Como escolher o diâmetro correto do tubo para um trocador de PTFE que lida com uma pasta fibrosa?

Uma fábrica de papel ou uma indústria têxtil emite um fluxo de resíduos carregado de fibras longas, rígidas e fibrosas. Execute isso através de um trocador de calor convencional de PTFE com tubos estreitos de 6 mm e você terá a receita para um plugue rápido, total e irritante. Os fios alcançarão a entrada do tubo, criando um tapete emaranhado e a transferência de calor será interrompida. O primeiro e mais importante passo na construção do trocador é escolher um tubo grande o suficiente para que um maço de fibras do pior-caso possa viajar direto sem ficar preso. Selecionar o trocador de PTFE com diâmetro de tubo correto para pastas fibrosas é o primeiro e mais crítico passo para um sistema de resfriamento ou aquecimento confiável e de fácil manutenção.

A Lógica do Design: Sacrificando a Eficiência Térmica pela Garantia de Fluxo
Por que diâmetros pequenos são geralmente recomendados
A principal vantagem térmica de um tubo de PTFE é a sua enorme relação entre área superficial e volume, que é melhor alcançada com um diâmetro pequeno. Tubos estreitos (4-6 mm de diâmetro interno, por exemplo) acumulam mais área de transferência de calor em um determinado volume de casca, custam menos material e induzem fluxo turbulento em velocidades mais baixas. É o melhor design para fluidos limpos. Mas para uma pasta fibrosa esta lógica de calor não se aplica se os tubos ficarem obstruídos. Um tubo bloqueado não transporta calor.

A regra de ouro: diâmetro do tubo maior que o comprimento da fibra
The engineer must select a tube with an inner diameter that is much greater than the longest fibres in the slurry. A good safe place to start is a 10mm or 12mm inner diameter (ID) tube. For very long fibres (e.g., >10 mm) podem ser necessários diâmetros de 15 a 20 mm. Obviamente, isso levará a um trocador maior para a mesma carga térmica e a uma menor velocidade lateral do casco, o que pode exigir defletores adicionais ou uma taxa de fluxo total mais alta. A desvantagem é óbvia: um trocador um pouco maior e menos eficiente termicamente que realmente funciona versus um trocador pequeno e termicamente eficiente que está sempre conectado.

Para manter o fluxo de calor, os aglomerados de fibras devem poder viajar ao longo de uma grande estrada aberta; um canal estreito e tortuoso se tornará apenas um conduíte entupido e inutilizável. Ainda é necessário haver um filtro ou tela a montante para remover os detritos maiores, mas o tubo deve ser capaz de passar por quaisquer fibras que passarem.

Aspectos Técnicos para uma Operação Confiável
Velocidade no lado do tubo
A velocidade lateral do tubo também precisa ser mantida alta – normalmente acima de 2 m/s – para evitar que as fibras se acomodem ou grudem na parede do tubo. Em baixas velocidades, o acúmulo de materiais fibrosos no fundo dos tubos horizontais é causado pela gravidade, construindo gradualmente um leito que obstrui o fluxo. Velocidades mais altas (até 3–4 m/s, limitadas pela queda de pressão) mantêm as fibras em suspensão e ajudam a eliminar quaisquer acúmulos transitórios-através do trocador. Este requisito de velocidade também afeta a escolha do diâmetro do tubo, porque tubos maiores requerem uma vazão maior para produzir a mesma velocidade, e isso pode aumentar a potência necessária para o bombeamento.

Arranjo de tubos e aspectos laterais do invólucro-
No caso de pastas fibrosas no lado do tubo, o entupimento é menos necessário para o projeto do lado do casco, mas o acesso para limpeza ainda é importante. O layout do tubo quadrado é escolhido em vez do passo triangular porque fornece passagens retas e desobstruídas entre as fileiras de tubos e permite a limpeza mecânica do lado do casco em caso de incrustação. Mas o diâmetro do tubo ainda é a principal proteção contra entupimentos. Independentemente de quão perfeita seja a arquitetura, se o diâmetro do tubo for muito pequeno, nenhuma quantidade de defletor lateral do casco ou acesso para limpeza impedirá a obstrução do tubo.

Outros aspectos de design
Geometria de entrada do tubo: Um raio suave ou alargamento na entrada evita que as fibras fiquem presas em arestas vivas. Os tubos devem estar nivelados com a face do corpo do tubo, sem bordas salientes.

Tube length: A shorter tube (e.g. 1-2 m) is easier to rod out if a blockage occurs. For very long tubes (>3 m) a limpeza mecânica não é prática.

Reversibilidade O trocador deve ser construído para reversão de fluxo (ou seja, capaz de receber fluxo em qualquer direção) para que bloqueios temporários possam ser eliminados por retrolavagem-.

Diretrizes Práticas para Seleção
Comprimento máximo da fibraID mínimo recomendado do tuboUso típico < 3 mm 6-8 mm Pasta de papel fina, acabamentos têxteis
10 mm 3–6 mm Resíduos biológicos, água branca normal da indústria-de fabricação de papel
12-15 mm 6-10 mm Polpa grossa, resíduos triturados, pastas alimentares ocasionais > 10 mm 15-20 mm ou sob medida Conteúdo de trapos, fibras sintéticas longas
Os números são para uma pasta diluída (< 5% fibres by weight). Larger diameters and lower velocities are necessary at greater concentrations to avoid bridging.

A inevitável compensação-: tamanho versus entupimento
O diâmetro do tubo afeta diretamente o tamanho e o custo do trocador. A área de superfície por unidade de comprimento é proporcional ao diâmetro, portanto, para obter a mesma área de superfície para uma determinada carga térmica, um tubo com DI de 10 mm precisa de cerca de 44% mais tubos (ou tubos mais longos) do que um tubo com DI de 12 mm. Isto requer um aumento no diâmetro da casca e, portanto, nas despesas de material e produção. No entanto, o custo do tempo de inatividade regular para limpar um trocador conectado é quase sempre maior do que o prêmio de capital inicial para um tipo maior e desconectável. O tamanho do buraco geralmente é o aspecto de design mais crucial em batalhas sólidas-a{8}}sólidas.

Conclusão: vencendo a guerra contra a obstrução
The simple bold decision of a large-bore tube wins the war against plugging in a PTFE exchanger handling a fibrous slurry. Tube inlet bridging avoided with inner diameter of 10 mm or more, sufficient tube-side velocity (>2 m/s) e deformação a montante. Esta alternativa é uma solução de transferência de calor confiável, sustentável e de longa vida útil, mas rende alguma eficiência de transferência de calor e aumenta o tamanho do trocador. No caso de sólidos, o tamanho do furo é frequentemente o elemento de design mais essencial.