Ένα εξειδικευμένο χημικό εργοστάσιο ανέφερε ένα ασυνήθιστο σύμπτωμα: ένας θερμαντήρας εμβάπτισης PTFE σε ένα παχύρρευστο διάλυμα πολυμερούς εξέπεμπε ένα απότομο τρίξιμο ή ήχο σκασμού κατά την πρώτη ώρα της θέρμανσης-κάθε πρωί. Ο θόρυβος σταμάτησε μόλις το μπάνιο έφτασε στο σημείο ρύθμισης. Ο θερμαντήρας δεν υπέστη εμφανή ζημιά και η τρέχουσα τροφοδοσία ήταν κανονική. Αλλά ο θόρυβος ήταν ένα προειδοποιητικό σημάδι-εντοπιζόταν βρασμός στην επιφάνεια του θερμαντήρα κατά τη διάρκεια της φάσης θέρμανσης-.
Ο θόρυβος ατμού κατά τη διάρκεια της θέρμανσης-είναι ένα σύμπτωμα βρασμού μεμβράνης στην επιφάνεια PTFE. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του θερμαντήρα είναι αρκετά υψηλή ώστε να εξατμίζεται το ρευστό σε επαφή με αυτό, αλλά ο ατμός δεν μπορεί να διαφύγει γρήγορα επειδή το ρευστό είναι παχύρρευστο. Οι φυσαλίδες ατμού καταρρέουν βίαια όταν αποσπώνται, δημιουργώντας τον ήχο που σκάει.
Γιατί τα παχύρρευστα λουτρά παράγουν θόρυβο ατμού
Σε ένα ρευστό χαμηλού-ιξώδους όπως το νερό, οι φυσαλίδες ατμού αποσπώνται εύκολα και ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Καταρρέουν αθόρυβα στο ψυχρότερο υγρό όγκου. Η διαδικασία είναι ομαλή και δεν δημιουργείται θόρυβος.
Σε ένα παχύρρευστο ρευστό, το οριακό στρώμα στην επιφάνεια του θερμαντήρα είναι παχύ. Οι φυσαλίδες ατμού που σχηματίζονται στην επιφάνεια δεν μπορούν να αποκολληθούν εύκολα επειδή το παχύρρευστο υγρό αντιστέκεται στην κίνηση τους. Οι φυσαλίδες μεγαλώνουν πριν απελευθερωθούν. Όταν τελικά αποκολληθούν, καταρρέουν γρήγορα και η κατάρρευση δημιουργεί ένα κύμα πίεσης που ακούγεται ως ήχος που σκάει ή κροτάλισμα.
| Ρευστό ιξώδες | Αποκόλληση φυσαλίδων | Μέγεθος φυσαλίδων κατά την αποκόλληση | Ενέργεια κατάρρευσης | Επίπεδο θορύβου |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Εύκολος | Μικρό | Χαμηλός | Κανένας |
| 10–100 mPa·s | Μέτριος | Μέτριος | Μέτριος | Λιποθυμία |
| 100–1.000 mPa·s | Δύσκολος | Μεγάλο | Ψηλά | Ακουστός |
| >1.000 mPa·s | Πολύ δύσκολο | Πολύ μεγάλο | Πολύ ψηλά | Μεγαλόφωνος |
Το ιξώδες και η επίδρασή του στην αποκόλληση φυσαλίδων και στη δημιουργία θορύβου
Γιατί το Heat-Είναι η πιο ευάλωτη φάση
Κατά τη διάρκεια της θέρμανσης-, ο θερμαντήρας λειτουργεί με πλήρη ισχύ. Η θερμοκρασία της επιφάνειας είναι υψηλότερη από ό,τι είναι κατά τη διάρκεια της λειτουργίας σταθερής-κατάστασης, επειδή το υγρό χύμα είναι πιο ψυχρό και η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμαντήρα και του ρευστού είναι μεγαλύτερη. Η υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας αυξάνει τον ρυθμό σχηματισμού ατμών.
Το υγρό είναι επίσης πιο παχύρρευστο κατά τη διάρκεια της θέρμανσης-. Το ιξώδες των περισσότερων ρευστών μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Ένα διάλυμα πολυμερούς που είναι 15.000 mPa·s στους 25 βαθμούς μπορεί να είναι 5.000 mPa·s στους 60 βαθμούς. Κατά τη διάρκεια της θέρμανσης{10}}το υγρό κοντά στο θερμαντήρα είναι πιο ψυχρό και πιο παχύρρευστο από ό,τι στο σημείο ρύθμισης. Το παχύρρευστο υγρό παγιδεύει τις φυσαλίδες ατμού και ο θόρυβος είναι πιο δυνατός.
Γιατί έχει σημασία ο θόρυβος του Steam
Ο θόρυβος ατμού δεν είναι απλώς ενοχλητικός. Υποδεικνύει ότι εμφανίζεται τοπικός βρασμός στην επιφάνεια του θερμαντήρα. Ο βρασμός δημιουργεί μια κουβέρτα ατμού που μονώνει την επιφάνεια. Η θερμοκρασία της επιφάνειας αυξάνεται και το PTFE υποβαθμίζεται πιο γρήγορα από ό,τι θα ήταν υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας.
Η επαναλαμβανόμενη κατάρρευση των φυσαλίδων ατμού δημιουργεί επίσης μηχανική καταπόνηση στο PTFE. Τα κύματα πίεσης από τις καταρρεύσεις προσκρούουν στην επιφάνεια του πολυμερούς. Με την πάροδο του χρόνου, το άγχος μπορεί να προκαλέσει κόπωση, σκάσιμο και φουσκάλες.
Πρόληψη θορύβου ατμού σε παχύρρευστα λουτρά
Η πιο αποτελεσματική πρόληψη είναι η μείωση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του θερμαντήρα κάτω από το σημείο βρασμού του υγρού. Αυτό απαιτεί μείωση της πυκνότητας watt και βελτίωση της ροής στην επιφάνεια του θερμαντήρα.
Μια χαμηλότερη πυκνότητα watt-0,5–0,8 W/cm²-μειώνει τη θερμοκρασία της επιφάνειας κατά 15–25 βαθμούς σε σύγκριση με 1,0–1,2 W/cm². Η χαμηλότερη θερμοκρασία διατηρεί την επιφάνεια κάτω από το σημείο βρασμού στα περισσότερα παχύρρευστα ρευστά.
Η βελτιωμένη ροή στην επιφάνεια του θερμαντήρα-από έναν εξαγωγέα, μια αντλία ανακυκλοφορίας ή έναν μηχανικό αναδευτήρα-μειώνει το πάχος του οριακού στρώματος και μειώνει τη θερμοκρασία της επιφάνειας. Μια τοπική ταχύτητα 0,3–0,5 m/s είναι επαρκής για την αποφυγή του θορύβου ατμού στα περισσότερα παχύρρευστα υγρά.
| Μέτρο Πρόληψης | Επίδραση στη θερμοκρασία επιφάνειας | Εκτέλεση |
|---|---|---|
| Χαμηλότερη πυκνότητα watt, 0,5–0,8 W/cm² | 15–25 βαθμούς χαμηλότερη | Σχεδιασμός θερμαντήρα |
| Εκπαιδευτής σε θερμάστρα | 20–30 βαθμούς χαμηλότερη | Μικρή αντλία ή πεπιεσμένος αέρας |
| Βρόχος ανακυκλοφορίας | 25–35 βαθμούς χαμηλότερη | Αντλία και σωληνώσεις |
| Μηχανική ανάδευση | 15–25 βαθμούς χαμηλότερη | Αναδευτήρας ή αναδευτήρας |
Μέτρα πρόληψης για θόρυβο ατμού σε παχύρρευστα λουτρά
Όταν ο θόρυβος ατμού υποδεικνύει πρόβλημα σχεδιασμού
Ένας θερμαντήρας που εκπέμπει θόρυβο ατμού παρά τη χαμηλή πυκνότητα watt και τη βελτιωμένη ροή υποδηλώνει ότι ο σχεδιασμός του θερμαντήρα δεν είναι κατάλληλος για το παχύρρευστο ρευστό. Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE με πολύ χαμηλή πυκνότητα watt, μεγάλη επιφάνεια και βελτιστοποιημένη θέση-ροής αντιμετωπίζει τη βασική αιτία του τοπικού βρασμού. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί το ιξώδες του ρευστού σε θερμοκρασία λειτουργίας, το σημείο βρασμού, τη θέση του θερμαντήρα, τις συνθήκες ροής και την απαιτούμενη ισχύ. Για εγκαταστάσεις με παχύρρευστα υγρά διεργασίας, αυτή η ειδική προσέγγιση-εφαρμογής μειώνει τον θόρυβο ατμού και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα.
