Un impianto di finitura dei metalli doveva dimensionare un riscaldatore a immersione sostitutivo in PTFE per un serbatoio di anodizzazione con acido cromico da 2.000-litri. Il bagno funzionava a 55 gradi e l'impianto richiedeva un tempo di riscaldamento di quattro ore da 20 gradi. Il riscaldatore esistente era sottodimensionato e il serbatoio non raggiungeva mai il setpoint durante il picco di produzione. Il team di manutenzione doveva calcolare la potenza corretta prima di ordinare una sostituzione.
Il dimensionamento di un riscaldatore a immersione in PTFE per un serbatoio di acido cromico richiede tre calcoli: il carico di riscaldamento-, il carico di manutenzione e la superficie richiesta per una densità di watt sicura. Ogni calcolo dipende dalla chimica del bagno, dalle dimensioni del serbatoio e dalle condizioni operative.
Passaggio 1: calcola il-carico di riscaldamento
Il carico di riscaldamento- è l'energia necessaria per portare il bagno dalla temperatura ambiente al punto di regolazione nel tempo desiderato. La formula è: kW=(litri × ΔT × Cp × densità) / (3600 × ore).
Per un bagno di acido cromico da 2.000-litri con una densità di 1.150 kg/m³ e un calore specifico di 3,75 kJ/kg·K, il riscaldamento da 20 gradi a 55 gradi in quattro ore richiede circa 23 kW. Aggiungendo il 20% per le perdite durante il riscaldamento si ottengono 28 kW.
| Volume del serbatoio | Aumento della temperatura | Tempo di riscaldamento- | Riscaldamento-Carico | Con margine di perdita del 20%. |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 gradi | 4 ore | 11,5 kW | 14kW |
| 1,500 L | 35 gradi | 4 ore | 17,2 kW | 21 chilowatt |
| 2,000 L | 35 gradi | 4 ore | 23,0 kW | 28 chilowatt |
| 2,500 L | 35 gradi | 4 ore | 28,7 kW | 34 kW |
| 3,000 L | 35 gradi | 4 ore | 34,5 kW | 41 chilowatt |
Carico di riscaldamento-per bagni di acido cromico a 1.150 kg/m³ e 3,75 kJ/kg·K
Passaggio 2: calcolare il carico di manutenzione
Il carico di mantenimento è l'energia richiesta per mantenere il setpoint contro le perdite continue. Per un serbatoio da 2.000 litri a 55 gradi, le perdite a parete sono 1,5–2,5 kW, le perdite superficiali sono 0,8–1,5 kW e il carico di produzione è 1–3 kW. Il carico di manutenzione totale è di 3,3–7,0 kW.
Il riscaldatore deve essere dimensionato per il maggiore tra il carico di riscaldamento-o il carico di manutenzione. Per questo serbatoio, il-carico di riscaldamento di 28 kW è maggiore.
Passaggio 3: calcolare la superficie richiesta
La superficie dipende dalla potenza e dalla densità di potenza sicura per l'acido cromico. Per un riscaldatore a immersione in PTFE in acido cromico a 55 gradi, la densità di watt sicura è 1,0–1,2 W/cm².
Per un servizio da 28 kW a 1,0 W/cm², la superficie richiesta è di 28.000 cm². Un singolo riscaldatore dritto con un diametro della guaina di 50 mm richiederebbe 17.834 mm di lunghezza riscaldata-molto più lunga di qualsiasi normale serbatoio. Sono necessarie una configurazione multi-passaggio o più riscaldatori.
| Potenza | Densità di Watt sicura | Superficie richiesta | Lunghezza guaina riscaldata a 50 mm | Configurazione-multipass |
|---|---|---|---|---|
| 15 chilowatt | 1,0 W/cm² | 15.000 cm² | 9.554 mm | 6 passaggi × 1.592 mm |
| 20 chilowatt | 1,0 W/cm² | 20.000 cm² | 12.739 mm | 8 passaggi × 1.592 mm |
| 25 chilowatt | 1,0 W/cm² | 25.000 cm² | 15.924 mm | 10 passaggi × 1.592 mm |
| 28 chilowatt | 1,0 W/cm² | 28.000 cm² | 17.834 mm | 12 passaggi × 1.486 mm |
| 30 chilowatt | 1,0 W/cm² | 30.000 cm² | 19.108 mm | 12 passaggi × 1.592 mm |
Requisiti di area superficiale e configurazione multi-passaggio per acido cromico a 1,0 W/cm²
Passaggio 4: verificare la profondità di immersione e l'idoneità del serbatoio
Il riscaldatore deve adattarsi al serbatoio e rimanere completamente sommerso al livello minimo del liquido. Un serbatoio da 2.000-litri che misura 1.500 × 1.200 × 1.100 mm ha una lunghezza riscaldata utilizzabile di circa 800–900 mm. Un riscaldatore multipasso con 12 passaggi da 1.486 mm ciascuno non può essere contenuto in un unico serbatoio.
La soluzione pratica è utilizzare più riscaldatori distribuiti attorno al perimetro del serbatoio. Tre riscaldatori, ciascuno con 10 kW a 1,0 W/cm², forniscono 30 kW totali. Ogni riscaldatore ha una configurazione multi-passaggio adatta allo spazio disponibile.
Passaggio 5: verificare la densità di watt e la temperatura superficiale
La densità di watt viene calcolata dalla potenza totale e dalla superficie totale. Per 28 kW e 28.000 cm² la densità watt è di 1,0 W/cm². A 1,0 W/cm² in un bagno di acido cromico moderatamente agitato a 55 gradi, la temperatura superficiale è di circa 75–80 gradi. Questo rientra nell'intervallo di sicurezza per il PTFE.
Se la temperatura superficiale calcolata supera gli 85 gradi, la densità watt deve essere ridotta e la superficie aumentata.
Quando i riscaldatori standard non riescono a soddisfare i requisiti di potenza e superficie
I grandi serbatoi di acido cromico con carichi di riscaldamento- elevati spesso non sono in grado di ospitare riscaldatori a immersione in PTFE standard alle basse densità di watt richieste dai prodotti chimici. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con più riscaldatori, un'ampia superficie e una bassa densità di watt risolve la causa principale della mancata corrispondenza di potenza e superficie. Il processo di specifica richiede il volume del serbatoio, la composizione chimica del bagno, la temperatura operativa, il tempo di riscaldamento-obiettivo e la potenza richiesta. Per gli impianti con grandi serbatoi di acido cromico, questo approccio specifico per l'applicazione garantisce che il riscaldatore fornisca la potenza richiesta a una temperatura superficiale sicura.
