Una planta química necesitaba 12 kW de capacidad de calefacción para un baño ácido de 3.000 litros. La química y la temperatura del baño requerían una densidad de vatios no superior a 0,9 W/cm² para mantener la temperatura de la funda dentro de límites seguros. El gerente de mantenimiento de la planta cuestionó si un calentador de inmersión de PTFE podría entregar 12 kW con esa densidad de vatios sin ser demasiado grande para caber en el tanque.
La respuesta es sí, pero requiere un enfoque de diseño que difiere de la selección de calentadores estándar. Una baja densidad de vatios y una alta producción de kilovatios no son contradictorios-simplemente requieren más superficie. El desafío es adaptar esa superficie al espacio disponible del tanque.
El requisito de superficie
La relación entre potencia, área de superficie y densidad de vatios es sencilla: A=P/WD. Para 12 kW a 0,9 W/cm², la superficie necesaria es de 13.333 cm². Se trata de un área grande-aproximadamente del tamaño del parabrisas de un automóvil pequeño-y debe empaquetarse en un calentador que se ajuste al tanque.
Un calentador recto de PTFE estándar con un diámetro de vaina de 50 mm proporciona aproximadamente 157 cm² por 100 mm de longitud calentada. Para alcanzar 13.333 cm², la longitud calentada debería ser de 8.500 mm o 8,5 metros. Eso no cabe en ningún tanque normal.
| Potencia | Densidad de vatios | Área de superficie requerida | Longitud calentada (50 mm) | Longitud calentada (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6 kilovatios | 0,9 W/cm² | 6.667 cm² | 4.250 milímetros | 3.370 milímetros |
| 8 kilovatios | 0,9 W/cm² | 8.889 cm² | 5.660 milímetros | 4.490 milímetros |
| 10 kilovatios | 0,9 W/cm² | 11.111 cm² | 7.080 milímetros | 5.610 milímetros |
| 12 kilovatios | 0,9 W/cm² | 13.333 cm² | 8.500 milímetros | 6.730 milímetros |
| 15 kilovatios | 0,9 W/cm² | 16.667 cm² | 10.620 milímetros | 8.410 milímetros |
Requisitos de superficie y longitud calentada para calentadores de PTFE de baja-vatios-densidad y alta-salida
La solución de múltiples-pasos
El problema del área de superficie se resuelve doblando el elemento calentado en una configuración de múltiples-pasadas. Un calentador con ocho pasadas de 1000 mm cada una proporciona 8000 mm de longitud calentada en un espacio de aproximadamente 1000 × 400 mm. Con un diámetro de vaina de 63 mm, proporciona aproximadamente 15.800 cm² de superficie-más que suficiente para 12 kW a 0,9 W/cm².
El número de pasadas y la longitud de las pasadas están determinados por el espacio disponible en el tanque. Un tanque más profundo permite pases más largos y menos. Un tanque poco profundo requiere pases más cortos y más.
| Conteo de pases | Longitud del pase | Longitud total calentada | Huella (aprox.) | Área de superficie (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1.000 milímetros | 4.000 milímetros | 1.000 × 250 milímetros | 7.900 cm² |
| 6 | 1.000 milímetros | 6.000 milímetros | 1.000 × 380 milímetros | 11.900 cm² |
| 8 | 1.000 milímetros | 8.000 milímetros | 1.000 × 500 milímetros | 15.800 cm² |
| 10 | 800 milímetros | 8.000 milímetros | 800 × 500 milímetros | 15.800 cm² |
| 12 | 700 milímetros | 8.400 milímetros | 700 × 500 milímetros | 16.600 cm² |
Configuraciones de múltiples-pasos para calentadores de PTFE de alta-salida y baja-vatios-densidad
Consideraciones de flujo y espaciado
Un calentador de múltiples-pasos con muchas pasadas crea un riesgo de ensombrecimiento del flujo. El fluido entre los pasos puede estancarse, reduciendo la transferencia de calor y creando puntos calientes. El espacio entre pasadas debe ser suficiente para permitir el flujo entre las pasadas.
En baños acuosos con agitación moderada suele ser suficiente una separación de 30 a 40 mm entre pasadas. Para fluidos viscosos o condiciones de flujo bajo-, se recomienda un espacio más amplio de 40 a 50 mm. El espacio aumenta la huella del calentador, que debe tenerse en cuenta en el ajuste del tanque.
| Espaciado de pases | Flujo entre pases | Riesgo de punto caliente | Huella para 8 pases |
|---|---|---|---|
| 20mm | Pobre | Alto | 500 × 400 milímetros |
| 30 milímetros | Moderado | Moderado | 650 × 400 milímetros |
| 40mm | Bien | Bajo | 800 × 400 milímetros |
| 50mm | Excelente | muy bajo | 950 × 400 milímetros |
Espaciado de pasos y su efecto sobre el flujo, el riesgo de puntos calientes y la huella
Configuración eléctrica
Un calentador de 12 kW a 480 V trifásico- consume aproximadamente 14,4 A por fase. El elemento se puede configurar como una sola carga trifásica-o como múltiples elementos monofásicos-conectados en paralelo. La caja de terminales debe acomodar los conductores y las conexiones.
Para un calentador de múltiples-pasos, el elemento suele dividirse en varios circuitos, cada uno con su propio par de terminales. Esto permite conectar el calentador al suministro disponible y proporciona cierta redundancia si falla un circuito.
Cuando el tanque no puede acomodar la superficie requerida
Si el tanque no puede acomodar el área de superficie requerida para 12 kW a 0,9 W/cm², las opciones son reducir la potencia, aumentar la densidad de potencia (aceptando una vida útil más corta) o usar múltiples calentadores distribuidos alrededor del tanque.
Varios calentadores suelen ser la mejor solución. Se pueden colocar dos calentadores de 6 kW, cada uno con su propio paquete de pasos múltiples, en paredes opuestas o en diferentes esquinas del tanque. Cada calentador funciona a 0,9 W/cm² y juntos entregan 12 kW.
Cuando una configuración personalizada es la única opción
Una potencia de 12 kW a 0,9 W/cm² requiere 13 333 cm² de superficie-más que la que proporciona cualquier calentador de inmersión de PTFE estándar. Una configuración personalizada de calentador de inmersión de PTFE con ocho o más pasos, un diámetro de vaina de 63 mm y un espaciado de 40 mm proporciona la superficie requerida dentro de un tanque típico de 3000 litros. El proceso de especificación requiere las dimensiones del tanque, la química del baño, la temperatura de funcionamiento, las condiciones de flujo y la potencia requerida.
