meting Het energieverschil tussen de beide stalen wordt opgemeten. Op deze manier wordt de warmtestroom, met andere woorden de heat flow in W/g, opgemeten in functie van de temperatuur. Een thermische verandering in een kunststofmolecule wordt gekenmerkt door afwijkingen in het DSC-thermogram. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 23

24 Dit kan in endotherme of exotherme richting zijn, al naargelang er meer of minder energie naar het staal moet worden gestuurd om deze te smelten. Om een kunststof te smelten, heb je energie nodig. De meting zal dus in endotherme richting verlopen. In de praktijk zal de endotherme richting meestal naar beneden aangeduid worden, tenzij anders vermeld op het DSC-thermogram. Bij (semi-)kristallijne kunststoffen zal er een smeltpiek ontstaan. De temperatuur waarop deze piek optreedt is de smelttemperatuur T m. Amorfe kunststoffen hebben geen smelttemperatuur, enkel een glasovergangstemperatuur T g. Dit is de temperatuur waarbij de kunststof overgaat van de vaste toestand in een zachte, rubberachtige toestand. Deze T g wordt weergegeven door een sprong in het DSCthermogram. Figuur 11 : voorbeeld van een DSC-thermogram In de eenvoudigste vorm levert een DSC- meting dus een grafiek op, waarin de warmtestroom van het proefstaal is uitgezet in functie van de temperatuur. Deze warmtestroom kan ook worden omgerekend naar de soortelijke warmte c p van de onderzochte stof. Op deze manier wordt de soortelijke warmte c p verkregen in functie van de temperatuur. Door de integraal te nemen van deze curve, wordt de totale opwarm- en opsmeltenergie gevonden. Deze wordt vervolgens omgezet naar het aantal kwh/kg dat nodig is om een bepaalde kunststof tot een bepaalde smelttemperatuur te brengen. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 24

25 Opwarm- en opsmeltenergie Tijdens de experimenten werden er een aantal verschillende kunststoffen verwerkt, namelijk: - Zuiver HDPE-materiaal - Regrind HDPE-materiaal - Geregranuleerd HDPE-materiaal - Zuiver PP-materiaal Zuiver HDPE-materiaal High-density polyetheen is een semi-kristallijne kunststof. Om de kunststof op te smelten zal er een smeltenthalpie moeten overwonnen worden. De waarde van de smeltenthalpie werd bepaald door middel van een DSC-meting. Deze is terug te vinden in bijlage. Er werd een smeltenthalpie van 178 J/g gevonden en een smelttemperatuur van 130 C. Voor de bepaling van het theoretisch benodigd vermogen wordt de opwarm- en opsmeltenergie vermenigvuldigd met het massadebiet. De opwarm- en opsmeltenergie wordt uit de curve van de soortelijke warmte c p gehaald. Op deze manier moet er geen rekening gehouden worden met de smeltenthalpie. Deze piek zit namelijk vervat in de curve van de soortelijke warmte soortelijke warmte c p [J/kg.K] temperatuur [ C] Figuur 12 : soortelijke warmte van zuiver HDPE Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 25

26 Met behulp van trendlijnen wordt de soortelijke warmte doorgetrokken totdat het volledige verwerkingsgebied beschouwd wordt. Dit loopt vanaf de omgevingstemperatuur van 20 C tot aan de temperatuur waarmee de kunststof de matrijs verlaat. De opwarm- en opsmeltenergie is dus afhankelijk van de temperatuur tijdens productie. De theoretisch benodigde energie kan dus niet op voorhand bepaald worden. Regrind HDPE-materiaal Dit is het zuiver HDPE-materiaal dat reeds verwerkt werd en daarna vermaald werd in de maalmolen. Het regrinden heeft een merkbaar gevolg voor de thermische eigenschappen van het bekomen materiaal. Dit valt duidelijk te merken uit het DSC-thermogram. Dit is in bijlage terug te vinden. Voor het regrind materiaal werd er een smeltenthalpie van 205 J/g gevonden en een smelttemperatuur van 131 C. Deze ligt 10% hoger dan bij het zuiver HDPE-materiaal. Er is dus meer energie nodig om de regrind op te smelten. Doordat het regrind materiaal reeds tot een buisvorm verwerkt werd, kreeg de kunststof meer tijd om kristallen te vormen. Bij het hergebruiken van deze kunststof is er dus meer energie nodig om deze kristallen terug te ontbinden. In de praktijk was het echter niet mogelijk om dit regrind materiaal zelf te verwerken. Daarom werd het gemalen materiaal naar het VKC in Kortrijk gebracht om het materiaal te laten regranuleren. Geregranuleerd HDPE-materiaal Door het materiaal te regranuleren, wordt de thermische geschiedenis van de buisextrusie teniet gedaan. De granulaten worden versneld afgekoeld, waardoor de kristallen weinig tijd krijgen om zich te ontwikkelen. De smeltenthalpie zal hier dus terug lager liggen dan bij het regrind materiaal. Door middel van een DSC-meting werd er een smeltenthalpie van 160 J/g gevonden en een smelttemperatuur van 129 C. Deze meting is in bijlage terug te vinden. Voor de bepaling van de opwarm- en opsmeltenergie bij zuiver HDPE-materiaal, werd er gebruik gemaakt van de curve van de soortelijke warmte. Voor de bepaling bij geregranuleerd HDPE-materiaal werd deze bepaling niet uitgevoerd. Volgens de meetresultaten tijdens de verwerking, blijkt er echter geen merkbaar verschil te zijn met de theoretisch benodigde energie van het zuiver HDPE-materiaal. Daarom werd er gebruik gemaakt van dezelfde bepaling voor het theoretisch benodigd vermogen. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 26

27 Zuiver PP-materiaal Polypropyleen is een semi-kristallijne kunststof. Er zal dus een smeltenthalpie nodig zijn om de kunststof op te smelten. Deze waarde werd bepaald door middel van twee DSC-metingen, deze zijn in bijlage terug te vinden. Tijdens de eerste meting werd er een smeltenthalpie van 92 J/g gevonden en een smelttemperatuur van 166 C. Tijdens de tweede meting werd er 87,5 J/g en 165 C gevonden. Voor de bepaling van de opwarm- en opsmeltenergie bij zuiver HDPE-materiaal, werd er gebruik gemaakt van de curve van de soortelijke warmte. Voor de bepaling bij zuiver PPmateriaal werd deze omzetting niet uitgevoerd. Er werd gebruik gemaakt van een gemiddelde c p en de opgemeten smeltenthalpie. Er werd gekozen voor een gemiddelde c p van 2400 J/kg.K. Voor de smeltenthalpie werd 90 J/g gekozen. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 27

28 3.4. Praktische energieopname van de extruder tijdens de verwerking van HDPE Materiaalbeschrijving Binnen de KHBO is er een PWO-project lopende met als titel: Technologische en economische valorisatie van kunststof-scrap in eigen bedrijf. Hierin werd onder andere HDPE verschillende malen verwerkt. Hiervoor moesten de gerealiseerde producten worden vermalen om hergebruik mogelijk te maken. Op deze manier konden de nodige experimenten voor dit project gedeeltelijk in deze masterproef opgenomen worden. De resultaten van de experimenten werden ook voor het project gebruikt. Dit HDPE-materiaal werd beschikbaar gesteld voor het PWO-project door Ducaplast. Dit bedrijf uit de Franse gemeente Wormhout is een onderdeel van Kaysersberg Plastics Instelparameters en de energieopname van de extruder zonder productie Om een goed opsmeltgedrag en verwerking van de kunststof te garanderen, dient er een keuze te worden gemaakt van de temperaturen van de verschillende zones op de extruder. De eerste zone is een gekoelde intrekzone. De vijf zones hierna zijn de verwarmingszones van de cilinder waarbinnen de schroef zit. De laatste twee zones zijn deze van de matrijs. Buiten de eerste zone is elke zone voorzien van een elektrische verwarmingsband. matrijsverwarming cilinderverwarming intrekzone Figuur 13 : aanduiding verwarmingsbanden Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 28

29 Voordat er geproduceerd wordt, wordt de extruder eerst op temperatuur gebracht. Na de opstartperiode ontstaat er een evenwicht tussen het vermogen dat de verwarmingsbanden leveren en de afgifte van de cilinder naar de omgeving. Dit vermogen kan dus beschouwd worden als een verliesvermogen dat ook moet overwonnen worden tijdens productie. Door het aanbrengen van isolatie rond de cilinder kan dit verliesvermogen verlaagd worden. Dit blijkt echter voor meer nadelen dan voordelen te zorgen. Tijdens de productie kan het gebeuren dat er meer warmte wordt gecreëerd door de schroef dan dat er nodig is om de kunststof op te smelten. Dit teveel aan energie wordt dan via de buitenoppervlakte van de extrusiecilinder naar de omgeving gebracht. Indien de cilinder geïsoleerd is, dan zal de cilinder en dus ook de kunststof oververhitten met alle gevolgen van dien. In Tabel 1 worden de insteltemperaturen weergegeven met daarbij de maximale vermogens van de verwarmingsbanden en de vermogens op het moment dat de cilinder op temperatuur is. Deze laatste vermogens worden uit de sensordata van de extruder gehaald. Zone Tabel 1 : instelparameters en energieopname zonder productie van HDPE Insteltemperatuur [ C] Maximaal vermogen van de verwarmingsbanden [W] Elektrisch opgenomen vermogen van de verwarmingsbanden [W] 1 35 / / , , , , , , ,9 Uit Tabel 1 wordt een totaal verliesvermogen gevonden van 1108,8W. Dit vermogen wordt hoofdzakelijk aan de omgeving afgegeven door middel van natuurlijke convectie. Zoals eerder vermeld is de eerste zone een gekoelde zone. Bijgevolg liggen er rond deze zone koelkanalen en een temperatuurssensor. Het koeldebiet door deze kanalen wordt geregeld door middel van een aan/uit klep. Indien de temperatuur buiten de grenswaarden van de ingestelde temperatuur komt, dan wordt deze klep geopend of gesloten. Doordat er geen Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 29

30 thermische barrière is tussen de eerste en de tweede zone, gaat een groot deel van de verwarming van de tweede zone via de stalen cilinder naar de gekoelde eerste zone. Om deze vermogenstroom te kwantificeren werden er een aantal statische metingen uitgevoerd. Met behulp van MatLab werd er een model opgesteld waarmee de statische verliezen voorspeld kunnen worden. Dit model wordt in hoofdstuk 3.8 nader besproken. Volgens het model stroomt er maar liefst 260W rechtstreeks vanuit de tweede zone naar de eerste zone wanneer de cilinder op temperatuur wordt gehouden zonder dat er effectief geproduceerd wordt. Er wordt dus nutteloos verwarmd en gekoeld De energieopname tijdens de productie van HDPE Er werden experimenten uitgevoerd op zowel lage als hoge toerentallen. Op deze manier werd het volledige werkgebied van de machine onderzocht. Als toerentallen werd er gekozen voor 50, 75, 100 en 150tr/min. Nadat deze vier werkpunten werden opgemeten, bleek dat de verwarmingsband van de tweede zone dicht bij het maximale vermogen zat. Uit de statische meting is er geweten dat er een grote verliesstroom is van de tweede naar de eerste zone. Bij deze hoge vermogens van de tweede zone, zal dit niet anders zijn. Daarom werd er een aanpassing van de insteltemperaturen aangebracht om deze verliesstroom te verlagen. Op deze manier wordt er een energetisch optimalere productie bekomen. De aangepaste insteltemperaturen worden in Tabel 2 weergegeven. Tabel 2 : aangepaste insteltemperaturen bij verwerking van HDPE Zone Insteltemperatuur [ C] Insteltemperatuur optimale productie [W] Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 30

31 Tabel 3 : meetresultaten bij verwerking van HDPE Parameter Eenheid 50tr/min 75tr/min 100tr/min 150tr/min Elektrisch opgenomen vermogen van de verwarmingsbanden Koppel van de schroef Mechanisch schroefvermogen Temperatuur na de matrijs 150tr/min opti [W] [Nm] 135,0 158,0 174,8 195,0 195,6 [W] [ C] Massadebiet [kg/h] 4,67 6,97 9,16 13,09 12,63 Het vermogen van de verwarmingsbanden wordt uit de besturingssoftware van de extruder gehaald. Uit deze data wordt een gemiddelde regelwaarde bekomen. Na vermenigvuldiging van deze waarde met het maximale vermogen van de verwarmingsband, wordt het werkelijke vermogen gevonden. Het koppel dat de schroef levert wordt met behulp van een sensor geregistreerd. Het mechanische vermogen kan gevonden worden met de volgende formule: mechanisch vermogen = koppel De temperatuur van de geëxtrudeerde buis na de matrijs wordt met behulp van een IRtemperatuuropnemer geregistreerd. Hiermee kan de theoretische opsmeltenergie gevonden worden zoals aangegeven in hoofdstuk 3.3. Het massadebiet wordt opgemeten door middel van een tijdsmeting waarna de geproduceerde hoeveelheid met behulp van een weegschaal opgemeten wordt. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 31

32 Tabel 4 : vermogens bij verwerking van HDPE Parameter Symbool Eenheid 50tr/min 75tr/min 100tr/min 150tr/min Elektrisch opgenomen vermogen van de verwarmingsbanden Mechanisch schroefvermogen 150tr/min opti P [W] P [W] Netto vermogen P [W] / Theoretisch opsmeltvermogen Verhouding van netto vermogen en theoretisch vermogen Aandeel mechanisch schroefvermogen tov netto vermogen P [W] P P [%] 110,7 109,4 111,3 107,1 / P P [%] 61,7 72,5 79,3 92,8 / In Tabel 4 worden de verschillende vermogens onder elkaar geplaatst en met elkaar vergeleken. Hierbij is het netto vermogen gelijk aan het vermogen dat door de kunststof wordt opgenomen. Dit resulteert in het volgende verband: P = P + P P Met P V het verliesvermogen. Dit werd bepaald in hoofdstuk en bedraagt 1108,8 W. Voor de meting 150tr/min opti werd het verliesvermogen niet opgemeten, waardoor het netto vermogen niet kan bepaald worden. Het theoretisch vermogen kan bepaald worden uit de theoretische opsmeltenergie in kwh/kg en het massadebiet. Hiervoor wordt er verwezen naar hoofdstuk 3.3. Volgens de verhouding van het netto vermogen en het theoretisch vermogen blijkt dit geen 100% te bedragen. Er wordt namelijk een onderschatting gemaakt van het verliesvermogen. Tijdens productie treedt er hoogstwaarschijnlijk een groter geleidingsverlies van de tweede zone naar de eerste zone op. Deze vermogenstroom is echter moeilijk te kwantificeren. Een Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 32

33 andere oorzaak is de versterkte convectie van de ventilatoren. In sommige zones is er zoveel shear heating vanuit de kunststof dat de verwarmingsbanden minder energie moeten toevoeren. Voor sommige zones wordt de convectie zelfs versterkt met behulp van ventilatoren om te verhinderen dat ze oververhitten. De lokale shear heating bemoeilijkt het interpreteren van de bovenstaande vermogens. Door de individuele vermogens van de verwarmingsbanden te bestuderen worden de zones met grote shear heating zichtbaar. Zone Tabel 5 : vermogens van de verwarmingsbanden bij verwerking van HDPE Insteltemperatuur [ C] Vermogen zonder productie [W] Vermogen tijdens 150tr/min [W] 1 35 / / ,8 968, ,6 167, ,6 70, , , ,0 134, ,9 6,7 totaal 1108,8 1347,9 Uit de regelwaardes van de verwarmingsbanden blijkt dat er in de vierde en vijfde zone geen energie wordt toegevoegd aan de cilinder. Volgens de sensordata draaien de ventilatoren van de vierde zone 4,25% van de tijd en deze van de vijfde zone 17,55% van de tijd. Deze versterkte convectie wijst erop dat er veel energie vrijkomt door de shear-heating in deze zones. Het kwantificeren van deze versterkte convectie is heel moeilijk. Dit is een combinatie van omgevingstemperatuur, luchtdebiet, temperatuur van de behuizing, enz. De regelwaarde kan dus niet eenvoudigweg vermenigvuldigd worden met een experimenteel bepaalde convectiecoëfficiënt. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 33

34 Het rendement van de extrusielijn bij de verwerking van HDPE Het totale elektrische vermogen van de extrusielijn werd opgemeten aan de hoofdtoevoer van de machine. Dit elektrisch vermogen is de som van het vermogen van de extruder en al de aggregaten van de extrusielijn, met uitzondering van de primaire koelgroep. De individuele vermogens van deze aggregaten worden verder toegelicht in hoofdstuk 3.7. Door dit totale vermogen te delen door het theoretisch opsmeltvermogen kan het totale rendement van de extrusielijn bepaald worden. Tabel 6 : rendement van de extrusielijn bij verwerking van HDPE Parameter Eenheid 50tr/min 75tr/min 100tr/min 150tr/min 150tr/min opti Massadebiet [kg/h] 4,67 6,97 9,16 13,09 12,63 Totale vermogen van de extruder Theoretisch opsmeltvermogen [W] [W] Rendement [%] 22,6 30,5 34,1 42,2 42,9 Doordat het energieverbruik van de aggregaten van de extrusielijn onafhankelijk is aan het massadebiet, worden er hogere rendementen gevonden bij grotere massadebieten. Door de geoptimaliseerde insteltemperaturen blijkt het rendement ook wat gestegen te zijn, van 42,2% naar 42,9%. Ten opzichte van elkaar resulteert dit in een relatieve verbetering van 1,6% Het drukverloop tijdens de productie van HDPE Een belangrijk onderdeel van het opsmelttraject, naast het temperatuursverloop, is het drukverloop van de kunststof in de schroef. Dit werd onderzocht om de invloed van de insteltemperaturen op het drukverloop te bekijken. Na elke verwarmingszone bevindt er zich een druksensor binnenin de extruder. Er zijn vijf druksensoren aanwezig, waarvan de laatste sensor zich op het einde van de schroef bevindt, tussen zone zes en zeven. Op Figuur 14 wordt het drukverloop weergegeven. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 34

35 druk [MPa] tr 100tr 150tr 150tr opti druksensor Figuur 14 : drukverloop bij verwerking van HDPE Door de grotere massadebieten, stijgt de drukval over de matrijs. Dit zorgt ervoor dat de druk ter hoogte van de vijfde sensor stijgt in functie van het toerental. Er valt duidelijk te zien dat de maximale druk lager is bij het extruderen met de aangepaste insteltemperaturen in vergelijking met de standaard insteltemperaturen. Dit zorgt voor een rustiger opsmelttraject. Tijdens de metingen bleek de kwaliteit van de buis zelfs toe te nemen. De kwaliteit van een geëxtrudeerd product wordt echter door meerdere factoren bepaald, waardoor deze vaststelling niet als algemeen mag verondersteld worden. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 35

36 3.5. Praktische energieopname van de extruder tijdens de verwerking van gerecycleerd HDPE Materiaalbeschrijving In de vorige experimenten werd er gebruik gemaakt van het HDPE-materiaal voor het PWOproject binnen de KHBO. Voor het project werden deze geëxtrudeerde buizen vermalen en vervolgens in de hopper van de extruder gebracht voor een vergelijkende studie tussen zuiver HDPE en 100% regrind-materiaal. Dit bleek echter niet te lukken omdat de gemalen deeltjes in elkaar schuiven en op die manier een brug vormen waardoor de deeltjes onvoldoende zakken in de hopper. Dit probleem kan verholpen worden door gebruik te maken van een Crammer voedingsinstallatie. Hierbij is er in de hopper een schroef voorzien die het materiaal beter naar de intrekzone brengt. Een dergelijke installatie is echter niet aanwezig op de laboextruder. Om de brugvorming te verhelpen werd het gemalen materiaal naar het VKC in Kortrijk gebracht om te regranuleren. Op deze granulaten werden er vervolgens experimenten uitgevoerd. De resultaten van de experimenten werden ook voor het PWO-project gebruikt Instelparameters en de energieopname van de extruder zonder productie Om de metingen op HDPE-materiaal en op het gerecycleerde HDPE-materiaal te kunnen vergelijken, werden dezelfde instelparameters gebruikt. Het verbruik van de extruder zonder productie is hetzelfde en bedraagt 1108,8W De energieopname tijdens de productie van gerecycleerd HDPE Er werden experimenten uitgevoerd op dezelfde toerentallen als tijdens de verwerking van het zuiver HDPE-materiaal. Deze toerentallen bedragen 50, 75, 100 en 150tr/min. De meting bij de aangepaste insteltemperaturen werd ook uitgevoerd op het gerecycleerd materiaal. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 36

37 Tabel 7 : meetresultaten bij verwerking van gerecycleerd HDPE Parameter Eenheid 50tr/min 75tr/min 100tr/min 150tr/min Vermogen verwarmingsbanden Koppel van de schroef Mechanisch schroefvermogen Temperatuur na de matrijs 150tr/min opti [W] [Nm] 135,7 155,8 174,4 197,5 195,0 [W] [ C] Massadebiet [kg/h] 4,58 6,88 9,18 13,33 12,89 Tabel 8 : vermogens bij verwerking van gerecycleerd HDPE Parameter Symbool Eenheid 50tr/min 75tr/min 100tr/min 150tr/min Vermogen verwarmingsbanden Mechanisch schroefvermogen 150tr/min opti P [W] P [W] Netto vermogen P [W] / Theoretisch opsmeltvermogen Verhouding van netto vermogen en theoretisch vermogen Aandeel mechanisch schroefvermogen tov netto vermogen P [W] P P [%] 108,7 109,1 110,5 104,2 / P P [%] 63,8 72,3 78,9 94,0 / Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 37

38 Indien de waardes uit Tabel 7 en Tabel 8 vergeleken worden met deze uit Tabel 3 en Tabel 4, dan blijken er amper verschillen te zijn tussen de verwerking van 100% zuiver en 100% recycleerd materiaal. Aangezien het recyclaat geregranuleerd werd, werd de thermische geschiedenis van het HDPE-materiaal terug gereset. Door te regranuleren wordt het materiaal terug afgeschrikt waardoor er amper verschil is tussen het zuiver en het gerecycleerd materiaal. Er is in beide gevallen te weinig tijd om kristallen te vormen. Op deze manier zullen er geen wijzigingen optreden in de thermische eigenschappen. Dit werd reeds in hoofdstuk besproken Het rendement van de extrusielijn bij de verwerking van gerecycleerd HDPE Het totale elektrische vermogen van de extrusielijn werd opgemeten aan de hoofdschakelaar van de machine. Dit elektrisch vermogen is de som van het vermogen van de extruder en al de aggregaten van de extrusielijn. De individuele vermogens van deze aggregaten worden verder toegelicht in hoofdstuk 3.7. Door dit totale vermogen te delen door het theoretisch opsmeltvermogen kan het totale rendement van de extrusielijn bepaald worden. Tabel 9 : rendement van de extrusielijn bij verwerking van gerecycleerd HDPE Parameter Eenheid 50tr/min 75tr/min 100tr/min 150tr/min Massadebiet [kg/h] 4,58 6,88 9,18 13,33 Totale vermogen van de extruder Theoretisch opsmeltvermogen [W] [W] Rendement [%] 22,7 28,8 35,5 44,2 Doordat het energieverbruik van de aggregaten van de extrusielijn onafhankelijk is van het massadebiet, worden er terug hogere rendementen gevonden bij grotere massadebieten. Indien deze rendementen vergeleken worden met deze voor zuiver materiaal uit Tabel 6, dan zijn er terug weinig verschillen op te merken. Sommige rendementen zijn wat groter en andere wat kleiner. Deze verschillen vallen binnen de marges van de meetonzekerheid. Onderzoek naar de energieverdeling bij extrusie van geschuimde profielen Orac 38