Un taller de acabado de metales sacó un calentador de inmersión de PTFE de un tanque de limpieza alcalino después de seis meses de servicio. La superficie de la funda mostraba una banda de PTFE descolorida y con ampollas a lo largo de la parte superior de la sección calentada. La parte inferior estaba en buenas condiciones. El tanque tenía una capa de espuma persistente en su superficie y las burbujas de espuma se habían acumulado contra la parte superior del calentador, creando una capa rica en vapor- que privaba a la superficie del contacto con el líquido.
La cobertura de espuma es una condición en la que una capa de espuma estable cubre parte o la totalidad de la superficie de calentamiento. La espuma es una mezcla de gas y líquido, con una elevada fracción gaseosa. La fracción gaseosa tiene una conductividad térmica mucho menor que la líquida, por lo que la espuma actúa como una manta aislante. La superficie del calentador debajo de la espuma se calienta más que la superficie en contacto con el líquido.
Por qué se forma y estabiliza la espuma en los baños de tensioactivos
La espuma se forma cuando se generan burbujas de gas en un líquido que contiene agentes tensioactivos-. En los baños de limpieza, los tensioactivos son aditivos intencionales que ayudan a eliminar aceites y suciedad. Los tensioactivos también estabilizan la espuma, haciendo que persista en lugar de romperse rápidamente.
La espuma sube a la superficie y se acumula. En un tanque con agitación la espuma se genera continuamente. La capa de espuma puede alcanzar un espesor de-50 a 100 mm y persistir durante horas.
La espuma también se adhiere a las superficies. La superficie del calentador, especialmente si está caliente, proporciona sitios de nucleación para la unión de burbujas. Las burbujas se acumulan y se fusionan formando una capa de espuma sobre la superficie del calentador.
| Concentración de tensioactivo | Tasa de agitación | Altura de la espuma | Persistencia de la espuma | Riesgo de cobertura del calentador |
|---|---|---|---|---|
| <0.5% | Bajo | <10 mm | Corto | Bajo |
| 0.5–1.0% | Moderado | 10-30 milímetros | Moderado | Moderado |
| 1.0–2.0% | Alto | 30-60 milímetros | Largo | Alto |
| >2.0% | Alto | >60mm | muy largo | muy alto |
Riesgo de generación de espuma y cobertura térmica en baños de tensioactivos
Por qué la manta de espuma provoca sobrecalentamiento
La capa de espuma sobre la superficie del calentador tiene una conductividad térmica entre 5 y 20 veces menor que la del líquido. El calor generado por el calentador no puede escapar a través de la espuma con tanta eficacia como a través del líquido. La temperatura de la superficie del calentador aumenta.
Para un calentador que funciona a 1,2 W/cm², una capa de espuma de 20 mm puede añadir entre 15 y 25 grados a la temperatura de la superficie. La temperatura más alta acelera la degradación del PTFE, la deposición de incrustaciones y la permeación. El área cubierta de espuma-se convierte en la primera parte del calentador en fallar.
La espuma también reduce el área mojada del calentador. Si la espuma cubre el 30% superior del calentador, solo el 70% de la superficie del calentador está en contacto con el líquido. La superficie efectiva se reduce y la densidad de vatios en el área mojada aumenta. La mayor densidad de vatios aumenta aún más la temperatura de la superficie.
En qué se diferencia la cobertura de espuma de la cobertura seca-
El secado- ocurre cuando el nivel del líquido cae por debajo de la parte superior del calentador y la sección expuesta está en contacto con el aire. La capa de espuma se produce cuando el nivel del líquido está por encima del calentador, pero la capa de espuma desplaza el líquido y crea una zona rica en vapor-.
El efecto térmico es similar-la superficie se sobrecalienta. Pero la causa es diferente. El secado-es un problema de control de nivel. La cobertura de espuma es un problema de control de la espuma.
Prevención de la cobertura de espuma
La prevención más eficaz es controlar la espuma. Esto significa reducir la concentración de tensioactivo, eliminar los contaminantes que estabilizan la espuma o agregar un agente antiespumante.
La reducción de la concentración de tensioactivo reduce la tasa de generación de espuma. La concentración de tensioactivo debe mantenerse en el nivel mínimo requerido para una limpieza eficaz.
La eliminación de contaminantes de aceite y suelo reduce la estabilidad de la espuma. Los contaminantes actúan como estabilizadores de espuma. El desnatado o la filtración regular los elimina del baño.
Agregar un agente antiespumante rompe la espuma. Los antiespumantes a base de silicona-son eficaces, pero pueden contaminar el baño. Hay antiespumantes sin -silicona disponibles para aplicaciones donde la contaminación por silicona es una preocupación.
| Medida de Prevención | Efecto sobre la espuma | Implementación | Impacto en el proceso |
|---|---|---|---|
| Reducir el surfactante | Menor generación de espuma | Control de la química del baño. | Puede reducir la limpieza |
| Eliminar contaminantes | Menor estabilidad de la espuma | Skiming o filtración | Ninguno |
| Agente antiespumante | Rompe la espuma | Adición química | Contaminación potencial |
| Rompedor de espuma mecánico | Elimina la espuma | Instalación de equipos | Ninguno |
Medidas de prevención del recubrimiento de espuma en baños de tensioactivos
Cuando la manta de espuma indica un problema de diseño
Un calentador que sufre una capa de espuma a pesar del control de la espuma indica que la posición del calentador o el diseño del tanque están promoviendo la acumulación de espuma en la superficie. Una configuración personalizada del calentador de inmersión de PTFE con una posición que arroja espuma, una menor densidad de vatios y un diseño de flujo-optimizado aborda la causa raíz de la cobertura de espuma. El proceso de especificación requiere la química del baño, la concentración de surfactante, el método de agitación y la potencia requerida. Para instalaciones con baños de espuma, este enfoque-específico para la aplicación reduce el sobrecalentamiento-relacionado con la espuma y extiende la vida útil del calentador.
