Il requisito del drenaggio
Una griglia orizzontale dello scambiatore di calore in PTFE si affida alla gravità per drenare la condensa dai tubi al collettore della condensa e dal collettore allo scaricatore di vapore. Se la pendenza è insufficiente, si formano accumuli di condensa nei tubi e nel collettore. La condensa accumulata riduce la superficie effettiva di trasferimento del calore, provoca colpi d'ariete quando le bolle di vapore collassano nel liquido sottoraffreddato e crea un ambiente corrosivo nei sistemi metallici. Nei sistemi in PTFE il problema della corrosione è assente, ma rimangono la perdita di trasferimento di calore e il colpo d'ariete.
La pendenza minima per il drenaggio della condensa è determinata dalla necessità di superare le forze di tensione superficiale che trattengono le goccioline di condensa sulla parete del tubo e dalla resistenza per attrito al flusso nel collettore.
La determinazione della pendenza
La condensa in un tubo inclinato scorre come uno strato stratificato-liquido sul fondo, vapore sopra. La forza motrice del flusso è la componente della gravità lungo il pendio: F=m × g × sin(θ), dove m è la massa del condensato, g è la gravità e θ è l'angolo del pendio. Questa forza deve superare la sollecitazione di taglio della parete nel punto in cui la condensa entra in contatto con la parete del tubo.
Per i tubi in PTFE, la bassa energia superficiale rappresenta un vantaggio. Le gocce d'acqua sul PTFE hanno un angolo di contatto elevato (circa 108 gradi). Perlano invece di bagnare la superficie. Le perle rotolano più facilmente di una pellicola continua. La pendenza richiesta per avviare il movimento delle goccioline sul PTFE è inferiore rispetto a quella su una superficie metallica bagnabile.
I dati sperimentali e l'esperienza sul campo indicano che una pendenza di 1:100 (1 cm per metro, circa 0,57 gradi) è sufficiente per un drenaggio affidabile della condensa nei tubi in PTFE. Una pendenza di 1:50 (2 cm per metro, circa 1,15 gradi) fornisce un margine per le tolleranze di produzione e la flessione del telaio sotto carico.
| Parametro di drenaggio | Tubo metallico | Tubo in PTFE |
|---|---|---|
| Pendenza minima per il movimento delle gocce | 1:50 (1,15 gradi) | 1:200 (0,29 gradi) |
| Pendenza minima consigliata (progettazione) | 1:50 | 1:100 (0,57 gradi) |
| Pendenza consigliata con margine | 1:30 | 1:50 (1,15 gradi) |
| Angolo di contatto dell'acqua sulla superficie | 30-60 gradi (ossido idrofilo) | 108 gradi (idrofobo) |
| Meccanismo di drenaggio | Flusso del film | Flusso di goccioline/perle |
La pendenza della testata
Il collettore della condensa raccoglie la condensa da più tubi e la invia al collegamento dello scaricatore di condensa. La pendenza del collettore deve accogliere il flusso accumulato da tutti i tubi collegati. Il diametro del collettore è maggiore dei singoli tubi e la portata del condensato è la somma dei contributi di tutti i tubi.
Per un collettore che serve 20 tubi, ciascuno dei quali produce 0,5 kg/h di condensa, il flusso totale è di 10 kg/h-circa 10 litri all'ora di acqua calda. Si tratta di una portata piccola per un collettore con diametro di 40-50 mm. La preoccupazione principale del drenaggio non è la capacità del flusso ma la completa evacuazione del collettore per evitare eventuali ristagni d'acqua.
Il collettore deve avere una pendenza continua verso il basso verso il collegamento dello scaricatore di condensa con un rapporto minimo di 1:100. La connessione trap dovrebbe trovarsi nel punto più basso dell'intestazione. Nessuna parte dell'intestazione dovrebbe essere più bassa della connessione della trappola-nessun cedimento, nessuna tasca.
La verifica dell'installazione
Durante l'installazione è opportuno verificare la pendenza del fascio tubiero e del collettore della condensa con una livella a bolla d'aria o una livella laser. La pendenza specificata, 1:50 o 1:100, è abbastanza piccola da essere impercettibile alla vista. Affidarsi al giudizio visivo porta a installazioni livellate che non scaricano.
Dopo l'installazione è possibile eseguire una prova di drenaggio introducendo acqua nell'ingresso del vapore e verificando che dreni completamente dall'uscita della condensa senza ristagni. L'eventuale acqua residua indica un punto basso che deve essere corretto agendo sui supporti del telaio.
Riepilogo
Una pendenza del collettore della condensa di 1:100 (0,57 gradi) è il minimo consigliato per le griglie orizzontali degli scambiatori di calore in PTFE, con 1:50 (1,15 gradi) che fornisce un margine per le tolleranze di produzione. La superficie idrofobica del PTFE consente un drenaggio affidabile delle gocce su pendenze meno profonde rispetto ai tubi metallici. La pendenza deve essere verificata durante l'installazione con un livello-che sia troppo piccolo per essere giudicato visivamente. Un test di drenaggio post-installazione conferma la completa rimozione della condensa.
Il supporto tecnico per la progettazione del drenaggio dello scambiatore di calore in PTFE è disponibile previa presentazione delle dimensioni del fascio tubiero, del numero di tubi, della pressione del vapore e del carico di condensa.
