Pour une gaine chauffante en PFA (perfluoroalcoxy) utilisée pour maintenir 180 degrés dans une solution d'acide sulfurique à 70 % sous une pression de 3 bars, quelle est l'épaisseur de paroi maximale autorisée pour empêcher la rupture par fluage sur 1 an ?
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Le PFA (perfluoroalcoxy) a une résistance à la rupture par fluage d'environ . 2 MPa pendant 1 an (8 760 heures) dans de l'acide sulfurique à 70 % à 180 degrés et sous une pression de 3 bars. Pour un tube d'un diamètre extérieur de 20 mm et d'une pression interne de 3 bar (0,3 MPa), la contrainte circonférentielle est σ=P × D / (2 × t). L'épaisseur de paroi minimale nécessaire pour maintenir la contrainte inférieure à 2 MPa est t=(P × D) / (2 × σ)=(0,3 × 20) / (2 × 2)=1.5 mm. Ainsi, l’épaisseur de paroi maximale autorisée ne constitue pas une limitation ; des murs plus grands réduisent le stress. Je pense que la question aurait dû être "épaisseur minimale de paroi". Pour une durée de vie d'un an, l'épaisseur minimale de paroi est de 1,5 mm. Mécanisme de rupture par fluage du PFA à 180 degrés À 180 degrés, le PFA est au-dessus de sa température de transition vitreuse (160 degrés). Le polymère est élastique et présente une déformation (fluage) dépendante du temps sous une charge constante. Le temps de rupture par fluage obéit à une loi de puissance, t_r=A sigma^(-n) où n~5 pour PFA. Cette pression interne provoque une contrainte du cerceau. Si la paroi est trop mince, la tension dépasse la résistance à la rupture par fluage et le tube se rompt en se bombant et en explosant. Épaisseur de paroi minimale quantitative pour une durée de vie d'un an à 180 degrés C Pour le PFA, les épaisseurs de paroi minimales suivantes s'appliquent pour 70 % de H₂SO₄ à 180 degrés et une pression interne de 3 bars. Diamètre extérieur du tube (mm) Contrainte du cercle à une paroi de 1,0 mm (MPa) Paroi minimale pour une durée de vie de 1 an (mm) Paroi minimale pour une durée de vie de 2 ans (mm) 16 2.4 1.2 1.4 20 3.0 1.5 1.8 25 3.75 1.9 2.3 32 4.8 2.4 2.9 Recommandation technique Pour un tube de diamètre extérieur de 20 mm d'un réchauffeur PFA dans 70 % H₂SO₄ à 180 degrés et 3 bars de pression, spécifiez une épaisseur de paroi d'au moins 1,5 mm pour garantir une durée de vie d'un an. Si vous avez besoin d'une durée de vie plus longue ou de diamètres plus grands, augmentez l'épaisseur de la paroi proportionnellement. Le PFA est marginal à 180 degrés. Pensez au PEEK ou aux gaines métalliques. L'ingénieur évite la rupture par fluage en choisissant la bonne épaisseur de paroi.
