Il riscaldamento irregolare è un problema comune nei serbatoi chimici. Il regolatore della temperatura può mostrare il valore nominale mentre una zona del bagno rimane notevolmente più fresca di un'altra. In altri casi, compaiono depositi vicino al riscaldatore, la qualità del prodotto varia a seconda della posizione del serbatoio o il riscaldatore si accende e si spegne più frequentemente del previsto.
Per unRiscaldatore ad immersione in PTFE, il riscaldamento irregolare raramente è causato da un solo parametro. Possono contribuire la geometria del riscaldatore, la densità di potenza, la circolazione del liquido, la forma del serbatoio, la posizione di installazione e la posizione del sensore di temperatura-.
Il riscaldamento irregolare inizia con la distribuzione del calore
Un riscaldatore a immersione trasferisce l'energia attraverso la sua superficie riscaldante attiva. Se la potenza termica è concentrata in una piccola area, il liquido circostante riceve un elevato apporto di calore locale.
Il flusso termico superficiale medio può essere stimato con:
q = P/A
DovePè la potenza del riscaldatore eAè l'area di riscaldamento attiva.
Ad esempio, un riscaldatore da 10 kW con 0,5 m² di superficie attiva ha un flusso termico medio indicativo di 20 kW/m².
Una seconda configurazione da 10 kW con 1,0 m² di superficie attiva avrebbe un valore medio di 10 kW/m².
Il calcolo non definisce un flusso di calore ammissibile universale. Le prestazioni effettive dipendono dalla struttura del PTFE, dalla chimica del bagno, dalla circolazione, dalla temperatura e dalla geometria del riscaldatore.
Una cattiva circolazione può creare zone termiche
Il movimento del liquido è uno dei fattori più importanti che influenzano l’uniformità della temperatura.
Quando la circolazione è debole, il liquido caldo può rimanere vicino al riscaldatore mentre il liquido più freddo rimane più lontano. Questo crea un gradiente di temperatura all'interno del serbatoio.
Una relazione di trasferimento termico-semplificata è:
Q=hAΔT
Se il movimento del fluido attorno alla superficie riscaldante diminuisce, il coefficiente di trasferimento del calore effettivo-hpuò anche diminuire.
Il sistema di riscaldamento potrebbe quindi richiedere una differenza di temperatura maggiore per trasferire la stessa potenza nel bagno.
Ciò è particolarmente importante per soluzioni chimiche viscose o serbatoi con convezione naturale limitata.
La posizione del riscaldatore può peggiorare il problema
Un riscaldatore installato troppo vicino alla parete del serbatoio può produrre un riscaldamento non uniforme perché il movimento del liquido attorno a parte della superficie attiva è limitato.
Tubi interni, pezzi in lavorazione, deflettori, strutture del fondo del serbatoio- e linee di aspirazione o scarico possono creare effetti simili.
Una revisione pratica dell'installazione dovrebbe esaminare:
Distanza tra riscaldatore e parete del serbatoio
Distanza dal fondo del serbatoio
Ubicazione delle prese di circolazione
Posizione del flusso di ritorno
Tubazioni interne
Zona di carico pezzi
Posizione del sensore-della temperatura
L'obiettivo non è semplicemente posizionare il riscaldatore all'interno del serbatoio, ma posizionare la zona di riscaldamento attiva dove lo scambio di liquido è adeguato.
La posizione del sensore di temperatura- può nascondere il problema
Un singolo sensore di temperatura potrebbe non rappresentare l'intero serbatoio.
Ad esempio, un sensore posizionato vicino al ritorno della circolazione può rilevare una temperatura ben-miscelata mentre un angolo remoto rimane più freddo. Un sensore posizionato troppo vicino al riscaldatore può avere il problema opposto e rilevare una temperatura localmente elevata.
Ciò può causare cicli di riscaldamento non necessari o un riscaldamento insufficiente altrove.
Per i serbatoi di grandi dimensioni, il posizionamento del sensore deve essere valutato insieme alla posizione del riscaldatore e al modello di circolazione. Punti di misurazione multipli possono essere appropriati quando si prevedono differenze significative di temperatura spaziale.
La spaziatura dei riscaldatori è importante nei serbatoi più grandi
MoltepliciRiscaldatori ad immersione in PTFEpuò fornire un riscaldamento più distribuito rispetto a una zona di riscaldamento concentrato.
Tuttavia, la semplice aggiunta di riscaldatori non migliora automaticamente l’uniformità.
Se si installano più riscaldatori vicini tra loro, il calore può rimanere concentrato in una zona. Se i riscaldatori sono posizionati troppo distanti tra loro, potrebbero svilupparsi zone calde e fredde separate.
La spaziatura dovrebbe quindi seguire la geometria del serbatoio e la circolazione del liquido.
Un obiettivo di progettazione semplificato è distribuire le zone di riscaldamento in modo che il calore generato possa essere trasportato attraverso il volume utile del processo anziché accumularsi attorno ai singoli riscaldatori.
Un esempio pratico di mappatura della temperatura-
Consideriamo un serbatoio chimico illustrativo con quattro posizioni di misurazione:
| Punto di misurazione | Temperatura osservata | Possibile interpretazione |
|---|---|---|
| Vicino al riscaldatore | 68 gradi | Forte apporto di calore locale |
| Centro del serbatoio | 62 gradi | Miscelazione parziale |
| Parete opposta | 57 gradi | Debole circolazione del calore |
| Vicino all'uscita del serbatoio | 60 gradi | Condizione di flusso intermedia |
Se il controller è impostato su 60 gradi e il sensore è posizionato vicino all'uscita, il sistema potrebbe sembrare funzionare correttamente anche se il serbatoio contiene un intervallo di temperatura compreso tra 57 e 68 gradi.
Questo esempio dimostra perché la precisione del controller da sola non garantisce l'uniformità della temperatura.
I depositi possono aumentare la resistenza termica
I depositi chimici sulla superficie riscaldante possono complicare ulteriormente il trasferimento di calore.
Uno strato di deposito introduce ulteriore resistenza termica tra l'elemento riscaldante e il liquido. Man mano che la resistenza aumenta, il riscaldatore potrebbe aver bisogno di una maggiore differenza di temperatura interna-rispetto-al liquido per trasferire la stessa potenza.
Se il deposito non è uniforme, diverse sezioni del riscaldatore possono funzionare in condizioni termiche diverse.
L'ispezione regolare e le procedure appropriate di controllo del bagno-possono quindi essere importanti per i processi soggetti a cristallizzazione, incrostazione o accumulo di sostanze chimiche.
Come correggere il riscaldamento irregolare
La risoluzione dei problemi dovrebbe esaminare l'intero sistema termico anziché aumentare immediatamente la potenza del riscaldatore.
I controlli utili includono:
Mappatura delle temperature in diverse posizioni del serbatoio
Misurazione della circolazione effettiva del liquido
Ispezione delle condizioni della superficie del riscaldatore
Controllo della distanza tra i riscaldatori
Controllo della distanza tra riscaldatore-e-parete
Conferma della posizione del sensore di temperatura-
Confrontando la concentrazione effettiva del bagno con le specifiche del processo
Verifica se la zona di riscaldamento attiva corrisponde alla potenza richiesta
Aumentare la potenza senza correggere la cattiva circolazione può peggiorare le differenze di temperatura locali.
Per unRiscaldatore ad immersione in PTFE, il riscaldamento uniforme dipende dalla relazione tra potenza, superficie attiva, movimento del fluido, geometria di installazione e strategia di controllo. Quando questi parametri vengono progettati insieme, le differenze di temperatura possono essere ridotte senza semplicemente aggiungere una capacità di riscaldamento eccessiva.
