Un impianto chimico ha installato quattro riscaldatori a immersione in PTFE in un serbatoio di decapaggio da 2.000- litri per fornire 16 kW di capacità di riscaldamento. I riscaldatori erano montati su due pareti opposte, con due riscaldatori su ciascuna parete. I riscaldatori su ciascuna parete erano distanziati di 60 mm l'uno dall'altro. Nel giro di sei mesi, i riscaldatori interni-quelli uno di fronte all'altro attraverso lo spazio mostravano delle bolle di PTFE lungo i bordi, mentre i riscaldatori esterni rimanevano in buone condizioni. Lo spazio tra i riscaldatori era troppo stretto per un flusso adeguato.
La spaziatura degli elementi è un parametro di progettazione critico quando più riscaldatori a immersione in PTFE sono installati nello stesso serbatoio. La spaziatura determina se il fluido può fluire liberamente tra i riscaldatori o se lo spazio diventa una zona stagnante dove il calore si accumula e i riscaldatori si surriscaldano.
Perché la spaziatura degli elementi è importante
Ogni riscaldatore ad immersione in PTFE genera un pennacchio termico che sale lungo la sua guaina. Quando due riscaldatori sono montati vicini, i loro pennacchi interagiscono. Se lo spazio è sufficientemente ampio, i pennacchi si sollevano indipendentemente, attirando il fluido freddo dal basso e mantenendo il flusso lungo entrambe le superfici. Se lo spazio è troppo stretto, i pennacchi si fondono e il flusso tra i riscaldatori si restringe.
In uno spazio stretto, il fluido viene riscaldato da entrambi i lati. Sale più velocemente del fluido sulle superfici esterne. L'intercapedine diventa un camino con una forte corrente ascensionale, ma il flusso sulle superfici della guaina potrebbe essere irregolare. La porzione inferiore dell'interstizio può essere priva di flusso, mentre la porzione superiore ha un'elevata velocità. Il flusso irregolare crea punti caldi sulle porzioni inferiori delle superfici affacciate.
| Spaziatura del riscaldatore | Flusso tra i riscaldatori | Effetto camino | Rischio hot spot | Applicazione consigliata |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | Povero | Forte | Molto alto | Non raccomandato |
| 30–50 mm | Moderare | Moderare | Alto | Solo bassa densità di watt |
| 50–80 mm | Bene | Moderare | Basso | La maggior parte delle applicazioni |
| 80–120 mm | Eccellente | Debole | Molto basso | Alta densità di watt |
| >120 mm | Eccellente | Nessuno | Molto basso | Grandi serbatoi |
Distanza tra i riscaldatori e relativo effetto sul flusso e sul rischio di punti caldi
L'effetto camino
Quando due guaine riscaldate sono una di fronte all'altra, lo spazio tra loro funge da camino. Il fluido nell'intercapedine viene riscaldato da entrambi i lati, diventa meno denso e sale. Il liquido di raffreddamento viene aspirato dal basso. L'effetto camino può essere utile se lo spazio è sufficientemente ampio da consentire un flusso regolare, ma può essere dannoso se lo spazio è troppo stretto.
In uno spazio ristretto l'effetto camino è forte ma il flusso non è uniforme. Il fluido accelera man mano che sale e la caduta di pressione nella parte inferiore dell'intercapedine limita l'afflusso di fluido freddo. La parte inferiore dell'intercapedine riceve meno flusso e i riscaldatori diventano più caldi.
Linee guida sulla spaziatura per diverse configurazioni di riscaldatori
La spaziatura consigliata dipende dall'orientamento del riscaldatore, dalla densità di watt e dalle proprietà del fluido.
Per i riscaldatori verticali uno di fronte all'altro, si consiglia una distanza minima di 50 mm per una densità di watt bassa (0,8–1,0 W/cm²) e di 80 mm per una densità di watt più elevata (1,2–1,5 W/cm²). La spaziatura deve essere misurata tra le superfici della guaina, non tra le staffe di montaggio.
Per i riscaldatori montati sulla stessa parete, uno accanto all'altro, la distanza può essere inferiore perché i riscaldatori non sono uno di fronte all'altro. Uno spazio di 30–40 mm è sufficiente per evitare interferenze termiche tra riscaldatori adiacenti sulla stessa parete.
Per i riscaldatori orizzontali impilati verticalmente, la distanza deve essere di almeno 100 mm per consentire al pennacchio termico del riscaldatore inferiore di fuoriuscire senza essere intrappolato dal riscaldatore superiore.
| Configurazione del riscaldatore | Spaziatura consigliata | Spaziatura minima | Note |
|---|---|---|---|
| Verticale, uno di fronte all'altro, WD bassa | 50–80 mm | 40 mm | Misurare tra le guaine |
| Verticale, uno di fronte all'altro, WD alta | 80–120 mm | 60 mm | Una WD più alta richiede più spazio |
| Verticale, fianco a fianco, stesso muro | 30–50 mm | 25 mm | I riscaldatori non sono uno di fronte all'altro |
| Orizzontale, impilato | 100–150 mm | 80 mm | Il pennacchio deve scappare |
| Verticale, perpendicolare | 40–60 mm | 30 mm | I pennacchi interagiscono meno |
Linee guida sulla spaziatura per configurazioni multiple di riscaldatori a immersione in PTFE
L'effetto della spaziatura sull'uniformità della temperatura
La spaziatura degli elementi influisce non solo sulla temperatura superficiale della guaina ma anche sull'uniformità della temperatura nel serbatoio. I riscaldatori troppo distanziati creano una zona calda localizzata tra di loro. Il fluido in quella zona è più caldo della massa e i pezzi che passano attraverso quella zona potrebbero essere surriscaldati-.
I riscaldatori ampiamente distanziati distribuiscono il calore in modo più uniforme. I pennacchi di ciascun riscaldatore salgono indipendentemente e si mescolano con il fluido sfuso. La temperatura nel serbatoio è più uniforme.
| Spaziatura | Zona calda locale | Uniformità della temperatura in massa | Impatto sulla qualità del pezzo |
|---|---|---|---|
| <30 mm | Forte | Scarso (±3–5 gradi) | Variazione visibile |
| 30–50 mm | Moderare | Moderato (±2–3 gradi) | Variazione minore |
| 50–80 mm | Debole | Buono (±1–2 gradi) | Trascurabile |
| >80 mm | Nessuno | Eccellente (±0,5–1 grado) | Nessuno |
Spaziatura degli elementi e suo effetto sull'uniformità della temperatura e sulla qualità del pezzo
Quando la spaziatura non può essere aumentata
Se il serbatoio non può ospitare uno spazio più ampio tra i riscaldatori, le opzioni sono ridurre il numero di riscaldatori, ridurre la densità di watt o utilizzare una configurazione diversa del riscaldatore. Un singolo riscaldatore di grandi dimensioni con un'ampia superficie può essere migliore di più riscaldatori ravvicinati.
Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con una spaziatura ottimizzata per il serbatoio e il processo risolve la causa principale della limitazione del flusso tra i riscaldatori. Il processo di specifica richiede le dimensioni del serbatoio, il numero di riscaldatori, l'orientamento del riscaldatore, la densità di watt e la potenza richiesta. Per le strutture con più riscaldatori in un unico serbatoio, questo approccio specifico per l'applicazione- migliora il flusso tra i riscaldatori e ne prolunga la durata.
