Una planta de acabado de metales necesitaba un calentador de inmersión de PTFE de repuesto para un tanque de anodizado con ácido sulfúrico de 700 mm de profundidad. El tanque tenía 1.000 mm de ancho y 1.600 mm de largo, con un volumen de trabajo de aproximadamente 1.050 litros. El calentador existente era una unidad recta estándar que sobresalía en el recorrido de la pieza de trabajo y había fallado después de 13 meses. El equipo de mantenimiento necesitaba un calentador que se adaptara al tanque más profundo, mantuviera la inmersión total y entregara la potencia requerida con una densidad de potencia segura.
Un tanque de 700 mm de profundidad proporciona una longitud de calentador más utilizable que un tanque poco profundo, pero el calentador aún debe tener el tamaño adecuado para adaptarse al espacio disponible y mantener una inmersión segura al nivel mínimo de líquido.
La restricción de profundidad de inmersión
Un tanque de 700 mm de profundidad no proporciona 700 mm de longitud útil del calentador. El nivel de líquido debe ser lo suficientemente alto como para cubrir las piezas de trabajo y el calentador debe permanecer completamente sumergido al nivel mínimo de líquido. En la práctica, la longitud útil calentada en un tanque de 700 mm de profundidad es de 450 a 550 mm, dependiendo del francobordo y de la fluctuación del nivel.
Un calentador recto con una longitud calentada de 500 mm proporciona 500 mm de longitud calentada. Para un servicio de 5 kW a 1,0 W/cm², la superficie requerida es de 5.000 cm². Con un diámetro de vaina de 32 mm, la superficie es de aproximadamente 100 cm² por 100 mm de longitud. Una longitud calentada de 500 mm proporciona solo 500 cm²-muy por debajo del requisito. Se necesita un diámetro de vaina mayor o una configuración de múltiples-pasos.
| Profundidad del tanque | Longitud calentada utilizable | Área de superficie con funda de 32 mm | Área de superficie con funda de 50 mm | Longitud calentada necesaria para 5.000 cm² |
|---|---|---|---|---|
| 500 milímetros | 300–350 milímetros | 300–350 cm² | 471–550 cm² | 1.429–1.667 milímetros |
| 600 milímetros | 350–450 milímetros | 350–450 cm² | 550–707 cm² | 1.111–1.429 milímetros |
| 700 milímetros | 450–550 milímetros | 450–550 cm² | 707–864 cm² | 909-1111 milímetros |
| 800 milímetros | 550–650 milímetros | 550–650 cm² | 864–1.021 cm² | 769–909 milímetros |
Requisitos de longitud y superficie calentada para un servicio de 5 kW a 1,0 W/cm²
La solución de calentador en forma de L-o de U-
Un calentador de inmersión de PTFE en forma de L-o U-dobla el elemento calentado para que quepa más superficie en un tanque profundo. Un calentador típico en forma de L-con una sección vertical de 500 mm y una sección horizontal de 600 mm proporciona 1100 mm de longitud calentada-más del doble de la longitud de un calentador recto en la misma profundidad del tanque.
Con un diámetro de vaina de 50 mm, 1100 mm de longitud calentada proporcionan aproximadamente 1728 cm² de superficie. Esto todavía está por debajo de los 5.000 cm² necesarios para un servicio de 5 kW a 1,0 W/cm². Se necesita una configuración de múltiples-pasos.
| Configuración del calentador | Longitud calentada | Área de superficie a 32 mm | Área de superficie a 50 mm | Cabe en un tanque de 700 mm |
|---|---|---|---|---|
| Recto, 500 mm | 500 milímetros | 500cm² | 785cm² | Sí, pero área insuficiente |
| En forma de L-, 500 + 600 mm | 1.100 milímetros | 1.100 cm² | 1.728 cm² | Sí |
| En forma de U-, 500 + 400 + 500 mm | 1.400 milímetros | 1.400 cm² | 2.199 cm² | Sí |
| Multi-pasada, 4 × 500 mm | 2.000 milímetros | 2.000 cm² | 3.142 cm² | Sí |
| Multi-pasada, 7 × 500 mm | 3.500 milímetros | 3.500 cm² | 5.498 cm² | Ajuste ceñido |
Configuraciones de calentador para un tanque de 700 mm de profundidad
Instalación del calentador en el tanque
El calentador debe encajar en el espacio disponible sin obstruir las piezas de trabajo ni el flujo. En un tanque de 1.000 × 1.600 mm, el calentador se puede colocar a lo largo de una pared, dejando el volumen central para el portapiezas. Un calentador de pasos múltiples con una sección vertical de 500 mm y una sección horizontal de 600 mm se ajusta a lo largo de la pared de 1600 mm.
El calentador debe colocarse de manera que la sección calentada quede completamente sumergida al nivel mínimo de líquido. Un tanque de 700 mm de profundidad con un nivel de líquido de 600 mm y un francobordo de 100 mm proporciona 500 mm de profundidad útil. La sección calentada del calentador debe colocarse en los 450 mm inferiores del tanque, con la parte superior de la sección calentada al menos 50 mm por debajo del nivel mínimo de líquido.
Uniformidad de flujo y temperatura
Un calentador de múltiples-pasos en un tanque profundo puede crear sombras en el flujo si los pasos están demasiado juntos. El fluido entre los pasos puede estancarse, reduciendo la transferencia de calor y creando puntos calientes. El espacio entre pasadas debe ser de al menos 30 a 40 mm para permitir el flujo entre ellas.
Si el tanque tiene una bomba de circulación, el calentador debe colocarse de manera que el flujo pase a través de los espacios entre los pasos. Si el tanque depende de la convección natural, el calentador debe colocarse de manera que la columna térmica ascendente pueda escapar sin quedar atrapada.
| Espaciado de pases | Flujo entre pases | Riesgo de punto caliente | Aplicación recomendada |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Pobre | Alto | No recomendado |
| 20-30 milímetros | Moderado | Moderado | Sólo baja densidad de vatios |
| 30–40 milímetros | Bien | Bajo | La mayoría de las aplicaciones |
| >40mm | Excelente | muy bajo | Alta densidad de vatios o fluidos viscosos |
Espaciado de pasos y su efecto sobre el flujo y el riesgo de puntos calientes
Cuando un calentador estándar no cabe en el tanque
Un tanque de 700 mm de profundidad con una potencia de 5 kW a 1,0 W/cm² requiere un calentador de paso múltiple que las líneas de productos estándar tal vez no ofrezcan. Una configuración personalizada de calentador de inmersión de PTFE con un diseño de múltiples pasos, un diámetro de vaina de 50 mm y un espaciado de pasos de 30 a 40 mm aborda la causa fundamental de la limitación de espacio. El proceso de especificación requiere las dimensiones del tanque, el rango de nivel de líquido, la potencia requerida, la química del baño y las condiciones de flujo. Para instalaciones con tanques profundos, este enfoque específico-de aplicación proporciona el área de superficie requerida dentro del espacio disponible.
