Kemijska tvornica postavila je četiri PTFE uronjena grijača u spremnik za kiseljenje od 2000- litara kako bi osigurala 16 kW kapaciteta grijanja. Grijalice su postavljene na dva nasuprotna zida, s po dva grijača na svakom zidu. Grijači na svakom zidu su razmaknuti 60 mm. U roku od šest mjeseci, unutarnji grijači-oni okrenuti jedan prema drugom preko razmaka pokazali su mjehuriće od PTFE duž rubova, dok su vanjski grijači ostali u dobrom stanju. Razmak između grijača bio je preuzak za odgovarajući protok.
Razmak između elemenata kritičan je parametar dizajna kada je više PTFE uronjenih grijača ugrađeno u isti spremnik. Razmak određuje može li tekućina slobodno teći između grijača ili će jaz postati zona stagnacije u kojoj se toplina nakuplja i grijači se pregrijavaju.
Zašto je razmak između elemenata važan
Svaki PTFE uronjeni grijač stvara toplinski oblak koji se uzdiže duž njegovog omotača. Kada su dva grijača postavljena blizu jedan drugome, njihovi perjanici međusobno djeluju. Ako je razmak dovoljno širok, perjanice se dižu neovisno, povlačeći hladnu tekućinu odozdo i održavajući protok duž obje površine. Ako je razmak preuzak, perjanice se spajaju i protok između grijača postaje ograničen.
U uskom procjepu tekućina se zagrijava s obje strane. Diže se brže od tekućine na vanjskim površinama. Razmak postaje dimnjak s jakim uzlaznim strujanjem, ali protok na površinama plašta može biti neujednačen. Donji dio raspora može biti bez protoka, dok gornji dio ima veliku brzinu. Neravnomjerno strujanje stvara vruće točke na donjim dijelovima okrenutih površina.
| Razmak grijača | Protok između grijača | Efekt dimnjaka | Hot Spot Rizik | Preporučena primjena |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | Jadno | Jaka | Vrlo visoko | Ne preporučuje se |
| 30–50 mm | Umjereno | Umjereno | visoko | Samo niska gustoća vata |
| 50–80 mm | Dobro | Umjereno | Niska | Većina aplikacija |
| 80–120 mm | Izvrsno | Slabo | Vrlo nisko | Visoka gustoća vata |
| >120 mm | Izvrsno | Nijedan | Vrlo nisko | Veliki spremnici |
Razmak grijača i njegov učinak na protok i rizik od vrućih točaka
Efekt dimnjaka
Kada su dva zagrijana omotača okrenuta jedan prema drugom, razmak između njih djeluje kao dimnjak. Tekućina u rasporu se zagrijava s obje strane, postaje manje gusta i diže se. Hladnija tekućina se uvlači s dna. Učinak dimnjaka može biti koristan ako je razmak dovoljno širok da omogući nesmetan protok, ali može biti štetan ako je razmak preuzak.
U uskom otvoru, efekt dimnjaka je jak, ali je protok neravnomjeran. Tekućina se ubrzava dok se diže, a pad tlaka na dnu raspora ograničava dotok hladne tekućine. Donji dio raspora prima manji protok, a grijači tamo rade toplije.
Smjernice za razmak za različite konfiguracije grijača
Preporučeni razmak ovisi o orijentaciji grijača, gustoći vata i svojstvima tekućine.
Za vertikalne grijače okrenute jedna prema drugoj, preporučuje se minimalni razmak od 50 mm za nisku gustoću vata (0,8–1,0 W/cm²) i 80 mm za veću gustoću vata (1,2–1,5 W/cm²). Razmak treba mjeriti između površina omotača, a ne između montažnih nosača.
Za grijalice postavljene na isti zid, jedna pored druge, razmak može biti manji jer grijalice nisu okrenute jedna prema drugoj. Razmak od 30-40 mm dovoljan je za sprječavanje toplinske interferencije između susjednih grijača na istom zidu.
Za vodoravne grijače postavljene okomito, razmak bi trebao biti najmanje 100 mm kako bi toplinski oblak iz donjeg grijača mogao izaći, a da ga gornji grijač ne zarobi.
| Konfiguracija grijača | Preporučeni razmak | Minimalni razmak | Bilješke |
|---|---|---|---|
| Vertikalni, okrenuti jedan prema drugom, niski WD | 50–80 mm | 40 mm | Mjerite između omotača |
| Vertikalni, okrenuti jedan prema drugom, visoki WD | 80–120 mm | 60 mm | Veći WD zahtijeva više prostora |
| Okomito, jedno uz drugo, isti zid | 30–50 mm | 25 mm | Grijači nisu okrenuti jedan prema drugom |
| Horizontalno, naslagano | 100–150 mm | 80 mm | Plume mora pobjeći |
| Vertikalno, okomito | 40–60 mm | 30 mm | Perjanice manje međusobno djeluju |
Smjernice za razmak za konfiguracije višestrukih PTFE uronjenih grijača
Učinak razmaka na ujednačenost temperature
Razmak između elemenata utječe ne samo na temperaturu površine plašta, već i na ujednačenost temperature u spremniku. Grijači koji su preblizu razmaknuti stvaraju lokaliziranu vruću zonu između sebe. Tekućina u toj zoni je toplija od mase, a obradaci koji prolaze kroz tu zonu mogu biti pre-zagrijani.
Grijači koji su široko raspoređeni ravnomjernije raspoređuju toplinu. Oblaci iz svakog grijača dižu se neovisno i miješaju s rasutom tekućinom. Temperatura u spremniku je ujednačenija.
| Razmak | Lokalna vruća zona | Ujednačenost skupne temperature | Utjecaj na kvalitetu obratka |
|---|---|---|---|
| <30 mm | Jaka | Loše (±3–5 stupnjeva) | Vidljiva varijacija |
| 30–50 mm | Umjereno | Umjereno (±2–3 stupnja) | Manja varijacija |
| 50–80 mm | Slabo | Dobro (±1–2 stupnja) | Zanemarivo |
| >80 mm | Nijedan | Izvrsno (±0,5–1 stupanj) | Nijedan |
Razmak između elemenata i njegov utjecaj na ujednačenost temperature i kvalitetu obratka
Kada se razmak ne može povećati
Ako spremnik ne može primiti veći razmak između grijača, mogućnosti su smanjiti broj grijača, smanjiti gustoću u vatima ili koristiti drugu konfiguraciju grijača. Jedan veliki grijač s velikom površinom može biti bolji od više usko postavljenih grijača.
Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s razmakom optimiziranim za spremnik i postupak rješava glavni uzrok ograničenja protoka između grijača. Proces specifikacije zahtijeva dimenzije spremnika, broj grijača, orijentaciju grijača, gustoću u vatima i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s više grijača u jednom spremniku, ovaj-pristup specifičan za aplikaciju poboljšava protok između grijača i produljuje vijek trajanja grijača.
