Üstten monte edilen bir manyetik karıştırıcı seçilirken motor gücü yalnızca denklemin bir parçasıdır. Karıştırıcı ayrıca sıvının direncini yenmek ve işlem süresince gerekli çark hızını korumak için yeterli tork üretmelidir.
Tork, çarkın akışkanı hareket ettirmesini sağlayan dönel kuvvettir. Mevcut tork yetersizse karıştırıcı başlamakta zorlanabilir, hedef hızına ulaşamayabilir veya aşırı yükleme altında bağlantının kopabileceği tasarımlarda manyetik bağlantı kayması yaşayabilir.
Manyetik karıştırıcılar için seçim süreci iki ilişkili soruyu içerir: karıştırma işlemi ne kadar tork gerektirir ve manyetik bağlantı, öngörülen çalıştırma koşulları altında güvenilir bir şekilde ne kadar tork iletebilir?
Bu soruların yanıtları akışkanın özelliğine, çark tasarımına, çalışma hızına, kap konfigürasyonuna ve başlatma ile işleme sırasında meydana gelen değişikliklere bağlıdır.
Sıvı Viskozitesi ve Akış Direnci
Viskozite, karıştırıcı torkunu etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Su benzeri çözelti gibi düşük viskoziteli sıvılar, yoğun şuruplar, polimer çözeltileri, kremler ve bazı kimyasal ara ürünler gibi viskoz sıvılara göre çark dönmeye genellikle daha az direnç gösterir.
Viskozite arttıkça, çarkın dolaşımı sürdürmesi için aşması gereken akışkan direnci de artar. Elde edilen tork gereksinimi yalnızca viskozite değerine değil, aynı zamanda çark tarafından oluşturulan akış desenine de bağlıdır.
Newton tipi akışkanlar için viskozite sabit sıcaklık ve basınç altında yaklaşık olarak sabit kalır. Newton olmayan akışkanlar için ise görünen viskozite kayma hızına göre değişebilir. Örneğin bir kayma incelten formülasyon, dolaşım kurulmadan önce düşük kayma hızlarında harekete karşı daha güçlü bir direnç gösterebilir; ancak dolaşım başladıktan sonra bu direnç azalabilir.
Bu ayrım, reolojik davranışı suyunkinden farklı olan kozmetik formülasyonlar, yoğun biyolojik çözeltiler veya diğer akışkanlar için manyetik bir karıştırıcı seçerken önemlidir. Tek bir koşulda ölçülen bir viskozite değeri, çarkın başlatma veya işletme sırasında yaşadığı yükü tam olarak yansıtmayabilir.
Sıcaklık da dikkate alınmalıdır. İşlem sıvısı soğudukça daha viskoz hâle geliyorsa, karıştırıcı normal işletme sıcaklığındaki hedef değerlerde çalışırken yaşadığının aksine soğuk başlatma sırasında daha yüksek bir yüke maruz kalabilir.
Çark Çapı, Geometrisi ve Çalışma Hızı
Çark, dönel enerjinin sıvıya nasıl aktarıldığını belirler. Çapı, kanat şekli, kanat açısı ve pompalama özellikleri tümüyle gerekli torku etkiler.
Daha büyük bir çark genellikle daha fazla sıvı hacmiyle etkileşime girer ve karıştırma yükünde önemli bir artışa neden olabilir. Bu nedenle çark çapını artırmak yalnızca dolaşımı iyileştirmek için bir yöntem değildir; aynı zamanda tahrik sistemi üzerindeki mekanik talepleri de artırabilir.
Çalışma hızı da benzer şekilde önemli bir etkiye sahiptir. Daha yüksek dönel hız bazı uygulamalarda dolaşımı ve dağıtımı iyileştirebilir; ancak aynı zamanda karıştırma işlemi tarafından talep edilen gücü de artırır.
Türbülanslı karıştırma için yaklaşık ilişki şöyledir:
P=N_P\rho N^3D^5
burada:
- (P), karıştırma için gereken güçtür.
- (N_P), çark güç sayısıdır.
- (\rho), sıvı yoğunluğudur.
- (N), saniyedeki devir sayısı cinsinden dönel hızdır.
- (D), çark çapıdır.
Bu denklem, çark boyutlarının ve hızının birlikte değerlendirilmesinin neden gerekli olduğunu gösterir. Denklem, ilgili türbülanslı akış rejimi ve çark konfigürasyonuyla ilişkili varsayımlar altında geçerlidir; laminar veya geçişsel karıştırma durumlarına doğrudan uygulanmamalıdır.
Tork ile güç ilişkilidir ancak birbirleriyle değiştirilemez. Belirli bir dönel hızda daha yüksek güç talebi, daha yüksek tork talebini de beraberinde getirir. Dolayısıyla bir çark ve hız kombinasyonu seçerken hem istenen karıştırma performansı hem de tahrik sisteminin tork kapasitesi dikkate alınmalıdır.
Sıvı Yoğunluğu ve Katı Yükü
Sıvı yoğunluğu, sıvıyı hızlandırmak ve dolaşımını sağlamak için gereken güç miktarını etkiler. Diğer koşullar eşit tutulduğunda türbülanslı akış ortamında daha yoğun bir sıvı genellikle daha fazla karıştırma gücü gerektirir; bu da aynı dönel hızda daha yüksek bir torka dönüşür.
Kap içinde askıda katılar olduğunda etki daha karmaşık hâle gelir. Karıştırıcı sıvı ile partikülleri birlikte dolaşıma sokmak, çökeltiyi önlemek veya belirli bir askı durumunu korumak zorunda kalabilir. Elde edilen yük, partikül konsantrasyonuna, boyutuna, yoğunluk farkına ve gerekli askı seviyesine bağlıdır.
Örneğin, küçük miktarda kolayca çözünebilen bir tozu suda çözmek, yüksek konsantrasyonda yoğun partiküllerin askıya alınmasıyla karşılaştırıldığında farklı bir karıştırma zorluğu oluşturur. Son durumda karıştırıcı özellikle katıların kap tabanında çöktüğü soğuk başlatma sırasında daha yüksek bir yüke maruz kalabilir.
Çamur hazırlığı veya katı-sıvı karıştırma için manyetik bir karıştırıcı belirtildiğinde mühendisler, beklenen katı konsantrasyonunu ve ekipmanın boşta geçirdiği bir süre sonrasında yeniden başlatılması gerekip gerekmediğini değerlendirmelidir. Kurulmuş bir askı durumunu sürdürebilmek için gereken tork ile çökmüş malzemeyi harekete geçirmek için gereken tork arasında önemli farklar olabilir.
Kap Geometrisi ve İç Akış Koşulları
Tork gereksinimleri yalnızca sıvı özelliklerine ve çark boyutlarına dayanarak belirlenemez. Kap kendisi de akış desenini ve çarkın karşılaştığı direnci etkiler.
Kap çapı, sıvı derinliği, çark açıklığı, bafllar ve iç bileşenlerin konumu tümüyle dolaşımı etkiler. Örneğin bafllar, toplu dönme hareketini bastırarak daha etkili bir karıştırma sağlayabilir; ancak aynı zamanda akış alanını değiştirir ve belirli koşullarda gereken gücü artırabilir.
Çarkın kap tabanına çok yakın bir konumda yerleştirilmesi, daha yüksek bir açıklıkta monte edilmiş bir çarktan farklı davranış sergileyebilir. İç bobinler veya diğer engeller bulunan bir kapta yerel akış direnci ve dolaşım desenleri de değişebilir.
Bu nedenle üstten monte edilen bir manyetik karıştırıcı için montaj düzeni, kap tasarımıyla birlikte değerlendirilmelidir. Amaç yalnızca çarkı döndürecek kadar tork sağlamaktan ibaret değildir; çalışma hacminin tamamında gerekli karıştırma desenini oluşturmak da amaçtır.
Başlatma Torku ve İşlem Süresince Meydana Gelen Değişimler
En kolay gözden kaçırılan faktörlerden biri, başlatma ile sürekli durum arasındaki farktır.
Başlatma anında çark duruş hâlinden hızlanmalı ve dolaşım kurulmalıdır. Gerekli tork, dönen bileşenleri hızlandırmak için gereken torkun yanı sıra sıvının oluşturduğu direnci de içerir. Yüksek viskoziteli sistemlerde ya da çökmüş katılar içeren kaplarda süreç yükü özellikle zorlayıcı olabilir.
Yük ayrıca bir parti içinde de değişebilir. Toz ilavesi geçici olarak katı konsantrasyonunu artırabilir, bir reaksiyon sıvının viskozitesini değiştirebilir ve soğuma akışkan özelliklerini etkileyebilir. Bir aşamada kolayca karışan bir formülasyon, daha sonraki bir aşamada oldukça farklı bir yük oluşturabilir.
Bu nedenle karıştırıcı seçimi, yalnızca ortalama yükü değil, beklenen en zorlu işletme koşulunu temel almalıdır. Mühendisler, en yüksek tork talebinin soğuk başlatma sırasında mı, ilk toz dağıtımında mı, çökmüş katıların askıya alınmasında mı yoksa sürecin daha sonraki bir aşamasında mı gerçekleştiğini belirlemelidir.
Manyetik Bağlantı Kapasitesi ve Motor Seçimi
Bir manyetik karıştırıcının iki önemli tork sınırı vardır: tahrik sisteminin sağladığı tork ve manyetik bağlantının iletebildiği tork.
Motor ve gerektiğinde redüktör, öngörülen işletme hızında gerekli çıkış torkunu sağlamalıdır. Aynı zamanda manyetik bağlantı, belirtilen işletme koşulları altında nominal kapasitesini aşmadan bu torku iletmelidir.
İşlem direnci bağlantının iletim kapasitesini aşıyorsa, bazı manyetik tahrik tasarımları senkronizasyon kaybedebilir veya bağlantı kayması yaşayabilir. Bu durum, motorun kendisinin yeterli nominal gücü olsa bile karıştırma işlemini kesintiye uğratabilir.
Daha büyük bir motor otomatik olarak sorunu çözmez. Manyetik bağlantı yetersiz boyutlandırılmışsa, yalnızca motor gücünü artırmak gerekli torkun çarka ulaşmasını sağlamaz. Tersine, süreç yükü değerlendirilmeden gereğinden büyük bir bağlantı ve motor seçmek, ekipman maliyetini artırırken gerçek karıştırma sonucunu iyileştirmeyebilir.
Bu nedenle sağlam bir teknik tanım, motor çıkışı, redüktör oranı, bağlantı tork kapasitesi, işletme hızı ve beklenen tepe yükünü koordine edilmiş bir sistem olarak değerlendirir. Üreticinin tork değerleri ve işletme sınırları, seçilen yapılandırma için kontrol edilmelidir.
Manyetik Bir Karıştırıcı İçin Gerekli Torkun Nasıl Belirlendiği
Pratik bir tork değerlendirmesi, motor plakası yerine prosesle başlar.
İlk olarak, viskozite, yoğunluk ve gerekliyse Newton olmayan davranışlar da dahil olmak üzere beklenen işletme sıcaklığı aralığında sıvı özelliklerini tanımlayın. Ardından çalışma hacmini, kap boyutlarını, çark tipini, çapını ve hedef hızını belirleyin.
Proses mühendisi daha sonra başlatma, toz ilavesi, katıların askıya alınması veya işleme sırasında viskozitede meydana gelen değişiklikler gibi en zorlu işletme aşamasını belirlemelidir. Kurulmuş çark tasarımları için uygun güç sayısı ilişkileri veya üretici tarafından doğrulanmış hesaplamalar, karıştırma gücünün tahmin edilmesine yardımcı olabilir. Karmaşık reoloji, özel kap geometrisi veya zorlu askı görevleri için bilgisayar analizi veya test uygun olabilir.
Gerekli karıştırma gücü tahmin edildikten sonra karşılık gelen çalışma torku aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
T=\frac{P}{2\pi N}
burada (T), newton-metre cinsinden torktur; (P), watt cinsinden güçtür; (N), saniyedeki devir sayısı cinsinden dönel hızdır.
Bu ilişki, belirli bir hızda güçle ilişkili torku tanımlar. Başlatma ivmesi, geçici yükler, iletim kayıpları ve tasarım payları ayrı ayrı değerlendirilmelidir. Elde edilen sonuç daha sonra hem tahrik çıkışı hem de manyetik bağlantı kapasitesiyle karşılaştırılmalıdır.
Tork Kapasitesinin Gerçek Prosesle Uyumlandırılması
Bir manyetik karıştırıcının tork gereksinimi, sıvı özelliklerinin, çark tasarımının, dönel hızın, kap geometrisinin, katı yükünün ve işletme koşullarının birleşik etkisiyle belirlenir. Bu faktörler birbiriyle etkileşime girer; dolayısıyla tek bir tasarım parametresini değiştirmek hem gerekli torku hem de elde edilen karıştırma performansını etkileyebilir.
Üstten monte edilen manyetik karıştırıcılar için doğru boyutlandırma, çark ve tahrik sistemini proses yüküne uyarlamakla birlikte manyetik bağlantının gerekli torku iletebilmesini sağlamak anlamına gelir. Bu yaklaşım, yetersiz güçlü karıştırma sistemlerini, gereğinden fazla büyük boyutlandırmayı ve aşırı işletme yüklerinden kaynaklanan kesintileri önler.
Yüksek viskoziteli formülasyonlar, değişken parti koşulları veya askıda katılar içeren uygulamalarda ekipman tedarikçisine gerçek proses detaylarının sağlanması, uygun bir karıştırıcı konfigürasyonu seçmeye yönelik önemli bir adımdır.
