Ένα χημικό εργοστάσιο αντικατέστησε έναν θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE σε ένα λουτρό επιμετάλλωσης μετά από εννέα μήνες υπηρεσίας. Το ίδιο μοντέλο θερμαντήρα είχε διαρκέσει τέσσερα χρόνια σε μια παρόμοια δεξαμενή σε διαφορετική εγκατάσταση. Η διαφορά ήταν η συγκέντρωση των διαλυμένων στερεών. Η αποτυχημένη εγκατάσταση έτρεξε ένα λουτρό με 350 g/L διαλυμένων αλάτων, ενώ η επιτυχής εγκατάσταση έγινε στα 120 g/L. Η υψηλότερη συγκέντρωση στερεών είχε αυξήσει το ιξώδες και μείωσε τη θερμική αγωγιμότητα του ρευστού, μειώνοντας την ασφαλή πυκνότητα watt.
Τα διαλυμένα στερεά επηρεάζουν τη μεταφορά θερμότητας με δύο τρόπους. Αυξάνουν το ιξώδες του ρευστού, το οποίο πυκνώνει το θερμικό οριακό στρώμα στην επιφάνεια του θερμαντήρα. Μειώνουν επίσης τη θερμική αγωγιμότητα του ρευστού, η οποία μειώνει τον ρυθμό με τον οποίο η θερμότητα κινείται μέσα από το ρευστό. Το συνδυασμένο αποτέλεσμα είναι ένας χαμηλότερος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας και μια υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας θερμαντήρα για οποιαδήποτε δεδομένη πυκνότητα watt.
Πώς τα διαλυμένα στερεά αλλάζουν τις ιδιότητες του υγρού
Καθώς η συγκέντρωση των διαλυμένων στερεών αυξάνεται, το ρευστό γίνεται πιο παχύρρευστο και λιγότερο θερμικά αγώγιμο. Η αύξηση του ιξώδους είναι περίπου γραμμική με τη συγκέντρωση για τα περισσότερα άλατα. Η μείωση της θερμικής αγωγιμότητας είναι μικρότερη αλλά εξακολουθεί να είναι μετρήσιμη.
Ένα λουτρό επιμετάλλωσης με 300 g/L διαλυμένων αλάτων μπορεί να έχει ιξώδες δύο έως τρεις φορές μεγαλύτερο από αυτό του νερού στην ίδια θερμοκρασία. Η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να είναι 10-15% χαμηλότερη. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, ο οποίος εξαρτάται και από τις δύο ιδιότητες, μπορεί να είναι 25–40% χαμηλότερος από το νερό.
| Διαλυμένα Στερεά | Σχετικό ιξώδες | Σχετική θερμική αγωγιμότητα | Συναγωγικός συντελεστής έναντι νερού | Ασφαλής πυκνότητα Watt |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 W/cm² |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 W/cm² |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 W/cm² |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 W/cm² |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 W/cm² |
Συγκέντρωση διαλυμένων στερεών και η επίδρασή της στις ιδιότητες του υγρού και στην ασφαλή πυκνότητα watt
Γιατί το ίδιο μοντέλο θερμαντήρα αποτυγχάνει σε υψηλά στερεά
Ένας θερμαντήρας που λειτουργεί στα 1,2 W/cm² σε ένα λουτρό χαμηλής-στερεάς μπορεί να έχει θερμοκρασία επιφάνειας 15–18 βαθμούς πάνω από το χύμα υγρό. Η ίδια θερμάστρα σε ένα λουτρό με υψηλή-στερεά μπορεί να έχει θερμοκρασία επιφάνειας 25–35 βαθμούς πάνω από τον όγκο. Η υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας επιταχύνει τη διείσδυση, την οξείδωση και την εναπόθεση αλάτων.
Η υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας αυξάνει επίσης την κινητήρια δύναμη για την εναπόθεση. Τα διαλυμένα άλατα που είναι σχεδόν κορεσμένα στη θερμοκρασία όγκου μπορεί να υπερβαίνουν τον κορεσμό στην επιφάνεια του θερμαντήρα. Κατακρημνίζονται στην επιφάνεια, σχηματίζοντας ένα στρώμα αλάτων που προσθέτει θερμική αντίσταση και αυξάνει περαιτέρω τη θερμοκρασία της επιφάνειας.
Πρακτικά όρια πυκνότητας Watt για λουτρά υψηλών-Στερεών
Για λουτρά με διαλυμένα στερεά πάνω από 250 g/L, η ασφαλής πυκνότητα watt είναι 0,8–1,0 W/cm² σε συνθήκες μέτριας ανάδευσης. Για λουτρά άνω των 350 g/L, το όριο πέφτει στα 0,6–0,8 W/cm². Αυτές οι τιμές προϋποθέτουν όριο θερμοκρασίας επιφάνειας θερμαντήρα 100–110 μοιρών.
| Διαλυμένα Στερεά | Θερμοκρασία | Ασφαλής πυκνότητα Watt | Επιφάνεια για 5 kW | Αναμενόμενη διάρκεια ζωής |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 μοίρες | 1,4 W/cm² | 3.571 cm² | 4-6 ετών |
| 100–200 g/L | 60 μοίρες | 1,2 W/cm² | 4.167 cm² | 3-4 ετών |
| 200–300 g/L | 60 μοίρες | 1,0 W/cm² | 5.000 cm² | 2-3 χρόνια |
| 300–400 g/L | 60 μοίρες | 0,8 W/cm² | 6.250 cm² | 18-30 μηνών |
| >400 g/L | 60 μοίρες | 0,6 W/cm² | 8.333 cm² | 12-24 μηνών |
Ασφαλείς απαιτήσεις πυκνότητας watt και επιφάνειας με συγκέντρωση διαλυμένων στερεών
Μέτρηση διαλυμένων στερεών
Η συγκέντρωση των διαλυμένων στερεών μπορεί να μετρηθεί με εξάτμιση ενός δείγματος του λουτρού και ζύγιση του υπολείμματος. Η μέτρηση πρέπει να εκτελείται σε θερμοκρασία λειτουργίας ή να διορθώνεται στη θερμοκρασία λειτουργίας.
Ένας μετρητής αγωγιμότητας παρέχει μια γρήγορη εκτίμηση των διαλυμένων στερεών. Η αγωγιμότητα συσχετίζεται με τη συγκέντρωση για τα περισσότερα λουτρά επιμετάλλωσης. Η σχέση θα πρέπει να βαθμονομηθεί για τη συγκεκριμένη χημεία λουτρού.
Όταν οι τυπικοί θερμαντήρες δεν μπορούν να ικανοποιήσουν την απαίτηση πυκνότητας Watt
Τα λουτρά επιμετάλλωσης υψηλών-στερεών με υψηλές απαιτήσεις ισχύος και περιορισμένο περιφερειακό χώρο συχνά δεν μπορούν να φιλοξενήσουν τυπικούς θερμαντήρες εμβάπτισης από PTFE στις χαμηλές πυκνότητες watt που απαιτεί η χημεία. Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE με μεγάλη επιφάνεια, χαμηλή πυκνότητα watt και βελτιστοποιημένη θέση ροής- αντιμετωπίζει τη βασική αιτία της αναντιστοιχίας πυκνότητας watt. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τη συγκέντρωση διαλυμένων στερεών, τη θερμοκρασία λειτουργίας, τις διαστάσεις της δεξαμενής, τις συνθήκες ροής και την απαιτούμενη ισχύ. Για εγκαταστάσεις με λουτρά υψηλών-στερεών, αυτή η ειδική προσέγγιση-εφαρμογής μειώνει την υποβάθμιση της επίστρωσης και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα.
