Plastik boru imalatında boru kalibresinde termoelektrik soğutma uygulaması ve kontrolü
Thermoelectric cooling application and control for pipe calibration die in plastic pipe producing
Yazar: ÜMİT TOKGÖZ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL YÜKSEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Denetim = Control ; Ekstrüder = Extruder ; Kalibrasyon = Calibration ; Soğutma = Cooling ; Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator

Özet:
Plastiklerin işlenmesinde en yaygın metotlardan biri ekstrüzyon işlemidir. Plastik boru üretimi ekstrüzyon işlemlerinden biridir ve günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yöntem üretim bakımından birçok avantaj sunmaktadır.Termoelektrik soğutma yeni bir kontrol edilebilir ısı transferi yöntemi sunmakla birlikte, şu ana kadar deneysel tabanda çalışmalar yürütülmektedir. Küçük çaplı işlemler haricinde endüstriyel olarak kullanılmamaktadır.Çalışmada; plastikler, ekstrüzyon yöntemleri, ekstrüzyon donanımları temel bilgi niteliğinde olup, ağırlıkla plastik boru kalibreleri, kalibre soğutma-kontrol sistemleri ve termoelektrik soğutma ve kalibreye uygulanması üzerinde durulmuştur.İlk bölüm ve müteakip 2 bölümde ekstrüzyon işleminde kullanılan malzemeler hakkında temel bilgiler, ekstrüzyon işlemi ve donanımları ele alınmıştır. Dördüncü ve beşinci bölümde, plastik maddenin ekstrüderden kalibreye kadar olan süreci, kalibredeki ısı transferi hesaplamalarıtüm sistemin kontrol edilmesine yönelik incelemeler yapılmıştır. Diğer bölümlerde ise termoelektrik soğutma ilkeleri irdelenmiş, hesaplamalar yapılmış ve termoelektrik soğutma sistemi ile soğutulan, kontrol edilen bir kalibre tasarlanmıştır.Ekstrüderden 200-220 °C olarak çıkan polietilen borunun, son formunu alacağı kalibrede yeterince soğutulabilmesi gerekmektedir. Ancak mevcut sistemlerde bu soğutma yetersiz kalmaktadır. Kalibrede ısı iletimle transfer olduğundan, kontrol edilebilen bir termoelektrik modül, geçmekte olan borunun hızıyla bağıntılı olarak boruyu daha kısa mesafede soğutmaktadır. Yapılan ısı transferi ve termoelektrik hesaplamalar sonucu, termoelektrik modülle soğutulan kalibrenin daha az güçle daha kısa mesafede istenilen soğutmayı sağlayacağı belirlenmiştir.Çalışmanın son bölümünde, yapılan hesaplamalar doğrultusunda yeni bir kalibre tasarımı yapılmış ve imal edilmiştir. Yeni kalibre termoelektrik modüller ile soğutulmuş ve kontrolü sağlanmıştır. Sonuç olarak uygulamalarda, yeni kalibre-soğutma ve kontrol sistemlerinin sorunsuz olarak çalıştığı görülmüş ve istenilen performans değerleri elde edilmiştir.

Abstract:
Extrusion is one of the most common methods of processing plastics. Plastic pipe production is one of extrusion process and has been used widely in nowadays. This method provides many advantages.Thermoelectric cooling is a new controllable heat transfer method, however, which is used only experimental studies. This method has been used for only small process and hasn?t been used for industrial applications yet.This study includes basic information of plastics, extrusion methods and extrusion equipment parts. Main themes are, plastic pipe calibrating sleeves, cooling-control systems of calibrating sleeves and thermoelectric cooling and its application for calibrating sleeves.Basic information of extrusion material, process and equipment has been given in the first and following two chapters. In the fourth and fifth chapter, plastic material extrusion process, heat transfer analysis and control principles of the system have been determined. Other chapter, thermoelectric cooling systems has been explained and thermoelectric calculation has been made. Last chapter include, a new thermoelectric cooling device and control application.During the production in plastic pipe extruders the polymer which is leaving die at avarage 200-220 °C temperature, can not be enough cooled at calibrators, in which it enters to solidify. However the cooling is insufficient in existing systems. The new thermoelectric cooling calibrator device provides to cool the pipe short distances depending on pipe velocity and using minimum power for cooling.On the last chapter, a new calibrator was designed dependent on theoretical heat transfer and thermoelectric calculations. New calibrator was cooled with thermoelectric modules and was controlled with a system. As a result of experimental study, we recognized that the calibrator-cooling and control system worked without any problem and the system obtained all desired performance criterions.