Un'officina di finitura dei metalli ha ritirato un riscaldatore a immersione in PTFE da un serbatoio di pulizia alcalina dopo sei mesi di servizio. La superficie della guaina mostrava una fascia di PTFE scolorito e con bolle lungo la parte superiore della sezione riscaldata. La parte inferiore era in buone condizioni. Il serbatoio aveva uno strato persistente di schiuma sulla sua superficie e bolle di schiuma si erano accumulate sulla parte superiore del riscaldatore, creando una coperta ricca di vapore-che privava la superficie del contatto con il liquido.
La copertura in schiuma è una condizione in cui uno strato di schiuma stabile copre parte o tutta la superficie riscaldante. La schiuma è una miscela di gas e liquido, con un'elevata frazione di gas. La frazione gassosa ha una conduttività termica molto inferiore rispetto al liquido, quindi la schiuma agisce come una coperta isolante. La superficie del riscaldatore sotto la schiuma è più calda della superficie a contatto con il liquido.
Perché la schiuma si forma e si stabilizza nei bagni di tensioattivi
La schiuma si forma quando si generano bolle di gas in un liquido che contiene tensioattivi-attivi. Nei bagni detergenti, i tensioattivi sono additivi intenzionali che aiutano a rimuovere oli e sporco. I tensioattivi stabilizzano inoltre la schiuma, facendola persistere anziché rompersi rapidamente.
La schiuma sale in superficie e si accumula. In una vasca con agitazione la schiuma viene generata in continuo. Lo strato di schiuma può diventare spesso-da 50 a 100 mm e persistere per ore.
La schiuma aderisce anche alle superfici. La superficie del riscaldatore, soprattutto se calda, fornisce siti di nucleazione per l'attacco delle bolle. Le bolle si accumulano e si uniscono in uno strato di schiuma sulla superficie del riscaldatore.
| Concentrazione del tensioattivo | Tasso di agitazione | Altezza della schiuma | Persistenza della schiuma | Rischio di copertura del riscaldatore |
|---|---|---|---|---|
| <0.5% | Basso | <10 mm | Corto | Basso |
| 0.5–1.0% | Moderare | 10–30 mm | Moderare | Moderare |
| 1.0–2.0% | Alto | 30–60 mm | Lungo | Alto |
| >2.0% | Alto | >60 mm | Molto lungo | Molto alto |
Rischio di formazione di schiuma e di copertura del riscaldatore nei bagni di tensioattivi
Perché la copertura in schiuma provoca il surriscaldamento
Lo strato di schiuma sulla superficie del riscaldatore ha una conduttività termica da 5 a 20 volte inferiore a quella del liquido. Il calore generato dal riscaldatore non può fuoriuscire attraverso la schiuma con la stessa efficienza che attraverso il liquido. La temperatura della superficie del riscaldatore aumenta.
Per un riscaldatore che funziona a 1,2 W/cm², uno strato di schiuma da 20 mm può aggiungere 15–25 gradi alla temperatura superficiale. La temperatura più elevata accelera la degradazione del PTFE, la deposizione di incrostazioni e la permeazione. L'area ricoperta di schiuma- diventa la prima parte del riscaldatore a guastarsi.
La schiuma riduce anche l'area bagnata del riscaldatore. Se la schiuma copre il 30% superiore del riscaldatore, solo il 70% della superficie del riscaldatore sarà a contatto con il liquido. La superficie effettiva si riduce e la densità di watt sull'area bagnata aumenta. La maggiore densità di watt aumenta ulteriormente la temperatura superficiale.
Differenza tra la copertura in schiuma e quella a secco-all'esterno
L'asciugatura-si verifica quando il livello del liquido scende al di sotto della parte superiore del riscaldatore e la sezione esposta è a contatto con l'aria. La copertura in schiuma si verifica quando il livello del liquido è al di sopra del riscaldatore, ma lo strato di schiuma sposta il liquido e crea una zona ricca di vapore-.
L'effetto termico è simile-la superficie si surriscalda. Ma la causa è diversa. Il dry-out è un problema di controllo del livello. La copertura in schiuma è un problema di controllo della schiuma.
Prevenire la copertura di schiuma
La prevenzione più efficace è controllare la schiuma. Ciò significa ridurre la concentrazione del tensioattivo, rimuovere i contaminanti che stabilizzano la schiuma o aggiungere un agente antischiuma.
Riducendo la concentrazione del tensioattivo si riduce la velocità di generazione della schiuma. La concentrazione del tensioattivo deve essere mantenuta al livello minimo richiesto per una pulizia efficace.
La rimozione di oli e contaminanti del suolo riduce la stabilità della schiuma. I contaminanti agiscono come stabilizzatori della schiuma. La schiumatura o la filtrazione regolare li rimuovono dal bagno.
L'aggiunta di un agente antischiuma rompe la schiuma. Gli antischiuma a base di silicone- sono efficaci ma possono contaminare la vasca. Sono disponibili antischiuma non- siliconici per le applicazioni in cui la contaminazione da silicone rappresenta un problema.
| Misura di prevenzione | Effetto sulla schiuma | Attuazione | Impatto sul processo |
|---|---|---|---|
| Ridurre il tensioattivo | Controllo chimico del bagno | Può ridurre la pulizia | |
| Rimuovere i contaminanti | Stabilità della schiuma inferiore | Scrematura o filtrazione | Nessuno |
| Agente antischiuma | Rompe la schiuma | Aggiunta chimica | Potenziale contaminazione |
| Rompischiuma meccanico | Rimuove la schiuma | Installazione dell'attrezzatura | Nessuno |
Misure di prevenzione per la formazione di schiuma nei bagni di tensioattivi
Quando la copertura in schiuma indica un problema di progettazione
Un riscaldatore che presenta una copertura di schiuma nonostante il controllo della schiuma indica che la posizione del riscaldatore o il design del serbatoio favoriscono l'accumulo di schiuma sulla superficie. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con una posizione che rilascia schiuma, una densità di watt inferiore e un layout ottimizzato per il flusso- affronta la causa principale dell'accumulo di schiuma. Il processo di specifica richiede la chimica del bagno, la concentrazione del tensioattivo, il metodo di agitazione e la potenza richiesta. Per le strutture dotate di bagni schiumogeni, questo approccio specifico per l'applicazione riduce il surriscaldamento correlato alla schiuma e prolunga la durata del riscaldatore.
