Quelles sont les causes des points chauds localisés autour des thermoplongeurs en PTFE et comment les éliminer ?

Les pièces traitées dans des parties particulières d'un réservoir présentent des signes de brûlure, de décoloration ou d'encrassement plus rapide, alors que les mêmes pièces dans d'autres parties du réservoir correspondent aux normes. La cartographie thermique à l'aide d'un ensemble de thermocouples ou d'une imagerie infrarouge montre que la température change de 15 à 25 degrés à moins de 150 mm de la gaine du thermoplongeur en PTFE. Le radiateur fonctionne dans les limites nominales, mais une surchauffe localisée continue de se produire. Les ingénieurs de procédés et les concepteurs de réservoirs doivent trouver les mécanismes fluides-dynamiques à l'origine du problème, puis apporter des modifications spécifiques à la circulation pour ramener la température à la normale et protéger la qualité du produit.

Les gradients thermiques les plus prononcés sont provoqués par une densité de puissance élevée à la surface du radiateur. Les gaines en PTFE maintiennent la température extérieure en dessous de 150 degrés, mais lorsque l'alimentation est concentrée sur une petite surface, la température de la couche limite augmente rapidement. Dans toute zone stagnante, la couche de fluide située à côté de la gaine se rapproche de la température de la gaine, tandis que le fluide en vrac reste plus froid. Une surchauffe localisée détruit les produits chimiques sensibles à la chaleur, provoque une accumulation immédiate de tartre sur le réchauffeur et raccourcit la durée de vie du PTFE en le soumettant à des contraintes thermiques répétitives.

Le mélange ne se produit pas bien lorsque le flux n'est pas réparti uniformément. Le fluide chauffé remonte le long de la gaine, mais il ne se propage pas dans l'ensemble du réservoir. Si vous n'encouragez pas le flux, la couche chaude s'accumulera dans des poches près du radiateur ou à la surface, laissant les zones inférieures sous-chauffées. Ce mouvement est provoqué uniquement par la convection naturelle, mais sa vitesse est toujours faible-généralement inférieure à 0,1 m/s dans les fluides à viscosité modérée-il ne peut donc pas traverser la géométrie du réservoir ou les barrières de viscosité. Le résultat ressemble à des points chauds qui restent au même endroit où le produit touche.

Les décisions concernant l’emplacement des radiateurs aggravent le problème. Lorsque trop d’unités sont installées trop près les unes des autres, elles créent des couches de barrière thermique qui se chevauchent et se renforcent mutuellement entre les éléments. Placer quelque chose à moins de 200 mm des parois du réservoir ou des éléments structurels rend plus difficile le fonctionnement des voies de retour, ce qui crée des zones mortes pour la recirculation. Dans les deux configurations, l’apport de chaleur uniforme prévu se décompose en petites zones de surchauffe que la cartographie thermique détecte toujours.

La convection naturelle est efficace pour répartir la chaleur uniformément au début, mais elle crée également des couches stables et stratifiées dans les réservoirs hauts ou ayant une agitation minimale. Un fluide plus chaud et moins dense reste au-dessus des couches plus froides, créant des gradients verticaux de 5 à 10 degrés par mètre. Ces couches restent ensemble jusqu'à ce qu'une source d'énergie extérieure détruise l'interface de densité. La non-uniformité de la température qui en résulte est directement liée aux défauts du produit observés dans certains quadrants du réservoir.

L’augmentation pratique de la circulation élimine ces mécanismes à leur source. Lorsque les turbines sont placées sur le dessus ou sur le côté d'un appareil de chauffage, elles fournissent un flux turbulent qui balaie constamment la surface de l'appareil de chauffage et mélange le fluide avec le volume en vrac. Les pompes de recirculation sont une option contrôlée à faible-cisaillement. L'ajout d'une modeste pompe de recirculation qui aspire par le bas et retourne vers le haut est une manière typique de résoudre le problème de la stratification. Cela brise les couches de densité et égalise la température en quelques minutes.

La réduction de la densité en watts va de pair avec l’amélioration de la circulation. Des éléments chauffants plus longs ou plusieurs unités de densité-watt-plus faible répartissent la même quantité d'énergie sur une plus grande surface, ce qui rend les différences de température entre la surface et le fluide plus uniformes. Le déplacement des réchauffeurs existants vers la ligne centrale du réservoir et loin des barrières rétablit des canaux d'écoulement clairs et empêche la couche limite de se coincer. Les déflecteurs stratégiques aident à déplacer encore plus le fluide sur les surfaces chaudes. En fait, un simple déflecteur stratégiquement placé peut éliminer une zone chaude qui revient sans cesse en détournant le flux à travers la surface du radiateur.

Le processus de mise en œuvre de ces précautions commence dès la conception. La modélisation informatique de la dynamique des fluides peut vous indiquer à quelle vitesse et à quel point les choses seront chaudes avant que vous les fabriquiez. Cela vous permet de trouver les meilleurs emplacements pour le chauffage, la pompe, le déflecteur et la vitesse d'agitation. Après l'installation, la cartographie thermique montre que le volume de travail est uniforme à ± 2 degrés. Une re-cartographie régulière après des modifications apportées au processus, comme des changements de viscosité ou de niveau de liquide, maintient les performances à un niveau élevé.

Au lieu de simplement masquer les symptômes, réduire la densité en watts, déplacer les radiateurs et installer des chicanes ou des pompes résolvent les problèmes de dynamique des fluides. Ainsi, la surchauffe localisée, la cartographie thermique, la répartition du flux, la convection naturelle et l’augmentation de la circulation constituent l’ensemble du système permettant de maintenir la température uniforme. Même dans des situations difficiles où des fluides à haute viscosité-, des volumes de réservoir énormes ou des critères de produit stricts sont impliqués, la cohérence de la température peut être obtenue avec une conception et un placement appropriés. Les ingénieurs de procédés et les concepteurs de réservoirs qui utilisent ces règles transforment les éventuels problèmes de qualité et les dommages au réchauffeur en performances thermiques uniformes et reproductibles dans toutes les installations de thermoplongeurs PTFE.