Τα χημικά διαλύματα υψηλού-ιξώδους δημιουργούν ένα διαφορετικό πρόβλημα θέρμανσης από τα λουτρά χαμηλού-ιξώδους. Ο θερμαντήρας μπορεί να φτάσει την απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύ, ωστόσο η δεξαμενή μπορεί να παρουσιάζει αργή ανάκτηση θερμοκρασίας ή έντονες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ της περιοχής του θερμαντήρα και του υπόλοιπου υγρού.
Για έναPTFE θερμαντήρας εμβάπτισης, το ιξώδες επηρεάζει το πόσο αποτελεσματικά η θερμότητα απομακρύνεται από την επιφάνεια θέρμανσης. Επομένως, η ισχύς του θερμαντήρα, η ενεργή επιφάνεια, η κυκλοφορία, η θέση εγκατάστασης και η γεωμετρία της δεξαμενής πρέπει να ληφθούν υπόψη μαζί.
Γιατί το ιξώδες αλλάζει την απόδοση θέρμανσης
Όταν ένα υγρό γίνεται πιο παχύρρευστο, η αντίστασή του στη ροή αυξάνεται. Η φυσική μεταφορά μπορεί να γίνει πιο αδύναμη, ενώ η κυκλοφορία από αντλίες ή αναδευτήρες μπορεί επίσης να γίνει λιγότερο αποτελεσματική.
Η μεταφορά θερμότητας από έναν θερμαντήρα εμβάπτισης μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:
Ε=hAΔT
όπουQμεταφέρεται θερμότητα,hείναι ο πραγματικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας-Aείναι ενεργός χώρος θέρμανσης, καιΔTείναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμαντικής επιφάνειας και του περιβάλλοντος υγρού.
Όταν η κίνηση του υγρού γύρω από τη θερμάστρα είναι περιορισμένη,hμπορεί να μειωθεί. Τότε μπορεί να απαιτηθεί μεγαλύτερη διαφορά θερμοκρασίας για τη μεταφορά της ίδιας ποσότητας θερμότητας.
Το υψηλό ιξώδες μπορεί να δημιουργήσει ένα ζεστό στρώμα γύρω από τον θερμαντήρα
Ένα διάλυμα υψηλού-ιξώδους μπορεί να απομακρυνθεί αργά από την επιφάνεια του θερμαντήρα.
Το υγρό που περιβάλλει αμέσως τον θερμαντήρα μπορεί επομένως να γίνει σημαντικά θερμότερο από το χύμα διάλυμα.
Αυτό δημιουργεί δύο προβλήματα.
Το πρώτο είναι η μη ομοιομορφία της θερμοκρασίας. Το δεύτερο είναι η αυξημένη θερμική φόρτιση στην επιφάνεια του θερμαντήρα.
Ένας αισθητήρας δεξαμενής τοποθετημένος μακριά από τον θερμαντήρα μπορεί να συνεχίσει να δείχνει θερμοκρασία κάτω από τον στόχο, παρόλο που το υγρό που περιβάλλει αμέσως την επιφάνεια θέρμανσης είναι ήδη πολύ πιο ζεστό.
Η απλή αύξηση της ισχύος του θερμαντήρα μπορεί να κάνει αυτή την κατάσταση πιο σοβαρή.
Η επιφάνεια θέρμανσης γίνεται πιο σημαντική
Η μέση ροή θερμότητας της επιφάνειας θέρμανσης μπορεί να εκτιμηθεί με:
q = P/A
όπουPείναι ηλεκτρική ενέργεια καιAείναι ενεργός χώρος θέρμανσης.
Εξετάστε μια ενδεικτική απαίτηση θέρμανσης 10 kW:
| Διαμόρφωση | Εξουσία | Ενεργός χώρος θέρμανσης | Μέση ροή θερμότητας |
|---|---|---|---|
| Συμπαγής θερμάστρα | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Θερμαντήρας μεσαίας περιοχής- | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Διανεμημένη θερμάστρα | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Αυτά τα στοιχεία είναι ενδεικτικοί υπολογισμοί, όχι καθολικές επιτρεπόμενες τιμές λειτουργίας PTFE.
Η αύξηση της ενεργού περιοχής μπορεί να κατανείμει την ίδια ηλεκτρική ισχύ σε μια μεγαλύτερη επιφάνεια. Το εάν αυτό βελτιώνει την πραγματική απόδοση της διαδικασίας εξαρτάται από την κυκλοφορία, τις χημικές ιδιότητες, τη γεωμετρία του θερμαντήρα και τις διαστάσεις της δεξαμενής.
Οι αλλαγές θερμοκρασίας μπορούν να επηρεάσουν το ιξώδες
Πολλά χημικά υγρά γίνονται λιγότερο παχύρρευστα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.
Αυτό δημιουργεί μια σημαντική δυναμική κατά την εκκίνηση.
Στην αρχή της θέρμανσης, το διάλυμα μπορεί να είναι σχετικά παχύρρευστο και η κυκλοφορία μπορεί να είναι κακή. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το ιξώδες μπορεί να μειωθεί και η κίνηση του υγρού μπορεί να βελτιωθεί.
Ως εκ τούτου, το σύστημα θέρμανσης μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά κατά την εκκίνηση και τη{0}}λειτουργία σε σταθερή κατάσταση.
Ένας θερμαντήρας που έχει μέγεθος μόνο από την κατάσταση σταθερής-κατάστασης μπορεί να παρέχει ανεπαρκή απόδοση εκκίνησης εάν το αρχικό ιξώδες είναι σημαντικά υψηλότερο.
Η μηχανική κυκλοφορία πρέπει να ταιριάζει με το υγρό
Για διαλύματα υψηλού-ιξώδους, μπορεί να είναι απαραίτητη η μηχανική κυκλοφορία για τη μεταφορά θερμότητας μέσω της δεξαμενής.
Ωστόσο, η ονομαστική χωρητικότητα της αντλίας από μόνη της δεν εγγυάται αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας.
Η διαδρομή ροής πρέπει να φτάνει στη ζώνη θέρμανσης και να μεταφέρει θερμαινόμενο υγρό προς τα ψυχρότερα μέρη της δεξαμενής.
Ένα σύστημα κυκλοφορίας που παρακάμπτει τον θερμαντήρα μπορεί να έχει υψηλό συνολικό ρυθμό ροής ενώ εξακολουθεί να παράγει ασθενή τοπική μεταφορά θερμότητας.
Η θέση του αναδευτήρα, η είσοδος της αντλίας, η θέση εκκένωσης, οι εσωτερικές σωληνώσεις και η τοποθέτηση του θερμαντήρα θα πρέπει επομένως να αξιολογηθούν ως ένα πλήρες σύστημα.
Η θέση του θερμαντήρα μπορεί να μειώσει τις στάσιμες ζώνες
Ένας θερμαντήρας που είναι εγκατεστημένος σε μια γωνία ή κοντά σε ένα τοίχωμα της δεξαμενής μπορεί να παρουσιάσει ασθενή ανταλλαγή υγρών.
Για ιξώδη διαλύματα, αυτό το πρόβλημα μπορεί να είναι πιο έντονο.
Η ενεργή επιφάνεια θέρμανσης θα πρέπει ιδανικά να τοποθετείται εκεί όπου η κυκλοφορία φτάνει στον θερμαντήρα από πολλές κατευθύνσεις ή όπου η ροή της διεργασίας κατευθύνεται σκόπιμα κατά μήκος της ζώνης θέρμανσης.
Η απόσταση από τον πυθμένα και τα τοιχώματα της δεξαμενής θα πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τα ιζήματα, τις αποθέσεις και την πρόσβαση στη συντήρηση.
Ο χρόνος θέρμανσης μπορεί να υπολογιστεί από τις ιδιότητες του υγρού
Ας υποθέσουμε ότι μια ενδεικτική δεξαμενή περιέχει 600 kg χημικού διαλύματος υψηλού-ιξώδους με ειδική θερμική χωρητικότητα 2,8 kJ/(kg·K). Η απαιτούμενη αύξηση θερμοκρασίας είναι 40 βαθμούς.
Η λογική ενέργεια θέρμανσης είναι:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67, 200 kJ
Αυτό ισούται περίπου με 18,7 kWh.
Με έναν θερμαντήρα 12 kW, ο ιδανικός εύλογος χρόνος θέρμανσης-θα ήταν περίπου:
18,7 ÷ 12=1.56 ώρες
Ο πραγματικός χρόνος θέρμανσης θα είναι μεγαλύτερος λόγω της απώλειας θερμότητας της δεξαμενής, των σωληνώσεων, της εξάτμισης, της φόρτωσης του τεμαχίου εργασίας και άλλων θερμικών επιδράσεων.
Το παράδειγμα δείχνει επίσης γιατί η επιλογή θερμαντήρα πρέπει να χρησιμοποιεί την πραγματική ειδική θερμική ικανότητα του χημικού διαλύματος αντί να υποθέτει τις ιδιότητες του νερού.
Η ισχύς πρέπει να ταιριάζει με την πραγματική θερμότητα-Συνθήκη μεταφοράς
Για λουτρά υψηλού-ιξώδους, η επιλογή ενός θερμαντήρα με υπερβολική ισχύ μπορεί να δημιουργήσει ένα δύσκολο θερμικό περιβάλλον.
Μια καλύτερη προσέγγιση είναι να ισορροπήσετε:
Απαιτούμενος ρυθμός θέρμανσης
Ενεργός χώρος θέρμανσης
Μέση ροή θερμότητας
Δυνατότητα κυκλοφορίας
Ιξώδες μπάνιου
Θερμοκρασία λειτουργίας
Γεωμετρία δεξαμενής
Απαίτηση ομοιομορφίας θερμοκρασίας
Ο στόχος δεν είναι απλώς η μέγιστη ισχύς θέρμανσης. Ο χρήσιμος στόχος είναι η επαρκής μεταφορά θερμότητας χωρίς υπερβολική τοπική θερμική συγκέντρωση.
Ποιες πληροφορίες πρέπει να περιλαμβάνονται στις προμήθειες;
Μια χημική εφαρμογή υψηλού-ιξώδους θα πρέπει να παρέχει:
Χημική σύνθεση
Ιξώδες σε θερμοκρασία εκκίνησης
Ιξώδες σε θερμοκρασία λειτουργίας
Ειδική θερμοχωρητικότητα
Πυκνότητα
Θερμοκρασία στόχος
Απαιτούμενος χρόνος θέρμανσης
Διαστάσεις δεξαμενής
Μέθοδος κυκλοφορίας
Ελάχιστη στάθμη υγρού
Απαιτούμενη ισχύς θερμαντήρα
Διαθέσιμο ηλεκτρικό ρεύμα
Αυτές οι πληροφορίες επιτρέπουν αPTFE θερμαντήρας εμβάπτισηςνα σχεδιαστεί γύρω από την πραγματική συμπεριφορά του ρευστού αντί για μια απλοποιημένη υπόθεση-που βασίζεται στο νερό.
Για ιδιαίτερα παχύρρευστα διαλύματα, περιορισμένη κυκλοφορία, βαθιές δεξαμενές ή μεγάλα φορτία θέρμανσης, η προσαρμοσμένη επιφάνεια θέρμανσης και η γεωμετρία του θερμαντήρα μπορούν να παρέχουν καλύτερη θερμική κατανομή. Η τελική διαμόρφωση θα πρέπει να εξισορροπεί τη ροή θερμότητας, την κυκλοφορία, το βάθος βύθισης και τη θερμοκρασία διεργασίας για να επιτευχθεί σταθερή θέρμανση σε όλη τη δεξαμενή χημικών.
