Uno stabilimento chimico specializzato ha segnalato un sintomo insolito: un riscaldatore a immersione in PTFE in una soluzione polimerica viscosa emetteva un forte crepitio o uno schiocco durante la prima ora di riscaldamento-ogni mattina. Il rumore si è fermato una volta che il bagno ha raggiunto il setpoint. Il riscaldatore non era visibilmente danneggiato e l'assorbimento di corrente era normale. Ma il rumore era un segnale di avvertimento che-si stava verificando un'ebollizione localizzata sulla superficie del riscaldatore durante la fase-di riscaldamento.
Il rumore del vapore durante il riscaldamento-è un sintomo dell'ebollizione della pellicola sulla superficie del PTFE. La temperatura della superficie del riscaldatore è sufficientemente elevata da vaporizzare il fluido a contatto con esso, ma il vapore non può fuoriuscire rapidamente perché il fluido è viscoso. Le bolle di vapore collassano violentemente quando si staccano, creando il suono di uno schiocco.
Perché i bagni viscosi producono rumore di vapore
In un fluido a bassa-viscosità come l'acqua, le bolle di vapore si staccano facilmente e salgono in superficie. Collassano silenziosamente nel fluido sfuso più freddo. Il processo è fluido e non viene generato alcun rumore.
In un fluido viscoso, lo strato limite sulla superficie del riscaldatore è spesso. Le bolle di vapore che si formano sulla superficie non si staccano facilmente perché il fluido viscoso resiste al loro movimento. Le bolle diventano più grandi prima di liberarsi. Quando finalmente si staccano, collassano rapidamente e il collasso genera un'onda di pressione che viene udita come uno schiocco o un crepitio.
| Viscosità del fluido | Distacco delle bolle | Dimensione della bolla al distacco | Crollo dell'energia | Livello di rumore |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Facile | Piccolo | Basso | Nessuno |
| 10–100 mPa·s | Moderare | Moderare | Moderare | Fiacco |
| 100–1.000 mPa·s | Difficile | Grande | Alto | Udibile |
| >1.000 mPa·s | Molto difficile | Molto grande | Molto alto | Forte |
Viscosità e suo effetto sul distacco delle bolle e sulla generazione di rumore
Perché il riscaldamento-è la fase più vulnerabile
Durante il riscaldamento-il riscaldatore funziona a piena potenza. La temperatura superficiale è più alta rispetto al funzionamento in stato stazionario- perché il fluido sfuso è più freddo e la differenza di temperatura tra il riscaldatore e il fluido è maggiore. La maggiore temperatura superficiale aumenta la velocità di formazione del vapore.
Il fluido è anche più viscoso durante il riscaldamento-. La viscosità della maggior parte dei fluidi diminuisce all'aumentare della temperatura. Una soluzione polimerica che è di 15.000 mPa·s a 25 gradi può essere di 5.000 mPa·s a 60 gradi. Durante il riscaldamento-, il fluido vicino al riscaldatore è più freddo e più viscoso rispetto al valore impostato. Il fluido viscoso intrappola le bolle di vapore e il rumore è più forte.
Perché il rumore del vapore è importante
Il rumore del vapore non è solo un fastidio. Indica che si sta verificando un'ebollizione localizzata sulla superficie del riscaldatore. L'ebollizione crea una coltre di vapore che isola la superficie. La temperatura superficiale aumenta e il PTFE si degrada più velocemente di quanto accadrebbe in condizioni operative normali.
Il ripetuto collasso delle bolle di vapore crea anche stress meccanico sul PTFE. Le onde di pressione derivanti dai collassi incidono sulla superficie del polimero. Nel corso del tempo, lo stress può causare crepe da fatica e formazione di vesciche.
Prevenzione del rumore del vapore nei bagni viscosi
La prevenzione più efficace consiste nel ridurre la temperatura della superficie del riscaldatore al di sotto del punto di ebollizione del fluido. Ciò richiede la riduzione della densità di watt e il miglioramento del flusso sulla superficie del riscaldatore.
Una densità di watt inferiore-0,5–0,8 W/cm² riduce la temperatura superficiale di 15–25 gradi rispetto a 1,0–1,2 W/cm². La temperatura più bassa mantiene la superficie al di sotto del punto di ebollizione nella maggior parte dei fluidi viscosi.
Il flusso migliorato sulla superficie del riscaldatore-proveniente da un eduttore, una pompa di ricircolo o un agitatore meccanico-riduce lo spessore dello strato limite e abbassa la temperatura superficiale. Una velocità locale di 0,3–0,5 m/s è sufficiente per prevenire il rumore del vapore nella maggior parte dei fluidi viscosi.
| Misura di prevenzione | Effetto sulla temperatura superficiale | Attuazione |
|---|---|---|
| Densità di watt inferiore, 0,5–0,8 W/cm² | 15-25 gradi più in basso | Progettazione del riscaldatore |
| Eduttore al riscaldatore | 20-30 gradi più in basso | Piccola pompa o aria compressa |
| Circuito di ricircolo | 25-35 gradi più in basso | Pompa e tubazioni |
| Agitazione meccanica | 15-25 gradi più in basso | Agitatore o agitatore |
Misure di prevenzione del rumore del vapore nei bagni viscosi
Quando il rumore del vapore indica un problema di progettazione
Un riscaldatore che emette rumore di vapore nonostante la bassa densità di watt e il flusso migliorato indica che il design del riscaldatore non è adatto al fluido viscoso. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con densità di watt molto bassa, un'ampia superficie e una posizione di flusso-ottimizzata risolve la causa principale dell'ebollizione localizzata. Il processo di specifica richiede la viscosità del fluido alla temperatura operativa, il punto di ebollizione, la posizione del riscaldatore, le condizioni del flusso e la potenza richiesta. Per gli impianti con fluidi di processo viscosi, questo approccio specifico per l'applicazione riduce il rumore del vapore e prolunga la durata del riscaldatore.
