בד לחות אחידה שליטה כדי ללמוד את ההשפעה של פרמטרים השחתת האוויר על מאפייני ייבוש בד
19 באוגוסט 2019
מוצג כאן הוא פרוטוקול אשר מבטיח הפצה אחידה של לחות ראשונית בתוך הבד וחוקר את ההשפעות של האוויר חם פרמטרים תרמודינמיים (מהירות, טמפרטורה, וכיוון) עובי על ייבוש של הבד מאפיינים (לדוגמה, וריאציה של טמפרטורה) במצב של השחתת אוויר.
פרוטוקול זה מספק שיטה לייבוש ניתוח ביצועים בהתבסס על התפלגות טמפרטורת פני השטח במקום טמפרטורת נקודה אחת, שהיא הדרך המסורתית. כחלק מכך, פיתחנו טכניקה להשגת חלוקת לחות אחידה בבד לצורך חקירת ביצועי הייבוש של הבד ו impingement האוויר. שיטה זו יכולה לספק תובנה על ייבוש של טקסטיל בתהליך הסתה לחום, וזה יכול להיות מיושם בתעשיית ייבוש נייר.
כדי להתחיל, להתחיל לחמם תנור ל 120 מעלות צלזיוס. תן לו להתייבש בטמפרטורה הזאת במשך 30 דקות. בינתיים, ודא כי מפוח אוויר חם מחובר חריר אוויר.
במהלך כ -30 שניות, לאט להזיז את הזרבובית האוויר בין 60 ל 90 מעלות ביחס למצב המדגם. לאחר מכן, הפעל את מאוורר מפוח האוויר, ולאחר מכן ספק חשמל לחוט ההתנגדות של גוף החימום. התאימו את הזרם עד להשגת טמפרטורת האוויר הרצויה.
הזרבובית והמזגן עשויים להיות חמים מאוד. אל תיגעו בזרבובית, והימנעו מלכוון את מפוח האוויר החם ישירות על גופכם במהלך הניסוי. לאחר מכן, החזק בדיקה מד מרחק בניצב אל חריר האוויר, ולמדוד את מהירות האוויר.
כוונן את מהירות הסיבוב של המאוורר כדי להגיע למהירות הרצויה. לאחר מכן, לכסות את חריר האוויר עם כיסוי בידוד חום כדי להגן על אזור המדגם במהלך ההתקנה. לאחר מכן, הר מצלמה תרמוגרפית אינפרא אדום על מטר מעל חריר האוויר.
חבר את המצלמה התרמוגרפית למחשב ופתח את תוכנת המכשיר. לאחר מכן השתמש בגוף צלחת מחט כדי לטעון את דגימת הבד הסטנדרטית 30 מילימטרים מעל שקע חריר האוויר. למקד את המצלמה על הבד.
לאחר מכן, הגדר את יחידת הטמפרטורה למעלות צלזיוס, הזוהר התרמי ל-0.95, הלחות היחסית הסביבתית ל-50% טמפרטורת הסביבה ל-25 מעלות צלזיוס, והמרחק בין האובייקט הנמדד למצלמה ל-1.5 מטרים. לאחר מכן, ודא שמערכת הפדר האחיד מחוברת למדחס אוויר. הפעל את המדחס והגדר את הפלט המרבי שלו ל- 0.8 מגה-פסקל.
כוונן ידנית את וסתי הלחץ עבור צילינדרים מהדק כדי להבטיח כי הלחץ יהיה שווה משני צידי הגליל העליון. מניחים דגימת בד רוויה במים, שוקלים מראש על הגליל העליון ולהפעיל את הפדר האחיד. מכבים את הפדר לאחר מכן, ומאשרים שתתוכן הלחות הוא אפילו לאורך כל המדגם.
לבסוף, לאחר שהתנור יבש, הגדר אותו לטמפרטורת הייבוש לדוגמה. כדי להתחיל להכין את דגימת הבד, לחתוך ריבוע בד 400 מ"מ על ידי 280 מ"מ, ולייבש אותו בתנור במשך כשלוש שעות. שוקלים את הבד היבש, ולאחר מכן להשרות אותו במים במשך חמש דקות.
לאחר מכן הפעל את הפדר והגדר את הלחץ הראשוני הרצוי. מניחים את הבד הרווי על הגליל העליון של הפדר האחיד. ברגע שהדגימה עוברת דרך הגלילים, לאחזר את הדגימה ולכבות את הפדר.
שקלו את דגימת הבד הרטוב וחשבו את תכולת הלחות. במידת הצורך, ייבשו את הגלילים במגבת נייר, והפעילו שוב את הבד דרך הפדר האחיד עד להשגת תכולת הלחות הרצויה. לאחר מכן אשר כי טמפרטורת האוויר ומהירות האוויר מוגדרים כראוי, וכי הזרבובית מכוסה בלוח בידוד תרמי.
הר את הדגימה בגוף צלחת המחט ולהתחיל להקליט את טמפרטורת המדגם עם המצלמה התרמוגרפית. הסר את כיסוי בידוד החום כך האוויר החם מעכב בצד התחתון של המדגם. נטר את טמפרטורת הבד הגוברת במחשב.
ברגע שהטמפרטורה יציבה בערך למשך 30 שניות לפחות, הבד התייבש לרמת המטרה. להפסיק להקליט את הטמפרטורה, לכסות את הזרבובית עם כיסוי בידוד חום, ולהסיר את המדגם מהגוף. הגדר את אזור היעד בסרטון לניתוח וחלץ את נתוני הטמפרטורה.
נווט בסרטון ושמור מסגרות בודדות מנקודות זמן בולטות כתמונות מדומה. המירו את המסגרות שנשמרו לגווני אפור, וזהו את ערך העוצמה של הבד הקרוב לטמפרטורת האוויר החם. הפוך את התמונות בגווני אפור לערך זה לערך זה כסף להצגת האזורים היבשים.
בד כותנה זה הראה ריקבון טמפרטורה ברור ממרכז הפריפריה תחת ייבוש ירידה באוויר. מרכז בד הייבוש הגיע לטמפרטורה יציבה לאחר 20 שניות של חימום. חימום מינימלי נצפה בשולי אזור ההחממה.
העלאת הטמפרטורה של האוויר המחרים האיץ את הזמן לייבוש, כמו גם הגדלת מהירות האוויר. עובי הבד השפיע באופן משמעותי גם על זמן הייבוש. זוויות ירידה אווירית מתחת ל-75 מעלות הפחיתו באופן משמעותי את הטמפרטורה במרכז הייבוש, והגדילו את הזמן לייבוש.
זוויות הגנה אווירית מתחת ל-75 מעלות תואמות גם לאזורי בנייה קטנים יותר. ניתוח Binarization הראה כי זווית ירידה של 70 מעלות הפחיתה את אזור הייבוש בכ-20% וזווית של 65 מעלות הפחיתה את האזור בכ-40% ביחס לזווית של 90 מעלות. המפתחות להשגת ביצועי הייבוש המדויקים של הבד שנראה הם חלוקה שווה של תכולת הלחות הראשונית ומדידה רציפה של טמפרטורת פני השטח.
המחקר סולל את הדרך למחקרים עתידיים של מאפייני הייבוש של חומרי גיליון, כגון בד ונייר.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה מספק שיטה לניתוח ביצועי ייבוש בהתבסס על התפלגות טמפרטורת הפנימי במרקם בד. הוא בוחן את ההשפעות של פרמטרים תרמודינמיים של אויר חם ועובי הבד על מאפייני הייבוש.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- תהליכי ייבוש טקסטיל
- ניתוח תרמודינמי
- העברת חום בחומרים
רקע
- ניתוחי ייבוש מסורתיים מסתמכים לעיתים קרובות על מדידות טמפרטורה בנקודה אחת.
- פיזור לחות אחיד הוא קריטי להערכה מדויקת של הביצועים.
- הצפפה של אוויר חם משפיעה באופן משמעותי על יעילות הייבוש.
- שיטה זו עשויה להועיל לתעשיות המסתמכות על ייבוש בדים.
מטרת המחקר
- פיתוח טכניקה להשגת פיזור לחות אחיד בבד.
- ניתוח ההשפעה של פרמטרים תרמודינמיים שונים על ביצועי הייבוש.
- אספקת תובנות שניתן ליישמן בתעשיית ייבוש הנייר.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- חימום תנור ל-120 °C.
- ייבוש בד בטמפרטורה זו למשך 30 דקות.
- שימוש במפוח אוויר חם המחובר לפיית אוויר.
- מדידת התפלגות טמפרטורת הפני השטח במהלך תהליך הייבוש.
תוצאות עיקריות
- פיזור טמפרטורת השטח מספק ניתוח מקיף יותר של ביצועי הייבוש.
- פרמטרי האוויר החם משפיעים באופן משמעותי על מאפייני הייבוש.
- פיזור לחות אחיד משפר את יעילות הייבוש.
- הממצאים עשויים להנחות פרקטיקות בתעשיות ייבוש הטקסטיל והנייר.
מסקנות
- הפרוטוקול שפותח מציע שיטה מהימנה לניתוח ביצועי ייבוש.
- הבנת ההשפעות התרמודינמיות יכולה להוביל לאופטימיזציה של תהליכי ייבוש.
- גישה זו עשויה להוביל להתקדמות בטכנולוגיית ייבוש טקסטיל.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית ניהולית
פרוטוקול זה מאפשר הערכה שיטתית של ביצועי הייבוש באמצעות מיפוי של אחידות הלחות וטמפרטורת פני השטח תחת בקרה, ובכך הוא נותן מענה לפער מרכזי באופטימיזציה של תהליכי ייבוש טקסטיל ונייר. על ידי קישור פרמטרי התגreעו של האוויר (air impingement) לקינטיקת הייבוש, הוא תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית במעבר ליישום תעשייתי (scale-up) של תהליכי ייבוש. גישה זו מספקת ערך ניבוי לבחירת פרמטרי תהליך בפעולות ייבוש רציפות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות ייבוש באמצעות פיזור לחות מבוקר והדמיה תרמית.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של הכנת הדגימות לצורך הערכה הדירה של מאפייני ייבוש.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: יוצר פרופילי דעיכה כמותיים של הטמפרטורה להשוואת יעילות הייבוש בין תנאים שונים.
- ערך תפעולי: מאפשר הערכה בסביבת עיבוד נתונים רחבה (high-throughput) של השפעות מהירות האוויר, הטמפרטורה והזווית על קצבי הייבוש.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תומך במעבר ממחקרי ייבוש בקנה מידה מעבדתי לתכנון מייבשים תעשייתיים באמצעות ניתוח רגישות פרמטרים.
- ערך תפעולי: מספק מתודולוגיה הניתנת להעברה לצורך הערכת ביצועי ייבוש בחומרים דשתיים כמו בדים שאינם ארוגים או ממברנות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת באפיון תהליכים בשלבים מוקדמים, ומאפשרת קבלת החלטות מבוססות נתונים לפני הגדלת קנה המידה (scale-up) בזרימות עבודה של ייצור התלויות בתהליכי ייבוש.
- ביולוגיית גילוי: בוחן כיצד תכונות החומר ופרמטרי הייבוש מקיימים אינטראקציה המשפיעה על קינטיקת הסרת הלחות.
- סריקה: מספק פלטיים כמותיים וסטנדרטיים להשוואת ביצועי הייבוש תחת תנאים תרמודינמיים משתנים.
- אנליטיקה: מייצר מפות טמפרטורה מרחביות ומדדי שטח יבש/רטוב בינאריים להשוואה אובייקטיבית של התהליך.
- מחקר תרגומי: מגשר בין אפיון ייבוש בקנה מידה מעבתי לתיקוף בקו פיילוט באמצעות בדיקת פרמטרי פגיעה (impingement) ניתנים להרחבה.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה לשימוש חוזר להערכת ביצועי ייבוש ביישומים של טקסטיל, נייר וסרטי פולימר.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית בתהליכי ייבוש על ידי הפרדה בין אחידות הלחות לבין השפעות תרמיות.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים של השוואת לחות מבוססת לוחס (padder) וטרמוגרפיה באינפרא-אדום.
- ערך אסטרטגי: מספק מידע לתכנון מייבשים יעילים מבחינת הון על ידי זיהוי זוויות ומהירויות הפגעה אופטימליות.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר קידום של טכנולוגיות ייבוש מותאם סיכונים על ידי כימות רגישות הפרמטרים בשלב מוקדם של הפיתוח.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניתוח הדמיה תרמית ובטכניקות לטיפול בבדים.
- תלוי בגישה למצלמות תרמוגרפיה באינפרה-אדום, למכבשי יישור בדים (padders) ומערכות מותאמות להזרקת אוויר.
- מחייב סטנדרטיזציה של מדידת תכולת הלחות וויסות לחצים בכל אתרי הבדיקה.
- כולל שיקולי התאמה עבור עובי בדים, נקבוביות ותכונות תרמיות שונות.
- מוגבל על ידי הצורך בתנאי סביבה מבוקרים להבטחת קינטיקה עקבית של ייבוש.
