Specijalna kemijska tvornica izvijestila je o neobičnom simptomu: PTFE uronjeni grijač u otopini viskoznog polimera ispuštao je oštro pucketanje ili pucanje tijekom prvog sata zagrijavanja-svakog jutra. Buka je prestala čim je kupka dosegla zadanu vrijednost. Grijač nije bio vidljivo oštećen, a struja je bila normalna. Ali buka je bila znak upozorenja-da je došlo do lokaliziranog vrenja na površini grijača tijekom-faze zagrijavanja.
Šum pare tijekom-zagrijavanja simptom je kipljenja filma na PTFE površini. Temperatura površine grijača dovoljno je visoka da ispari tekućinu u dodiru s njom, ali para ne može brzo izaći jer je tekućina viskozna. Mjehurići pare se snažno skupljaju kada se odvoje, stvarajući zvuk pucanja.
Zašto viskozne kupke proizvode buku pare
U tekućini niske{0}}viskoznosti kao što je voda, mjehurići pare se lako odvajaju i dižu na površinu. Oni se tiho kolabiraju u hladnijoj tekućini. Proces je gladak i nema buke.
U viskoznom fluidu, granični sloj na površini grijača je debeo. Mjehurići pare koji se stvaraju na površini ne mogu se lako odvojiti jer se viskozna tekućina opire njihovom kretanju. Mjehurići postaju veći prije nego što se oslobode. Kada se konačno odvoje, brzo se skupe, a kolaps generira val pritiska koji se čuje kao pucketanje ili pucketanje.
| Viskoznost tekućine | Odvajanje mjehurića | Veličina mjehurića pri odvajanju | Energija kolapsa | Razina buke |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Lako | Mali | Niska | Nijedan |
| 10–100 mPa·s | Umjereno | Umjereno | Umjereno | Onesvijestiti se |
| 100–1000 mPa·s | teško | velika | visoko | Čujno |
| >1000 mPa·s | Vrlo teško | Vrlo velik | Vrlo visoko | Glasno |
Viskoznost i njezin učinak na odvajanje mjehurića i stvaranje buke
Zašto je zagrijavanje-najosjetljivija faza
Tijekom zagrijavanja-grijač radi punom snagom. Površinska temperatura viša je nego tijekom stacionarnog-radnja jer je rasuti fluid hladniji i temperaturna razlika između grijača i fluida je veća. Viša površinska temperatura povećava brzinu stvaranja pare.
Tekućina je također viskoznija tijekom zagrijavanja-. Viskoznost većine tekućina opada s porastom temperature. Otopina polimera koja ima 15 000 mPa·s na 25 stupnjeva može biti 5 000 mPa·s na 60 stupnjeva. Tijekom-zagrijavanja, tekućina u blizini grijača je hladnija i viskoznija nego što je na zadanoj točki. Viskozna tekućina zarobljava mjehuriće pare, a buka je glasnija.
Zašto je buka pare važna
Buka pare nije samo smetnja. Označava da se na površini grijača događa lokalizirano ključanje. Vrenje stvara parni pokrivač koji izolira površinu. Površinska temperatura raste, a PTFE se razgrađuje brže nego što bi bio u normalnim radnim uvjetima.
Ponovljeni kolaps mjehurića pare također stvara mehanički stres na PTFE. Valovi pritiska od kolapsa udaraju o površinu polimera. Tijekom vremena, stres može uzrokovati pucanje i mjehuriće od umora.
Sprječavanje buke pare u viskoznim kupkama
Najučinkovitija prevencija je smanjenje temperature površine grijača ispod vrelišta tekućine. To zahtijeva smanjenje gustoće vata i poboljšanje protoka na površini grijača.
Niža gustoća u vatima-0,5–0,8 W/cm²-smanjuje temperaturu površine za 15–25 stupnjeva u usporedbi s 1,0–1,2 W/cm². Niža temperatura održava površinu ispod točke vrelišta u većini viskoznih tekućina.
Poboljšani protok na površini grijača-iz eduktora, recirkulacijske pumpe ili mehaničke mješalice-smanjuje debljinu graničnog sloja i snižava površinsku temperaturu. Lokalna brzina od 0,3–0,5 m/s dovoljna je za sprječavanje buke pare u većini viskoznih tekućina.
| Mjera prevencije | Utjecaj na temperaturu površine | Provedba |
|---|---|---|
| Niža gustoća u vatima, 0,5–0,8 W/cm² | 15-25 stupnjeva niže | Dizajn grijača |
| Eduktor na grijaču | 20-30 stupnjeva niže | Mala pumpa ili komprimirani zrak |
| Recirkulacijska petlja | 25-35 stupnjeva niže | Pumpa i cjevovod |
| Mehaničko miješanje | 15-25 stupnjeva niže | Miješalica ili mješalica |
Mjere prevencije buke pare u viskoznim kupkama
Kada šum pare ukazuje na problem dizajna
Grijač koji emitira buku pare unatoč maloj gustoći vata i poboljšanom protoku ukazuje na to da dizajn grijača nije prikladan za viskoznu tekućinu. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s vrlo niskom gustoćom u vatima, velikom površinom i položajem-optimiziranim protokom rješava glavni uzrok lokaliziranog vrenja. Proces specifikacije zahtijeva viskoznost tekućine na radnoj temperaturi, točku vrenja, položaj grijača, uvjete protoka i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s viskoznim procesnim tekućinama, ovaj-pristup specifičan za primjenu smanjuje buku pare i produljuje vijek trajanja grijača.
