Una planta de acabado de metales necesitaba dimensionar un calentador de inmersión de PTFE de repuesto para un tanque de anodizado de ácido crómico de 2000-litros. El baño funcionó a 55 grados y la planta requirió un tiempo de calentamiento de cuatro horas a partir de 20 grados. El calentador existente tenía un tamaño insuficiente y el tanque nunca alcanzó el punto de ajuste durante el pico de producción. El equipo de mantenimiento necesitaba calcular la potencia correcta antes de solicitar un reemplazo.
El tamaño de un calentador de inmersión de PTFE para un tanque de ácido crómico requiere tres cálculos: la carga de calentamiento-, la carga de mantenimiento y el área de superficie requerida para una densidad de vatios segura. Cada cálculo depende de la química del baño, las dimensiones del tanque y las condiciones de operación.
Paso 1: Calcule la carga de calentamiento-
La carga de calentamiento-es la energía necesaria para elevar el baño desde la temperatura ambiente hasta el punto de ajuste en el tiempo deseado. La fórmula es: kW=(litros × ΔT × Cp × densidad) / (3600 × horas).
Para un baño de ácido crómico de 2000-litros con una densidad de 1150 kg/m³ y un calor específico de 3,75 kJ/kg·K, calentar de 20 grados a 55 grados en cuatro horas requiere aproximadamente 23 kW. Si se añade un 20% por las pérdidas durante el calentamiento, se obtienen 28 kW.
| Volumen del tanque | Aumento de temperatura | Tiempo de calentamiento- | Calentar-carga | Con margen de pérdida del 20% |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 grados | 4 horas | 11,5 kilovatios | 14 kilovatios |
| 1,500 L | 35 grados | 4 horas | 17,2 kilovatios | 21 kilovatios |
| 2,000 L | 35 grados | 4 horas | 23,0 kilovatios | 28 kilovatios |
| 2,500 L | 35 grados | 4 horas | 28,7 kilovatios | 34 kilovatios |
| 3,000 L | 35 grados | 4 horas | 34,5 kilovatios | 41 kilovatios |
Carga de calentamiento-para baños de ácido crómico a 1150 kg/m³ y 3,75 kJ/kg·K
Paso 2: Calcule la carga de mantenimiento
La carga de mantenimiento es la energía necesaria para mantener el punto de ajuste frente a pérdidas continuas. Para un tanque de 2000 litros a 55 grados, las pérdidas en las paredes son de 1,5 a 2,5 kW, las pérdidas en la superficie son de 0,8 a 1,5 kW y la carga de producción es de 1 a 3 kW. La carga total de mantenimiento es de 3,3 a 7,0 kW.
El calentador debe tener el tamaño adecuado para la carga de calentamiento o de mantenimiento-mayor. Para este tanque, la carga de calentamiento-de 28 kW es mayor.
Paso 3: Calcule el área de superficie requerida
La superficie depende de la potencia y de la densidad de vatios segura para el ácido crómico. Para un calentador de inmersión de PTFE en ácido crómico a 55 grados, la densidad de vatios segura es de 1,0 a 1,2 W/cm².
Para un servicio de 28 kW a 1,0 W/cm², la superficie requerida es de 28.000 cm². Un solo calentador recto con un diámetro de vaina de 50 mm necesitaría 17.834 mm de longitud calentada-mucho más que cualquier tanque normal. Se necesita una configuración de múltiples-pasos o varios calentadores.
| Potencia | Densidad de vatios segura | Área de superficie requerida | Longitud calentada con funda de 50 mm. | Configuración de pases múltiples- |
|---|---|---|---|---|
| 15 kilovatios | 1,0 W/cm² | 15.000 cm² | 9.554 milímetros | 6 pasadas × 1.592 mm |
| 20 kilovatios | 1,0 W/cm² | 20.000 cm² | 12.739 milímetros | 8 pasadas × 1.592 mm |
| 25 kilovatios | 1,0 W/cm² | 25.000 cm² | 15.924 milímetros | 10 pasadas × 1.592 mm |
| 28 kilovatios | 1,0 W/cm² | 28.000 cm² | 17.834 milímetros | 12 pasadas × 1.486 mm |
| 30 kilovatios | 1,0 W/cm² | 30.000 cm² | 19.108 milímetros | 12 pasadas × 1.592 mm |
Requisitos de configuración de área de superficie y de múltiples-pasadas para ácido crómico a 1,0 W/cm²
Paso 4: Verificar la profundidad de inmersión y el ajuste del tanque
El calentador debe encajar en el tanque y permanecer completamente sumergido al nivel mínimo de líquido. Un tanque de 2000-litros que mide 1500 × 1200 × 1100 mm tiene una longitud calentada utilizable de aproximadamente 800 a 900 mm. Un calentador multipaso con 12 pasos de 1.486 mm cada uno no cabe en un solo tanque.
La solución práctica es utilizar múltiples calentadores distribuidos por el perímetro del tanque. Tres calentadores, cada uno con 10 kW a 1,0 W/cm², proporcionan un total de 30 kW. Cada calentador tiene una configuración de múltiples-pasos que se adapta al espacio disponible.
Paso 5: verificar la densidad de vatios y la temperatura de la superficie
La densidad de vatios se calcula a partir de la potencia total y la superficie total. Para 28 kW y 28.000 cm², la densidad de vatios es de 1,0 W/cm². A 1,0 W/cm² en un baño de ácido crómico moderadamente agitado a 55 grados, la temperatura de la superficie es de aproximadamente 75 a 80 grados. Esto está dentro del rango seguro para PTFE.
Si la temperatura de la superficie calculada excede los 85 grados, se debe reducir la densidad de vatios y aumentar el área de la superficie.
Cuando los calentadores estándar no pueden cumplir con los requisitos de potencia y área de superficie
Los tanques grandes de ácido crómico con altas cargas de calentamiento-a menudo no pueden acomodar calentadores de inmersión de PTFE estándar con las bajas densidades de vatios que exige la química. Una configuración personalizada de calentador de inmersión de PTFE con múltiples calentadores, una gran superficie y una baja densidad de vatios aborda la causa fundamental de la falta de coincidencia entre la potencia y el área de superficie. El proceso de especificación requiere el volumen del tanque, la química del baño, la temperatura de funcionamiento, el tiempo de calentamiento-objetivo y la potencia requerida. Para instalaciones con tanques grandes de ácido crómico, este enfoque específico de aplicación-garantiza que el calentador entregue la potencia requerida a una temperatura superficial segura.
