Computer-Simulation löst Probleme mit der Kühlung in Kunststoffabrik


Diese Grafik zeigt die Temperaturverteilung in der Vertikalen (Boden zur Decke) neben der zweiten Maschinenreihe im ungünstigsten Fall, bei dem die Temperatur in der Nähe der Maschinen 24 °C beträgt. Diese Abbildung zeigt auch die Schichtung der Luft, wobei die Luft zur Decke hin wärmer (rot) wird, als am Boden.

April 2005

Mit Hilfe einer Computer-Simulation konnte ein schwerwiegendes Problem in einem Werk zur Verarbeitung von Kunststoffen gelöst werden. Thermische Schwierigkeiten hätten dort sonst zu Schäden an teuren Anlagen und am Material führen können. Das Werk arbeitet mit 52 Spritzgießmaschinen, in deren Umgebung eine Temperatur von 26 °C nicht überschritten werden darf, um Ausfälle des Steuersystems zu vermeiden. Die Computersteuerung dieser Maschinen muss auf relativ niedrigen Temperaturen gehalten werden, da die empfindlichen Halbleiter sonst zerstört werden.

Unmittelbar nach dem Bau der Anlage waren die Temperaturen für die Maschinen und das Material viel zu hoch – von den dort arbeitenden Menschen gar nicht zu reden. Das Unternehmen zog einen Vertreter von Applied Air in Dallas, Texas, hinzu, um zusätzliche Kühleinrichtungen für die Anlage zu erörtern. Nach einigen kurzen Berechnungen von Hand schlug der Vertreter eine Lösung aus Applied Air IFA Luftumwälzsystemen mit einem Durchsatz von ca. 1680 m³/min vor, deren Luftströme von beiden Enden der Halle entlang der Maschinenreihen zur Hallenmitte hin eingeleitet werden sollten. Wegen der komplexen Situation empfahl Applied Air dem Unternehmen jedoch eine Computer-Simulation, um die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Lösung zu überprüfen.

Hierzu setzten sie FloVENT von Flomerics ein, weil diese Software eigens für den Einsatz in der Bauindustrie ausgelegt ist. „Es ist viel einfacher, Probleme im Bau mit FloVENT zu simulieren, als mit einem allgemeinen CFD-Code", erklärte hierzu Mike Kaler, Application Engineering Manager bei Applied Air. "Die Techniker bei FloVENT sind auf Anwendungen im Bereich Heizung, Klima, Lüftung spezialisiert. Dadurch verstehen sie schnell und problemlos, was wir vorhaben, und können die richtigen Antworten liefern."

Die Techniker bei Applied Air erzeugten zuerst einen Körper, der das Gebäude darstellt. Anschließend positionierten sie Würfel mit der angenäherten Form der Spritzgießmaschinen an den entsprechenden Stellen. Nach der Eingabe der Oberflächentemperaturen und der Leistungsaufnahme jeder Maschine konnte die effektive Wärmeabgabe berechnet werden. Es folgte eine statische Simulation auf einem PC. Angezeigt wurden die Ergebnisse als Partikelspuren, einer Darstellung, die bei der Diagnose von Problemen im Bereich Heizung, Klima, Lüftung häufig besonders praktisch ist. In diesem Fall zeigten die Partikelspuren, dass die heißen Maschinen einen starken konvektiven Luftstrom senkrecht nach oben zur Hallendecke verursachten. Dadurch erhielten die Maschinen in der Mitte der Halle fast keine Kühlung.

Auf der Grundlage dieser Diagnose, die diesen Luftstrom nach oben aufgezeigt hatte, wurde eine andere Lösung probiert, bei der der Luftstrom quer durch die Maschinenreihen geleitet wurde und so nur an jeweils zwei Maschinen vorbeiströmte statt an 26. Hierzu musste auf DFM Innen­einheiten umgestellt werden, die an den Längsseiten der Halle hoch über dem Boden installiert werden können. Die erste Simulation ergab akzeptable Temperaturwerte.

Die Techniker von Applied Air wiederholten nun die Simulation im Optimierungsmodus, um die Mindestkonfiguration zu bestimmen, bei der eine genügende Kühlung mit einer ausreichenden Sicherheitsreserve erreicht würde. Diese Simulation ergab, dass Einheiten mit 1680 m³/min eine wirksame Kühlung zu äußerst annehmbaren Kosten bewirken würden. Das Unternehmen hat diese Kühleinrichtungen im Werk installiert und ist mit deren Leistung so zufrieden, dass es sie im Rahmen seiner derzeitigen Expansion als Standardlösung in allen neuen Werken einsetzt.

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