O que causa pontos quentes localizados ao redor dos aquecedores de imersão de PTFE e como eliminá-los?

As peças processadas em determinadas partes de um tanque apresentam sinais de queima, descoloração ou incrustações mais rápidas, enquanto as mesmas peças em outras partes do tanque atendem aos padrões. O mapeamento térmico usando um conjunto de termopares ou imagens infravermelhas mostra que a temperatura muda de 15 a 25 graus dentro de 150 mm da bainha do aquecedor de imersão de PTFE. O aquecedor funciona dentro de suas limitações nominais, mas o superaquecimento localizado continua acontecendo. Engenheiros de processo e projetistas de tanques precisam encontrar os mecanismos-dinâmicos de fluido que estão causando o problema e, em seguida, fazer alterações específicas na circulação para trazer a temperatura de volta ao normal e proteger a qualidade do produto.

Os gradientes térmicos mais acentuados são causados ​​por uma alta densidade de watts na superfície do aquecedor. As bainhas de PTFE mantêm a temperatura externa abaixo de 150 graus, mas quando a energia é focada em uma pequena área de superfície, a temperatura da camada limite aumenta rapidamente. Em qualquer área estagnada, a camada de fluido próxima à bainha aproxima-se da temperatura da bainha, enquanto o fluido a granel permanece mais frio. O superaquecimento localizado destrói-produtos químicos sensíveis ao calor, faz com que a incrustação se acumule imediatamente no aquecedor e reduz a vida útil do PTFE, submetendo-o a estresse térmico repetitivo.

A mistura não acontece bem quando o fluxo não é distribuído uniformemente. O fluido aquecido sobe ao longo da bainha, mas não se espalha por todo o tanque. Se você não estimular o fluxo, a camada quente se acumulará em bolsões próximos ao aquecedor ou na superfície, deixando as zonas inferiores subaquecidas. Esse movimento é causado apenas por convecção natural, mas sua velocidade ainda é baixa-geralmente inferior a 0,1 m/s em fluidos com viscosidade moderada-portanto, não consegue atravessar a geometria do tanque ou barreiras de viscosidade. O resultado parecem pontos quentes que ficam no mesmo local onde o produto toca.

As decisões sobre onde colocar os aquecedores pioram o problema. Quando muitas unidades são instaladas muito próximas umas das outras, elas criam camadas de barreira térmica sobrepostas que fortalecem umas às outras entre os elementos. Colocar algo a menos de 200 mm das paredes do tanque ou dos membros estruturais dificulta o funcionamento das rotas de fluxo de retorno, o que cria zonas mortas para recirculação. Em ambas as configurações, a entrada de calor uniforme planejada se divide em pequenas áreas de superaquecimento que o mapeamento térmico sempre detecta.

A convecção natural é boa para distribuir o calor uniformemente no início, mas também cria camadas estratificadas e estáveis ​​em tanques altos ou com agitação mínima. O fluido mais quente e menos denso permanece acima das camadas mais frias, criando gradientes verticais de 5 a 10 graus por metro. Essas camadas permanecem juntas até que uma fonte externa de energia destrua a interface de densidade. A não uniformidade de temperatura resultante está diretamente relacionada às falhas do produto que foram observadas em determinados quadrantes do tanque.

O aumento prático da circulação elimina esses mecanismos em sua origem. Quando os impulsores são colocados na parte superior ou lateral de um aquecedor, eles fornecem um fluxo turbulento que varre constantemente a superfície do aquecedor e mistura o fluido com o volume a granel. As bombas de recirculação são uma opção controlada e de baixo-cisalhamento. Adicionar uma bomba de recirculação modesta que extrai da parte inferior e retorna para o topo é uma maneira típica de lidar com a estratificação. Isto quebra as camadas de densidade e equaliza a temperatura em questão de minutos.

A redução da densidade de watts anda de mãos dadas com a melhoria da circulação. Elementos aquecedores mais longos ou várias unidades de densidade de -watts-mais baixas distribuem a mesma quantidade de energia por uma área maior, o que torna as diferenças de temperatura entre a superfície e o fluido mais uniformes. Mover os aquecedores existentes em direção à linha central do tanque e longe das barreiras restaura canais de fluxo claros e evita que a camada limite fique presa. Os defletores estratégicos ajudam a movimentar ainda mais o fluido em superfícies quentes. Na verdade, um defletor simples estrategicamente colocado pode eliminar uma área quente que continua voltando, desviando o fluxo pela superfície do aquecedor.

O processo de colocar essas precauções em ação começa com o design. A modelagem computacional de dinâmica de fluidos pode dizer quão rápido e quão quente as coisas estarão antes de serem feitas. Isso permite encontrar os melhores locais para o aquecedor, a bomba, o defletor e a velocidade de agitação. Após a instalação, o mapeamento térmico mostra que o volume de trabalho é uniforme dentro de ±2 graus. O re-mapeamento regular após alterações no processo, como alterações na viscosidade ou no nível do líquido, mantém o desempenho elevado.

Em vez de apenas encobrir os sintomas, reduzir a densidade de watts, mover aquecedores e instalar defletores ou bombas corrigem os problemas-dinâmicos dos fluidos. Assim, superaquecimento localizado, mapeamento térmico, distribuição de fluxo, convecção natural e aumento de circulação constituem todo o sistema para manter a temperatura uniforme. Mesmo em situações difíceis em que fluidos de alta{3}}viscosidade estão envolvidos, enormes volumes de tanques ou critérios rigorosos de produto, a consistência da temperatura pode ser alcançada com o design e posicionamento corretos. Engenheiros de processo e projetistas de tanques que usam essas regras transformam possíveis problemas de qualidade e danos ao aquecedor em desempenho térmico uniforme e repetível em todas as instalações de aquecedores de imersão em PTFE.