Como determinar o raio de curvatura mínimo viável para um aquecedor PFA que será instalado em uma porta de passagem curva?

As portas de entrada do tanque são geralmente curvas ou têm folga limitada, de modo que os aquecedores de PFA devem contornar os impedimentos. O raio de curvatura mínimo praticável de um aquecedor PFA é definido por três fatores: diâmetro do tubo, espessura da parede e tensão admissível sem ruptura. O raio de curvatura mínimo sugerido (até a linha central do tubo) para um aquecedor PFA convencional de diâmetro externo de 25 mm com parede de 2,0 mm é de 200 mm (8 × diâmetro externo). Para paredes mais finas (1,5 mm) o raio pode ser reduzido para 150 mm (6 x DE). Para diâmetros maiores (32 mm DE) o raio mínimo aumenta para 250-300 mm (8-9× DE). Se esses raios forem dobrados com mais força, o raio externo será muito tenso, o que pode levar a deformações irreversíveis, adelgaçamento da parede e rachaduras por tensão durante o ciclo térmico. Os aquecedores PFA não devem ser dobrados no campo. Devem ser usados ​​aquecedores pré-dobrados do fabricante com aquecimento regulado e dobra de mandril.

Cálculo do raio de curvatura e limite de deformação
O raio externo é colocado sob tensão à medida que o tubo se curva. A tensão de tração ε na fibra externa é ε=(r_outer - r_centerline) / r_centerline=(D/2) / R, onde D é o diâmetro externo do tubo e R é o raio de curvatura até a linha central. A tensão de tração máxima permitida sem danos permanentes (deformação de escoamento) para PFA é de cerca de 5-8% à temperatura ambiente. Se tomarmos ε_max=0.05, R_min=(D/2)/0.05=10 x (D/2)? espere, refaça as contas:=(D/2) / R Para ε=0.05, R=(D/2)/0.05=D/0.1=10D. Assim R_min=250 mm para D=25 mm. Os fabricantes podem produzir dobras mais apertadas, 6× DE, aquecendo o PFA durante a dobra. Se aumentarmos a tensão de escoamento para 15 - 20% a 150 C, então R=(D/2) / 0.15=D/0.3=3.3D. Mínimo prático. Aquecimento cuidadoso 4-5 vezes o diâmetro externo.

Para um aquecedor com núcleo metálico interno, o núcleo também se dobra. O raio mínimo de curvatura para o núcleo de metal (Incoloy ou titânio) é 3-4× DE para uma única dobra e 5-6× DE para dobra repetida. Freqüentemente, o limite é definido pelo núcleo porque o metal endurece e pode quebrar se for dobrado com muita força. Para aquecedor com diâmetro externo de 25 mm e parede de 2 mm, o diâmetro externo do núcleo de metal é de cerca de 21 mm. Raio de curvatura mínimo (de acordo com dados do fabricante) 80–100 mm (4–5× diâmetro externo do núcleo). Isto corresponde a um raio de curvatura da bainha PFA de 100–125 mm.

Raio de curvatura mínimo por tamanho do aquecedor e espessura da parede
DE do tubo (mm) Espessura da parede (mm) DE do núcleo (mm) Raio de curvatura mínimo (mm) - Somente PFA (aquecido)Raio de curvatura mínimo (mm) – com núcleo de metal Mínimo recomendado para instalação em campo (frio) Multiplicador (DE)
12 1.0 10 40 50 60 5× 12 1.5 9 45 55 70 6× 16 1.5 13 60 70 90 5.5× 20 1.5 17 75 90 120 6× 20 2.0 16 80 100 130 6.5× 25 1.5 22 100 120 150 6× 25 2.0 21 110 130 175 7× 25 2.5 20 120 140 200 8× 32 2.0 28 150 180 250 8× 32 2.5 27 170 200 280 9× 38 2.5 33 200 250 350 9× Determinando a viabilidade de um porto de passagem curva
Para determinar se um aquecedor PFA pode passar por uma porta de visita curva:

Meça a geometria da porta: largura mínima de folga (W), ângulo de curvatura necessário (θ, graus) e comprimento do cabo reto disponível antes e depois da curvatura.

Raio de curvatura necessário R_req=L / teta (em radianos), onde L é o comprimento da seção dobrada da porta (comprimento do arco). R_req=500 / (π/2)=500 / 1.57=318 mm Curvatura de 90 graus com 500 mm de comprimento de arco.

Compare R_req with the minimum bend radius of the heater from the above table. If R_req >= R_min, então o aquecedor pode ser pré-dobrado para esse raio e instalado. R_req < R_min significa que a curva está muito apertada.

Um aquecedor de diâmetro externo de 25 mm com parede de 2,0 mm requer R min=175 mm frio e 130 mm dobrado-de fábrica. Uma porta de mão que exija R req=200 mm é concebível. Aquele com R req =120 mm não pode ser dobrado a frio. Um aquecedor pré-dobrado feito na fábrica pode chegar a 130 mm, mas 120 mm ainda está abaixo do limite. Opções: Use um aquecedor de diâmetro menor (20 mm de diâmetro externo, R_min=130 mm frio) ou use vários aquecedores curtos e retos em vez de um aquecedor longo e dobrado.

Dicas de instalação de portas curvas de passagem
Se o raio de curvatura calculado for viável, solicite o aquecedor pré-dobrado ao fabricante. A dobra de fábrica é realizada com mandris aquecidos, resfriamento controlado e inspeção de qualidade (medição da espessura da parede na dobra). A flexão de campo, mesmo com pistolas de ar quente, muitas vezes resulta em enfraquecimento da parede, tensão residual e curvaturas irregulares. A confiabilidade justifica o preço de um aquecedor pré{4}}dobrado (premium 20–40%).

Se o aquecedor estiver pré-dobrado, apoie-o em vários locais ao longo da curva para evitar flacidez. A região da curvatura é menos rígida e pode cair sob o seu próprio peso, induzindo tensão perto do pico da curvatura. Selas em PTFE ou PFA para intervalos de 200-300 mm. Não prenda na dobra em si, apenas nas partes retas.

Para portas de passagem estreitas onde nenhum aquecedor comercial pode caber, experimente um aquecedor PFA flexível (consulte o Artigo nº 69 sobre varetas portáteis). Para raios de curvatura de 50 a 80 mm, os aquecedores flexíveis são mais finos (1,0 a 1,2 mm) e menores em diâmetro (12 a 16 mm). No entanto, eles têm classificações de potência mais baixas (geralmente<2 kW) and shorter longevity in hostile chemicals.

Conclusão: 6-8× DE é um mínimo razoável para a maioria dos aquecedores
Para instalação a frio de um aquecedor PFA instalado em uma porta de visita curva, o raio de curvatura mínimo prático é de 6–8× o ​​diâmetro externo do tubo. Para aquecedores pré{3}}dobrados de fábrica, o raio de curvatura mínimo prático é de 4–6× DE. Para um aquecedor de diâmetro externo convencional de 25 mm com parede de 2,0 mm, o raio mínimo é 150-175 mm (frio) ou 130-150 mm (curvado de fábrica). Curvas mais apertadas durante o ciclo térmico podem causar enfraquecimento da parede, tensão excessiva e fissuras por tensão. Os engenheiros precisam medir a curvatura da porta de visita, determinar o raio de curvatura necessário, compará-lo com os limites do aquecedor e solicitar aquecedores pré-curvados, se necessário. Se o raio necessário for menor que o mínimo, ajuste a abordagem de instalação para vários aquecedores retos, aquecedores de diâmetro menor ou uma haste portátil flexível. Dobrar um aquecedor além do seu limite não é uma opção de projeto, é uma falha esperando para acontecer. Respeite o raio. Respeite a substância.