Η Παραπλανητική Προδιαγραφή
Η θερμική αγωγιμότητα κυριαρχεί στις συζητήσεις για την επιλογή υλικού εναλλάκτη θερμότητας. Ο ανοξείδωτος χάλυβας στα 16 W/m·K και το τιτάνιο στα 22 W/m·K εμφανίζονται αποφασιστικά ανώτεροι από το PTFE στα 0,25 W/m·K. Σε ένα φύλλο προδιαγραφών, τα μέταλλα κερδίζουν.
Σε ένα λουτρό{0}}με επιρρεπή ψευδάργυρο ή νικέλιο, το φύλλο προδιαγραφών λέει λιγότερο από τη μισή ιστορία. Μετά από έξι μήνες λειτουργίας, η επιφάνεια του μεταλλικού πηνίου επικαλύπτεται με ένα στρώμα-όπως τσιμέντο από υδροξείδια μετάλλων και θειικό ασβέστιο. Ο μετρούμενος συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας έχει μειωθεί κατά 50% ή περισσότερο από την καθαρή τιμή. Το πηνίο χρειάζεται αφαίρεση για χημική αφαλάτωση. Η παραγωγή σταματά. Το μπάνιο δροσίζει. Τέσσερις ώρες αργότερα, το καθαρό πηνίο επανατοποθετείται και ο κύκλος ξεκινά ξανά.
Το πηνίο PTFE στη διπλανή δεξαμενή έχει συσσωρεύσει μια λεπτή σκόνη λάσπης που απομακρύνεται εν μέρει κατά την κανονική ανάδευση στο μπάνιο. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας έχει μειωθεί κατά 8% από την καθαρή τιμή. Δεν χρειάζεται καθαρισμός. Η παραγωγή συνεχίζεται.
Ο παράγοντας ρύπανσης
Η αντίσταση ρύπανσης προσθέτει στη συνολική θερμική αντίσταση οποιουδήποτε εναλλάκτη θερμότητας. Ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι το αντίστροφο του αθροίσματος των μεμονωμένων αντιστάσεων: ατμού-πλευρική μεμβράνη, τοίχωμα σωλήνα, πλευρική μεμβράνη επεξεργασίας-και στρώμα ρύπανσης.
Για ένα καθαρό μεταλλικό πηνίο, η αντίσταση του τοιχώματος του σωλήνα είναι αμελητέα. Η συνολική τιμή U- κυριαρχείται από τον συντελεστή πλευρικής ταινίας διεργασίας-. Η αρχική τιμή U-είναι υψηλή.
Για ένα ρυπασμένο μεταλλικό πηνίο, η αντίσταση του στρώματος ρύπανσης είναι μεγάλη και κυρίαρχη. Οι εναποθέσεις λάσπης σε μέταλλο έχουν ισχυρή πρόσφυση από ηλεκτροστατική έλξη και μηχανική σύμπλεξη με την τραχύτητα της επιφάνειας. Η κατάθεση χτίζεται σταθερά. Μετά από έξι μήνες, η αντίσταση ρύπανσης υπερβαίνει όλες τις άλλες αντιστάσεις μαζί. Η συνολική U-τιμή πέφτει κατακόρυφα.
Για ένα πηνίο PTFE, η αντίσταση του τοιχώματος του σωλήνα είναι σημαντική ακόμα και όταν είναι καθαρό. Η τιμή καθαρού U-είναι χαμηλότερη από ό,τι για το καθαρό μέταλλο. Αυτή είναι η ποινή της θερμικής αγωγιμότητας. Αλλά η αντίσταση του στρώματος ρύπανσης αυξάνεται αργά επειδή η λάσπη προσκολλάται ασθενώς στην επιφάνεια PTFE χαμηλής-ενέργειας. Μετά από έξι μήνες, η αντίσταση ρύπανσης είναι ένα κλάσμα της αντίστασης ρύπανσης του μεταλλικού πηνίου. Η συνολική τιμή U-του πηνίου PTFE, που ξεκίνησε χαμηλότερα, μπορεί τώρα να ισούται ή να υπερβαίνει την τιμή U- του πηνίου από ρυπασμένο μέταλλο.
Πίνακας 1: Απόδοση μεταφοράς θερμότητας με την πάροδο του χρόνου σε λάσπη-Λουτρό επιρρεπούς (Τυπικές τιμές)
| Περίοδος Λειτουργίας | Μεταλλικό πηνίο U-Τιμή (W/m²·K) | Πηνίο PTFE U-Τιμή (W/m²·K) | Πλεονέκτημα αποτελεσματικής απόδοσης |
|---|---|---|---|
| Ημέρα 1 (καθαρό) | 800 | 280 | μέταλλο +185% |
| Μήνας 1 | 550 | 270 | μέταλλο +104% |
| Μήνας 3 | 380 | 255 | μέταλλο +49% |
| Μήνας 6 | 290 | 240 | μέταλλο +21% |
| Μήνας 6 (μετά τον καθαρισμό μετάλλων) | 800 | 240 | Μεταλλικό +233% (προσωρινό) |
| Μέσος όρος άνω των 12 μηνών (συμπεριλαμβανομένου του χρόνου διακοπής καθαρισμού για μέταλλο) | 420 | 245 | Μεταλλικό +71% (συνεχές έναντι διαλείπουσας) |
Οι τιμές είναι ενδεικτικές βασισμένες σε παρατηρήσεις πεδίου σε επίστρωση ψευδαργύρου και νικελίου. Οι πραγματικοί ρυθμοί ρύπανσης εξαρτώνται από τη χημεία του μπάνιου, τη θερμοκρασία και την ανάδευση. Ο καθαρισμός μετάλλων αναλαμβάνεται κάθε 6 μήνες με 4 ώρες διακοπής λειτουργίας ανά εκδήλωση. Το PTFE δεν προϋποθέτει χρόνο διακοπής καθαρισμού.
Ο παράγοντας διακοπής λειτουργίας
Η σύγκριση θερμικής απόδοσης πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη διαθεσιμότητα. Ένα μεταλλικό πηνίο που αφαιρείται για καθαρισμό παρέχει μηδενική θερμότητα κατά τη διάρκεια της περιόδου καθαρισμού. Το μπάνιο δροσίζει. Κατά την επανεκκίνηση, απαιτείται πρόσθετη ενέργεια για την αναθέρμανση του λουτρού στη θερμοκρασία λειτουργίας. Αυτή η ενεργειακή ποινή αποτελεί μέρος του κόστους του κύκλου ζωής.
Ένα πηνίο PTFE που λειτουργεί συνεχώς χωρίς διακοπή λειτουργίας καθαρισμού παρέχει σταθερή είσοδο θερμότητας. Δεν υπάρχει ποινή αναθέρμανσης. Τα προγράμματα παραγωγής δεν διακόπτονται για συντήρηση πηνίου. Η πραγματική ετήσια παροχή θερμότητας-συνολική ενέργεια που μεταφέρεται στη διεργασία κατά τη διάρκεια ενός έτους-μπορεί να ευνοήσει το πηνίο PTFE, παρόλο που η τιμή U- του στιγμιαίου καθαρού είναι χαμηλότερη.
Πέρα από τη Θερμική Απόδοση
Η σύγκριση ρύπανσης επηρεάζει περισσότερο από τη μεταφορά θερμότητας. Η χημική αφαλάτωση μεταλλικών πηνίων δημιουργεί επικίνδυνα απόβλητα οξέα που απαιτούν απόρριψη. Κάθε κύκλος καθαρισμού αφαιρεί μια μικρή ποσότητα βασικού μετάλλου μαζί με την κλίμακα, αραιώνοντας σταδιακά το τοίχωμα του σωλήνα. Μετά από χρόνια κυκλικής απολέπισης και αφαλάτωσης, το μεταλλικό πηνίο απαιτεί αντικατάσταση λόγω λέπτυνσης του τοιχώματος και όχι ρύπανσης.
Τα πηνία PTFE αντιστέκονται στη χημική επίθεση από χημικά αφαλάτωσης, αλλά σπάνια χρειάζονται αφαλάτωση. Όταν ο καθαρισμός είναι απαραίτητος, η αδρανή επιφάνεια ανέχεται επιθετικά καθαριστικά χωρίς υποβάθμιση. Δεν χάνεται κανένα βασικό υλικό. Το πάχος του τοιχώματος παραμένει σταθερό καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
Περίληψη
Η θερμική αγωγιμότητα δεν είναι ο μόνος καθοριστικός παράγοντας για την απόδοση του εναλλάκτη θερμότητας σε λουτρά λάσπης-επιρρεπή. Τα ποσοστά ρύπανσης σε μεταλλικές επιφάνειες υποβαθμίζουν τα αρχικά θερμικά πλεονεκτήματα μέσα σε μήνες. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια του PTFE ελαχιστοποιεί την πρόσφυση της λάσπης, διατηρώντας σταθερούς συντελεστές μεταφοράς θερμότητας για παρατεταμένες περιόδους χωρίς χρόνο διακοπής καθαρισμού.
Η σύγκριση του κύκλου ζωής πρέπει να περιλαμβάνει αύξηση της αντίστασης ρύπανσης, συχνότητα καθαρισμού, ενεργειακές κυρώσεις χρόνου διακοπής λειτουργίας και κόστος χημικού καθαρισμού. Όταν περιλαμβάνονται αυτοί οι παράγοντες, οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE συχνά παρέχουν χαμηλότερο συνολικό κόστος και πιο σταθερή θερμική απόδοση από ό,τι οι ισοδύναμοι μετάλλων σε εφαρμογές που είναι επιρρεπείς στη λάσπη-.
Διατίθεται μηχανική ανάλυση για σύγκριση κύκλου ζωής PTFE έναντι μεταλλικού εναλλάκτη θερμότητας σε συγκεκριμένα λουτρά με επιρρεπή λάσπη{{1}με την υποβολή της χημείας λουτρών, των δεδομένων του ποσοστού ρύπανσης, της τρέχουσας συχνότητας καθαρισμού και του κόστους και της απαιτούμενης λειτουργίας θερμότητας.
