La curva del campo que se torció
Un técnico de campo que coloca un tubo intercambiador de calor de PTFE alrededor de una viga de soporte del tanque dobla el tubo a mano hasta un radio que parece razonable. El tubo parece aceptar la curvatura sin agrietarse. Tres meses después, el tubo en esa curva se ha aplanado hasta formar una sección transversal- ovalada. El flujo de vapor está restringido. El tubo debe ser reemplazado.
El error fue doblar el PTFE por debajo de su radio de curvatura mínimo. A diferencia de los tubos metálicos, que cede plásticamente en un ángulo de curvatura bien-definido, el PTFE se puede doblar hasta alcanzar radios sorprendentemente estrechos sin sufrir daños visibles inmediatos. Las cadenas de polímeros se reorientan. El tubo parece aceptable. Pero la pared exterior de la curvatura está en tensión más allá del límite elástico del material. Con el tiempo, a temperatura elevada, el polímero estirado se arrastra, la pared se adelgaza y el tubo se ovaliza.
El radio de curvatura mínimo para la tubería del intercambiador de calor de PTFE no es el radio en el que el tubo se dobla inmediatamente. Es el radio en el que la fluencia y la ovalización-a largo plazo permanecen dentro de límites aceptables durante la vida útil.
El régimen de curvatura elástica versus plástica
Cuando se dobla un tubo, la pared exterior se estira en tensión y la pared interior se comprime. La deformación en la superficie exterior es: ε=r / R, donde r es el radio exterior del tubo y R es el radio de la línea central de curvatura.
El PTFE tiene una deformación límite elástica de aproximadamente 2-3% a temperatura ambiente y 1-2% a 120 grados. La flexión a deformaciones por debajo de este límite produce una deformación totalmente elástica: el tubo vuelve a su posición recta cuando se suelta. La flexión ante deformaciones superiores a este límite produce una deformación permanente. Las cadenas de polímeros se han estirado más allá de su capacidad de recuperación elástica.
El radio de curvatura mínimo seguro se calcula para mantener la tensión de la fibra exterior dentro del límite elástico a la temperatura máxima de funcionamiento. Esto asegura que la curvatura no se ovalice progresivamente con el tiempo.
Para tubos de PTFE de 10 mm de diámetro exterior, el radio exterior del tubo r es de 5 mm. Para limitar la deformación al 2% a 120 grados, el radio de curvatura mínimo R=r / ε=5 / 0.02=250 mm. Para tubos de 8 mm de diámetro exterior, r=4 mm y R=4/0.02=200 mm.
Tabla 1: Radios de curvatura mínimos recomendados para tuberías de intercambiadores de calor de PTFE
| Diámetro exterior del tubo (mm) | Espesor de pared (mm) | Radio de curvatura mínimo a 20 grados (mm) | Radio de curvatura mínimo a 120 grados (mm) | Multiplicador de tubo OD (a 120 grados) | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 0.8 | 90 | 150 | 25× | Las curvas cerradas requieren soporte del mandril durante el doblado. |
| 8 | 1.0 | 120 | 200 | 25× | Radio de curvatura de campo estándar |
| 10 | 1.0 | 150 | 250 | 25× | Utilice un resorte doblador o una forma para lograr consistencia. |
| 10 | 1.2 | 160 | 260 | 26× | Una pared más gruesa aumenta ligeramente el radio requerido |
| 12 | 1.0 | 180 | 300 | 25× | Un diámetro mayor naturalmente requiere un radio mayor |
| 12 | 1.5 | 200 | 320 | 27× | La pared gruesa aumenta el radio requerido |
El efecto de recuperación térmica
El PTFE tiene una propiedad útil para la flexión en campo: la recuperación térmica. Si un tubo se dobla en frío hasta un radio ligeramente más estrecho que el mínimo recomendado, calentarlo a 120-150 grados permite que las cadenas de polímero se relajen. La tensión interna debida a la flexión se disipa parcialmente. El tubo conserva su forma doblada pero con una tensión residual reducida.
Esta técnica permite curvaturas en campo con radios aproximadamente un 20-30 % más ajustados que el mínimo de curvatura en frío-, siempre que el tubo se fije posteriormente con calor-haciendo circular vapor a través de él a baja presión antes de ponerlo en pleno servicio. El procedimiento de termofijado debe documentarse en las instrucciones de instalación.
Requisitos de la herramienta de doblado
La flexión manual sin apoyo produce radios inconsistentes y corre el riesgo de que se doblen localmente. Un resorte de flexión-un resorte helicoidal que se desliza sobre el diámetro exterior del tubo-proporciona soporte externo y evita la ovalización durante la flexión. Una forma curvada-un bloque con forma con el radio deseado-proporciona una geometría de curvatura consistente.
Para instalaciones de campo donde se requieren múltiples curvaturas idénticas, se justifica un simple dispositivo de curvatura. El dispositivo garantiza que cada curvatura cumpla con el requisito de radio mínimo y produzca una caída de presión constante en circuitos de tubos idénticos.
Resumen
El radio de curvatura mínimo para la tubería de intercambiador de calor de PTFE es 25 veces el diámetro exterior del tubo para doblar en frío a 20 grados y 25-27 veces para doblar a 120 grados. Esto mantiene la tensión de la fibra exterior dentro del límite elástico del 2 %, evitando la ovalización por fluencia a largo plazo y la restricción del flujo.
La recuperación térmica después del doblado en frío permite radios ligeramente más estrechos con un procedimiento de ajuste de calor-controlado. Los resortes o formas de flexión garantizan curvaturas consistentes y sin torceduras-durante la instalación en el campo.
Las especificaciones de ingeniería para los procedimientos de doblado de tubos de PTFE y los criterios de aceptación están disponibles previa presentación de las dimensiones del tubo, la temperatura de funcionamiento, las limitaciones de espacio de instalación y las geometrías de doblado requeridas.
