액체 점도가 충전기에 미치는 영향

2025년 9월 10일

소개

액체 점도 유체의 흐름 저항으로, 종종 내부 마찰로 설명됩니다. 점도가 높은 액체(진하고 흐름이 느림)는 움직임에 저항하는 반면, 점도가 낮은 액체(묽고 흐름이 자유로움)는 쉽게 움직입니다. 실제로 점도는 파스칼-초(Pa·s) 또는 센티푸아즈(cP)로 측정되며, 1cP = 0.001Pa·s(실온의 물 약 1cP)입니다. 점도는 액체가 충전 중 노즐, 펌프 및 파이프를 통과하는 방식에 큰 영향을 미칩니다. 자동 충전 라인에서는 기계 설계를 제품의 점도에 맞추는 것이 매우 중요합니다. 잘못된 기계는 충전 부정확, 처리량 감소 또는 제품 낭비로 이어질 수 있습니다. 일반적으로, 더 높은 점도는 자연스러운 흐름이 느리다는 것을 의미하므로 특별한 조치(펌프, 압력, 피스톤)가 필요합니다. 낮추다 점도가 높은 유체는 종종 중력 또는 단순 레벨 충전에 의존합니다. 이 글에서는 점도와 이것이 다양한 충전 기계에 미치는 영향, 점도 범위별 운영상의 어려움, 그리고 정밀하고 효율적인 충전을 위한 엔지니어링 모범 사례를 설명합니다.

점도의 과학

점도란 무엇인가?

점도는 유체의 전단 또는 흐름에 대한 저항을 정량화합니다. 뉴턴의 점도 법칙에서 유체 층 사이의 전단 응력은 속도 구배에 비례합니다. τ = μ (du/dy)여기서 μ(동점도)는 비례상수입니다. 따라서 점도는 액체의 "두께"를 나타냅니다. 높은 μ의 유체(꿀, 시럽)는 흐르기 위해 더 많은 힘이 필요하고, 낮은 μ의 유체(물, 알코올)는 쉽게 흐릅니다. 점도는 일반적으로 Pa·s(SI) 또는 센티푸아즈(cP)로 표시됩니다. 1 Pa·s = 1000 cP이므로 1 cP = 0.001 Pa·s입니다. 예를 들어, 20°C의 물은 약 1 cP인 반면, 일반적인 꿀의 점도는 약 2000~3000 cP입니다.

뉴턴의 점성 법칙 — 이미지 출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page

유체는 크게 두 가지 범주로 나뉩니다. 뉴턴의 그리고 비뉴턴적뉴턴 유체(물, 오일)는 전단 속도에 관계없이 일정한 점도를 가지며, 전단 응력 대 전단 속도 그래프는 선형적입니다. 가장 일반적인 유체는 비뉴턴적즉, 점도는 전단 속도 또는 시간에 따라 변합니다. 예를 들어, 케첩이나 페인트와 같은 전단 희석(가소성) 유체는 빠른 흐름에서 더 묽어지는 반면, 전단 농화 유체(옥수수 전분-물 슬러리)는 응력이 가해지면 더 점성이 높아집니다. 일부 재료(빙엄 플라스틱, 예: 마요네즈)는 흐름 전에 반드시 초과해야 하는 항복 응력을 갖습니다. 충전 기계에서는 비뉴턴 유체 거동으로 인해 펌프 속도 또는 교반기 작용에 따라 유량이 변할 수 있으므로, 장비는 이러한 변화를 수용해야 합니다.

충전 시스템의 점도 및 유동 역학

충전 시스템의 유체 역학은 점도에 따라 달라집니다. 레이놀즈 수 (Re = ρuL/μ)는 층류와 난류를 예측합니다. 높은 μ는 낮은 Re(점성력이 지배하는 층류)를 생성하는 반면, 낮은 μ 또는 높은 속도는 높은 Re(난류)를 생성할 수 있습니다. 실제로 대부분의 병입 및 포장 유동은 층류 또는 천이 유동이며, 특히 점성 제품의 경우 더욱 그렇습니다. 따라서 설계자들은 종종 점성력이 지배하는 유동을 가정합니다.

전단 응력(면적당 힘)은 펌프와 파이프에 의해 유체에 가해집니다. 뉴턴의 법칙에 따라 각 유체 층은 응력 τ = μ(du/dy)로 다른 유체 층을 미끄러져 지나갑니다. 펌프와 노즐은 이 전단 응력을 극복해야 합니다. 고점도 유체는 필요한 전단력을 생성하기 위해 더 강력한 펌프나 피스톤이 필요합니다. 반대로, 저점도 유체는 전단 응력이 적지만 고속에서 튀거나 난류를 생성할 수 있습니다.

온도는 점도에 큰 영향을 미칩니다. 대부분의 액체는 따뜻해지면 묽어집니다. 예를 들어, 꿀은 가열하면 훨씬 더 쉽게 흐릅니다. 충전 기계는 이 점을 고려해야 합니다. 약간의 온도 변화만으로도 점도가 변하여 유량이 달라질 수 있습니다. 안정적인 생산 환경에서는 온도 제어(가열 탱크 또는 주변 환경 조절)를 통해 안정적인 점도를 유지할 수 있습니다. 온도 변동이 발생하면 작업자는 종종 충전 시간, 펌프 속도 또는 배압 설정을 조정하여 이로 인한 점도 변화를 보정합니다. 일반적으로 온도를 높이면 점도가 낮아지고 흐름이 개선되므로, 매우 걸쭉한 제품(예: 따뜻한 왁스, 오일)을 예열하면 충전이 원활해질 수 있습니다.

충전기 유형 및 점도 범위

자동 충전 라인은 점도 및 제품 특성에 맞춰 다양한 기계 유형을 사용합니다. 다음은 일반적인 충전제와 각 충전제의 이상적인 점도 범위를 요약한 것입니다.

중력 필러

중력식 충진기는 충진 헤드 위에 위치한 저장 탱크를 사용합니다. 밸브가 열리면 액체가 용기 아래로 흘러 들어갑니다. 오로지 중력에 의해서고정된 시간 또는 레벨에 대해 작동합니다. 이 설계는 간단하고 경제적이지만, 자유롭게 흐르고 점도가 낮은 유체에만 적합합니다. 일반적인 용도로는 물, 주스, 우유, 그리고 묽은 액체 화학물질 등이 있습니다. 중력식 필러는 펌프가 없기 때문에 무거운 유체를 밀어낼 수 없습니다. 밸브가 열렸을 때 빠르게 흐를 수 있을 만큼 묽어야 합니다. 충전은 일반적으로 시간 제한이 있습니다(예: 밸브를 1초 동안 열면 약 100ml의 물이 충전됩니다). 특수 누수 방지 노즐이나 거품 제어 인서트를 사용하면 점도가 매우 낮은 제품의 튀는 현상과 흘러내림을 최소화할 수 있습니다.

중력 필러의 핵심 사항:

작동 원리: 높은 곳에 있는 공급 탱크, 중력에 의한 시간 기반 채우기.
점도 범위: 점도가 낮은("물처럼 묽은") 액체에만 적합합니다.
예: 병입수, 묽은 음료, 가벼운 오일, 알코올.
제한 사항: 걸쭉하거나 거품이 많은 액체에는 적합하지 않습니다. 유체가 너무 점성이 높거나 흐름이 느리면 채워지지 않습니다.

오버플로 필러(레벨 필러)

오버플로우 필러는 또 다른 저점도 용액으로, 충전량의 시각적 일관성이 중요한 투명 병에 자주 사용됩니다. 또한, 저장통을 사용하여 중력/펌핑 방식으로 액체가 채워질 때까지 충전합니다. 오버플로우 별도의 회수 라인에서 나옵니다. 실제로 이중 섹션 노즐은 병을 설정된 높이까지 채운 후, 초과된 액체(및 거품)는 공급 탱크로 다시 흘러 들어갑니다. 이렇게 하면 모든 용기가 동일한 높이까지 채워집니다. 제품이 원활하게 넘칠 수 있어야 하므로, 오버플로우 필러는 낮거나 중간 정도의 점도를 필요로 합니다. 일반적으로 물 같은 액체, 시럽 또는 매우 묽은 소스가 필요합니다. 매우 걸쭉하거나 입자가 많은 액체는 처리할 수 없습니다(이러한 액체는 오버플로우 밸브를 막을 수 있습니다).

오버플로 필러의 핵심 사항:

작동 원리: 수평이 될 때까지 채우고, 초과분은 탱크로 다시 배출합니다(수위 감지/노즐).
점도 범위: 낮음에서 중간 점도(물에서 시럽)에 가장 적합합니다. 진한 크림이나 고형분에는 적합하지 않습니다.
예: 주스, 소다, 가벼운 소스, 화학 물질, 거품 세척제.
장점: 일관된 수준의 외관을 유지하며, 용기 용량이 변하더라도 자동으로 충전 높이를 조절합니다.
제한 사항: 점도가 높거나 펄프가 많은 제품에는 사용할 수 없습니다. 오버플로우 라인에는 이물질이 없어야 합니다.

펌프 필러(기어/로브/펌프 구동)

펌프 충진기는 용적식 펌프(종종 기어 펌프, 로브 펌프 또는 연동 펌프)를 사용하여 액체를 공급원에서 용기로 옮깁니다. 기어 펌프 충진기에서는 각 회전 기어가 회전당 고정된 용량(체적 충진)을 이송합니다. 로브 펌프는 로브 로터 사이에 유체 주머니를 가두는 방식으로 유사하게 작동합니다. 펌프 유형은 제품의 점도와 감도에 맞게 선택됩니다. 기어 펌프와 로브 펌프는 광범위한 점도중간 정도의 시럽부터 고형분만 없다면 고형분 함량이 높은 페이스트까지 다양한 제품을 생산할 수 있습니다. 펌프 회전 수를 세어 일정한 용량을 유지합니다. 일반적으로 각 펌프는 서보 모터로 구동되어 정확한 속도 제어와 유체 해머 현상 없이 부드러운 시동/정지가 가능합니다.

펌프 필러의 핵심 사항:

작동 원리: 양적식 펌프는 호퍼/드럼에서 유체를 끌어올려 사이클당 정해진 양을 분배합니다.
점도 범위: 중간에서 높은 점도(시럽, 오일, 크림, 입자가 작은 슬러리)를 처리합니다.
예: 샐러드 드레싱, 모터 오일, 글리세린, 샴푸, 입자가 작은 일부 식품.
장점: 높은 정확도와 반복성(기어의 펄스 타이밍)으로 연속 작동이 가능합니다. 기어/로브 펌프는 다른 펌프보다 마모성 또는 전단성 액체에 대한 내성이 우수합니다(유체는 로터 사이를 단순히 흐릅니다). 서보 드라이브를 사용하면 기계 사이클과 관계없이 충전 속도를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
제한 사항: 중력/오버플로우 방식보다 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 소음이 발생할 수 있으며, 유체나 고형물이 많은 경우 장시간 작동 시 막힘 위험이 있습니다. 펌프 충전 시에는 시동/정지 시 누수 방지 밸브가 필요할 수 있습니다.

피스톤 필러

피스톤(플런저) 필러는 실린더와 피스톤 메커니즘을 사용하여 제품을 계량합니다. 각 사이클마다 피스톤이 후퇴하여 유체를 챔버로 끌어들인 후 전진하여 일정량의 유체를 배출 노즐을 통해 배출합니다. 이러한 용적식 변위 작용은 매우 강력하여 피스톤 필러를 다음과 같은 용도로 이상적입니다. 매우 높은 점도의 유체 또는 큰 부유 고형물이나 미립자가 포함된 것도 포함됩니다. 용량은 피스톤의 행정 길이에 따라 설정되므로 유체 점도에 관계없이 정확한 충전 용량을 제공합니다. 많은 탁상형 또는 인라인 피스톤 충진기는 대형 자동 라인에 장착될 수 있습니다.

피스톤 필러의 핵심 사항:

작동 원리: 흡입(피스톤 수축)으로 실린더가 채워진 다음, 피스톤이 압력을 가해 액체를 분배합니다.
점도 범위: 중간~높은 점도에서 높은 점도(케첩, 크림, 페이스트, 젤, 덩어리가 있는 소스)에 적합합니다.
예: 케첩, 꿀, 로션, 페인트, 요구르트, 진한 소스.
장점: 매우 정확한 정량 주입으로, 중력이나 부드러운 흐름에 의존하지 않고 걸쭉하고 입자가 큰 제품을 처리할 수 있습니다. 병이나 큰 용기를 채우는 데 적합합니다.
제한 사항: 사이클 기반(기어 펌프처럼 연속 작동 불가) - 속도는 피스톤 속도에 따라 제한됩니다. 기계적 복잡성(밸브, 씰)이 높아 유지 보수가 더 필요합니다. 속도가 높으면 피스톤이 전단에 민감한 제품에 전단을 일으킬 수 있습니다.

페리스탈틱(튜브) 필러

연동식 필러는 회전하는 롤러 사이에 끼워진 유연한 호스나 튜브를 사용합니다. 각 롤러가 압착될 때 유체가 앞으로 밀려나가고 그 뒤에 진공이 형성되어 정밀한 계량이 가능합니다. 제품이 펌프 부품이 아닌 튜브에만 닿기 때문에 위생성이 매우 뛰어나며 민감하거나 위험한 유체에 적합합니다. 연동식 필러는 저점도에서 중점도의 액체와 소량 충전(예: 생명공학, 제약, 화장품)에 자주 사용됩니다.

페리스탈틱 필러의 핵심 사항:

작동 원리: 유체는 닫힌 튜브에 담겨 있으며, 회전하는 롤러가 튜브를 따라 유체를 "밀어" 분배합니다.
점도 범위: 저점도에서 중점도(묽은 액체부터 크리미한 액체까지)에 적합합니다. 튜브 저항이 높아져 매우 걸쭉한 페이스트는 만들기 어렵습니다.
예: 멸균된 의약품, 시약, 고순도 화학물질, 섬세한 향료, 일부 젤.
장점: 매우 깨끗하며(막힐 밸브 없음), 튜브 교체 및 살균이 간편합니다. 전단에 민감한 액체 및 슬러리에 순하며, 적절한 튜브를 사용할 경우 부식성/마모성 유체도 처리할 수 있습니다. 기어 이빨 수 또는 시간에 따라 정확한 주입량을 제공합니다.
제한 사항: 유량이 제한되어 있어(충전 헤드당 튜브 1개) 고속 대량 충전에는 적합하지 않습니다. 튜브는 마모성 부품입니다. 점도가 매우 높은 경우에는 적합하지 않습니다(호스가 너무 두꺼우면 압착이 잘 되지 않을 수 있음).

점도 등급별 운영 과제

각 점도 등급은 충전 라인에서 서로 다른 과제를 제기합니다.

낮은 점도(묽은 액체): 물처럼 묽은 액체(물, 알코올, 산)는 빠르게 움직이기 때문에 충전 시 내용물이 튀거나 떨어질 수 있습니다. 주의 깊게 제어하지 않으면 빠른 충전으로 인해 용량이 초과되거나 튀는 현상이 발생할 수 있습니다. Apex Filling Systems는 "묽은 액체는 제대로 제어하지 않으면 과충전 및 튀는 현상이 발생할 수 있습니다."라고 설명합니다. 사이클 간 노즐에서 액체가 새어 나오거나 침전이 일정하지 않은 것은 흔한 문제입니다. 충전 시간을 조절하고 흘림 방지/배수 밸브가 없는 노즐을 사용하는 것이 중요합니다. 거품이 발생할 수도 있으므로(예: 맥주, 세제) 거품 제어 장치 또는 초기 충전 속도를 느리게 해야 할 수 있습니다. 일반적으로 저점도 충전에는 과도한 액체를 잡아 낭비를 방지하기 위해 밸브 타이밍을 정밀하게 조절하거나 오버플로우 시스템을 사용해야 합니다.

중간 점도(반유동체): 반점성 제품(시럽, 액상 비누, 소스)은 흐름 속도가 느리고 비뉴턴 유체 거동을 보일 수 있습니다. 유속은 다양할 수 있습니다. 예를 들어, 음료 농축액과 같은 전단 희석 유체는 펌프 압력 하에서 묽어지므로 스트로크 중에는 유속이 증가하다가 전단이 감소함에 따라 유속이 느려질 수 있습니다. 이러한 점도 변동은 고려하지 않으면 계량의 일관성을 떨어뜨릴 수 있습니다. 거품 발생도 가능합니다(다양한 세척액, 맥주, 탄산음료 또는 탄산 소스). 전단에 민감한 제품(특정 크림이나 폴리머 용액 등)은 너무 세게 펌핑하면 점도가 떨어질 수 있습니다. 펌프/노즐을 신중하게 선택하는 것이 도움이 됩니다. 민감한 유체에는 부드러운 연동식 또는 저전단 회전식 펌프를 사용할 수 있습니다. 제조업체는 안정적인 흐름을 유지하기 위해 펌프 속도 제어와 조절 가능한 배압을 함께 사용하는 경우가 많습니다. 메모: Apex는 "거품성, 전단 민감도 및 기타 사양과 같은 미묘한 차이가 특정 충전기 유형을 선택하는 데 영향을 미칠 수 있다"고 말하며, 중간 점도 제품에는 종종 맞춤형 솔루션(예: 탈기, 거품 센서 또는 특수 노즐 설계)이 필요하다고 강조했습니다.

높은 점도(진한 액체): 매우 점성이 높은 유체(크림, 젤, 페이스트)는 흐름이 느리고 가장 큰 문제를 야기합니다. 펌프가 사이클 종료 전에 실린더를 완전히 비우지 못해 언더필이나 에어 포켓이 발생할 수 있습니다. 노즐이 제품을 막히거나 끌어당길 수 있으므로 넓은 구경과 누수 방지 기능이 필요합니다. 세척이 어렵습니다. 잔여물이 벽에 달라붙기 때문에 CIP(Clean-in-Place) 시스템과 견고한 씰이 필요합니다. 고점도 충전은 모터나 피스톤에서 훨씬 더 큰 힘(토크)을 필요로 합니다. 압력이 충분하지 않으면 충전 시간이 짧아질 수 있습니다. 실제로 "진한 액체는 적절한 압력 없이 완전히 토출되지 않아 용기가 언더필될 수 있습니다." 이러한 문제를 해결하기 위해 기계는 용적식 변위 장치(피스톤 또는 고압 펌프)를 사용하고 노즐을 더 크게 제작하여 가열 또는 진동시키는 경우가 많습니다. 과도한 전단력은 유체를 가열하거나 질감을 저하시킬 수도 있습니다. 고점도 제품을 충전한 후에는 세척에 시간이 많이 소요되며, 끈적끈적한 잔여물은 플러싱하거나 기계로 긁어내야 할 수 있습니다. (모든 점성 등급에 대해 깨끗한 공급 및 펌프 설계가 중요합니다.)

요약하자면, 저점도 과제는 다음과 같습니다. 너무 빠른 흐름과 튀는 물, 중간 점도의 과제는 다음과 같습니다. 흐름 불안정성 및 거품, 그리고 고점도의 과제는 다음과 같습니다. 불완전한 충전, 막힘 및 높은 구동 요구 사항적절한 기계 선택 및 튜닝을 통해 이러한 문제를 완화할 수 있습니다. 예를 들어, 묽은 액체에는 오버플로우 또는 거품 제어 노즐을 사용하고, 걸쭉한 액체에는 넓고 짧은 노즐이 있는 피스톤 필러를 사용합니다.

기계 선택을 위한 엔지니어링 고려 사항

엔지니어는 특정 액체에 대한 충전기를 선택하거나 설계할 때 점도가 거의 모든 구성 요소에 어떤 영향을 미치는지 고려해야 합니다.

펌프/드라이브 크기: 점도가 높으면 더 크고 느린 펌프나 고하중 피스톤이 필요합니다. 펌프의 토출량(회전당 용적)은 유체 저항을 극복해야 합니다. 점성 유체를 이송하는 능력 때문에 기어 펌프나 로브 펌프가 선택되는 경우가 많지만, 이러한 펌프는 높은 토크(즉, 더 큰 모터나 기어박스)를 필요로 합니다. 서보 구동 펌프와 피스톤이 일반적으로 사용되는데, 서보는 유체에 맞춰 속도와 토크를 정밀하게 제어할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 기어 펌프 필러는 일반적으로 서보 구동 방식으로 작동하여 펌프 회전을 기계 사이클과 관계없이 정밀하게 제어할 수 있습니다.
노즐 형상: 점도는 노즐 크기와 모양을 결정합니다. 묽은 액체는 작고 빠른 노즐을 사용할 수 있습니다. 묽은 액체는 더 넓은 보어 마찰과 흘러내림을 줄이기 위해 노즐을 짧게 사용하는 경우가 많습니다. 점성이 있는 제품의 경우 용기 입구에 맞는 가장 큰 노즐을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 일부 기계는 조절식 노즐이나 다단 노즐(더 미세한 조절 인서트가 있는 큰 구멍)을 사용합니다. 흐름이 멈췄을 때 "끈"이 걸리는 현상을 방지하기 위해 흘러내림 방지 밸브나 차단 플런저도 중요합니다.
채우기 속도: 고점도 유체는 완벽한 토출을 보장하고 압력 스파이크를 줄이기 위해 충전 속도를 낮춰야 합니다. 공압 또는 서보 제어는 유체가 모든 라인에서 충분히 배출될 수 있도록 충전 시간을 충분히 길게 조정해야 합니다. 진한 크림과 페이스트의 경우, 하향식 채우기 (용기 바닥에 노즐이 있고, 충전이 진행됨에 따라 상승하는) 방식은 기포를 최소화하는 데 자주 사용됩니다. 일반적으로 점성 제품의 생산 속도(분당 용기 수)는 낮아집니다. 엔지니어는 다음을 사용하여 유량을 계산합니다. $큐 = 에이 다섯$ (면적 × 속도) 따라서 점도가 속도를 절반으로 줄이면 시간은 두 배로 늘어나거나 노즐 면적이 증가해야 합니다. 느린 램프업 프로파일(소프트 스타트)은 갑작스러운 압력 상승을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
양성 변위 대 중력: 특정 점도 한계점을 넘는 제품은 중력이나 압력 중력이 부족하기 때문에 일반적으로 용적식 펌프(기어, 로브, 피스톤)가 필요합니다. "양변위 필러"는 무게나 유량이 아닌 부피로 계량하는 기계(기어 펌프, 피스톤, 연동식)를 말합니다. 이러한 기계는 점성 제품 취급에 적합합니다. 저점도 제품의 경우, 더 간단한 "무게 충전" 시스템(순중량 충전기)이나 체적 유동 충전 시스템이 적합할 수 있습니다. 선택은 액체가 자체 무게로 흐르는지 여부에 따라 달라집니다.
가열 및 점도 제어: 많은 응용 분야에서 묽은 점성 액체에 가열 재킷이나 인라인 히터를 추가하여 최적의 충전 온도를 유지합니다. 일관된 온도 제어는 점도 변동을 방지합니다. 예를 들어, 소스의 점도를 좁은 범위 내로 유지하려면 40°C로 유지해야 합니다. 일부 충전기에는 호퍼 또는 노즐에 히터가 내장되어 있습니다. 가열이 불가능한 경우, 기계가 충전 매개변수를 동적으로 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 온도가 떨어지고 점도가 상승하면 PLC가 충전 시간을 늘리거나 펌프 토크를 증가시킬 수 있습니다. 포장 가압 개념은 종종 온도 피드백을 사용하여 조정합니다.
재료 및 씰: 고점도 또는 연마성 제품(미립자가 포함된 페이스트나 끈적끈적한 접착제 등)은 기계를 마모시킬 수 있습니다. 부품은 스테인리스강 또는 내마모성 합금 소재여야 하며, 팽창하거나 들러붙지 않는 견고한 씰(고하중 개스킷, O-링)을 사용해야 합니다. 일부 연마성 오일은 펌프 기어에 특수 코팅이 필요합니다. 엔지니어는 화학적 호환성(예: 씰에 부식성 화학 물질 또는 경화되는 당류)을 확인해야 합니다. 또한 나사산 피팅, 튜브 및 호스는 과도한 압력 손실이나 막힘을 방지할 수 있는 크기를 가져야 합니다.
센서 및 제어: 점성 배관의 경우, 센서(유량계, 역압 조절기)가 더 자주 사용됩니다. 하류 유량계는 점도 변화에도 불구하고 정확한 용량이 토출되었는지 확인할 수 있습니다. 호퍼의 레벨 센서는 펌프의 고갈을 방지합니다. 일부 시스템은 압력 센서를 사용하여 노즐 막힘(고압)이나 펌프 충전 불량(압력 강하)을 감지합니다.

결론적으로, 고점도 응용 분야에서는 설계자들이 서보 제어식 용적식 펌프, 폭이 넓거나 가열된 노즐, 느린 사이클, 그리고 견고한 소재를 사용하게 됩니다. 저점도 응용 분야에서는 더 빠르고 간단한 시스템을 사용할 수 있지만, 세심한 비산 방지 설계가 필요합니다. 적절한 엔지니어링을 통해 자동 충전 라인이 점도 변화에도 원활하게 작동하도록 할 수 있습니다.

모범 사례 및 최적화 팁

점도 범위 전반에 걸쳐 일관되고 정확한 충전을 달성하기 위해 공장에서는 다음과 같은 몇 가지 모범 사례를 사용합니다.

유량 및 압력 보정: 항상 실제 제품을 사용하여 기계를 교정하십시오. 유량계 또는 계량 피드백을 사용하여 펌프 속도와 밸브 타이밍을 조정하십시오. 각 유체/온도에 대한 최적의 설정을 기록하십시오. 예를 들어, mL당 회전수를 계산하여 기어 펌프를 교정하면 점도로 인한 미끄러짐을 보정할 수 있습니다. 의가소성 유체는 10ml/s와 100ml/s에서 다르게 거동할 수 있으므로 최대 생산 속도에서 충전을 검증하십시오.
적절한 노즐을 선택하세요: 저항을 최소화하려면 용기에 맞는 가장 큰 노즐 직경을 사용하십시오. 용기가 큰 경우, 튀는 것을 줄이기 위해 확장형 또는 하향식 노즐을 사용하십시오. 묽은 액체의 경우, 흘러내림 방지 밸브나 접이식 노즐을 사용하면 흐름을 깨끗하게 마무리할 수 있습니다. 끈적이는 액체의 경우, 제품이 쌓이는 것을 방지하기 위해 코팅 또는 PTFE 코팅 노즐을 사용하는 것이 좋습니다.
채우기 속도 및 프로필 최적화: 고점도 유체의 경우, 충전 속도를 늦추십시오. 공기를 밀어내고 기포 발생을 방지하기 위해 상향식(용기 바닥에 노즐 설치) 충전이 권장됩니다. 다단계 충전을 사용하십시오. 액체가 흐르도록 처음에는 빠르게 충전하고, 용기가 채워짐에 따라 속도를 줄여 넘침을 방지하십시오. 필요한 경우, 충전이 끝난 후 유체가 가라앉을 수 있도록 체류 시간을 두십시오. 거품이 발생하기 쉬운 유체의 경우, 충전 후 기포가 올라오도록 잠시 멈추거나, 충전 전 진공 탈기 방식을 사용하십시오.
온도 조절 유지: 온도에 따라 점도 변화가 큰 제품의 경우 온도를 안정시키십시오. 가열 방식을 사용하는 경우, 최적의 점도 범위(저온 충전 라인의 경우 제품의 유동점 근처)로 설정하십시오. 또는, 충진 구역을 기후가 조절되는 실내에서 작업하십시오. 가능하면 점도 대 온도 곡선을 기록하고, 그에 따라 기계 매개변수를 조정하십시오.
CIP(Clean-in-Place) 및 위생: 점성 잔류물은 배관과 밸브 내부에 달라붙습니다. 세척이 용이하도록 시스템을 설계하세요. 제품이 고일 수 있는 사각지대를 최소화하세요. CIP 스프레이 볼, 고압 세척, 그리고 제품과 호환되는 강력한 세제를 사용하세요. 사용 후에는 호스와 노즐을 용제나 뜨거운 물로 세척하세요. 정기적인 유지보수 점검을 받으세요. 개스킷, 씰, 밸브는 점도가 높은 유체로 인해 마모가 더 빨리 진행됩니다. Icon Equipment는 이 부분에서 연동식 시스템이 유리하다고 지적합니다. 튜브를 빠르게 교체하고 배치 사이에 부품을 살균할 수 있기 때문입니다. CIP를 사용하더라도 점성이 높은 유체의 경우 수동 세척이나 분해가 필요한 경우가 있습니다.
사전 충전 컨디셔닝을 사용하세요: 액체를 채우기 전에 공기를 제거하십시오. 예를 들어, 진공 탱크에서 시럽이나 소스를 탈기하면 충전 중 기포 발생을 줄일 수 있습니다(기포는 정확도에 영향을 미칩니다). 일부 피스톤 필러는 제품을 채우기 전에 실린더에 약간의 진공을 생성하는데, 이는 공기 주입을 방지하는 데에도 도움이 됩니다.
하향식 채우기 구현: 앞서 언급했듯이, 이 기술(노즐이 바닥에 있고 위로 올라가는 방식)은 점성 제품에 공기가 튀거나 갇히는 현상을 줄이는 데 효과적입니다. 특히 크림이나 젤을 사용하는 피스톤 필러나 노즐 전용 필러에 유용합니다.
점도 변화 모니터링: 일부 공정에서는 시간이 지남에 따라 액체가 걸쭉해질 수 있습니다(예: 중합, 침전). 가능하면 점도를 주기적으로 측정하고 충진제를 조정하십시오. 자동 점도계 프로브를 공급 라인에 설치할 수 있습니다(종종 R&D 또는 고부가가치 공정).
기차 운영사: 직원들이 점도가 충전에 미치는 영향을 이해하도록 하십시오. 온도 편차나 새로운 용기 크기로의 전환과 같은 간단한 조치는 경고할 수 있습니다. 표준 운영 절차(SOP)에는 점도 점검 및 기계 조정이 포함되어야 합니다. 작업자들이 편차(예: "이 배치는 7월보다 12월에 더 느리게 주입되었습니다")를 기록하고 이에 적응하도록 장려하십시오.

이러한 관행을 준수함으로써 제조업체는 까다로운 유체에서도 자동 충전 라인을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 점도가 변할 때마다 유량, 노즐 높이, 타이밍을 재평가해야 합니다. 목표는 항상 균일한 충전을 유지하고 공정을 효율적으로 운영하여 조정으로 인한 가동 중단 시간을 최소화하는 것입니다.