Una planta de productos químicos especializados informó de un síntoma inusual: un calentador de inmersión de PTFE en una solución de polímero viscoso emitía un fuerte crujido o chasquido durante la primera hora de calentamiento-cada mañana. El ruido cesó una vez que el baño alcanzó el punto de ajuste. El calentador no sufrió daños visibles y el consumo de corriente fue normal. Pero el ruido era una señal de advertencia:-se estaba produciendo una ebullición localizada en la superficie del calentador durante la fase de calentamiento-.
El ruido del vapor durante el calentamiento-es un síntoma de que la película está hirviendo en la superficie de PTFE. La temperatura de la superficie del calentador es lo suficientemente alta como para vaporizar el fluido en contacto con ella, pero el vapor no puede escapar rápidamente porque el fluido es viscoso. Las burbujas de vapor colapsan violentamente cuando se desprenden, creando el sonido de estallido.
Por qué los baños viscosos producen ruido de vapor
En un fluido-de baja viscosidad como el agua, las burbujas de vapor se desprenden fácilmente y suben a la superficie. Colapsan silenciosamente en el fluido a granel más frío. El proceso es fluido y no se genera ruido.
En un fluido viscoso, la capa límite en la superficie del calentador es gruesa. Las burbujas de vapor que se forman en la superficie no pueden desprenderse fácilmente porque el fluido viscoso resiste su movimiento. Las burbujas crecen antes de liberarse. Cuando finalmente se desprenden, colapsan rápidamente y el colapso genera una onda de presión que se escucha como un chasquido o crujido.
| Viscosidad del fluido | Desprendimiento de burbujas | Tamaño de burbuja en el desprendimiento | Colapso de energía | Nivel de ruido |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Fácil | Pequeño | Bajo | Ninguno |
| 10–100 mPa·s | Moderado | Moderado | Moderado | Débil |
| 100–1000 mPa·s | Difícil | Grande | Alto | Audible |
| >1.000 mPa·s | muy dificil | muy grande | muy alto | Alto |
Viscosidad y su efecto sobre el desprendimiento de burbujas y la generación de ruido.
Por qué el calentamiento-es la fase más vulnerable
Durante el calentamiento-, el calentador funciona a máxima potencia. La temperatura de la superficie es más alta que durante la operación en estado estacionario-porque el fluido a granel está más frío y la diferencia de temperatura entre el calentador y el fluido es mayor. La temperatura superficial más alta aumenta la tasa de formación de vapor.
El fluido también es más viscoso durante el calentamiento-. La viscosidad de la mayoría de los fluidos disminuye a medida que aumenta la temperatura. Una solución de polímero que es de 15.000 mPa·s a 25 grados puede ser de 5.000 mPa·s a 60 grados. Durante el calentamiento,-el fluido cerca del calentador es más frío y más viscoso que en el punto de ajuste. El fluido viscoso atrapa las burbujas de vapor y el ruido es más fuerte.
Por qué es importante el ruido del vapor
El ruido del vapor no es sólo una molestia. Indica que se está produciendo una ebullición localizada en la superficie del calentador. La ebullición crea una capa de vapor que aísla la superficie. La temperatura de la superficie aumenta y el PTFE se degrada más rápido de lo que lo haría en condiciones normales de funcionamiento.
El colapso repetido de las burbujas de vapor también crea tensión mecánica en el PTFE. Las ondas de presión producidas por los colapsos inciden sobre la superficie del polímero. Con el tiempo, la tensión puede provocar grietas y ampollas por fatiga.
Prevención del ruido del vapor en baños viscosos
La prevención más eficaz es reducir la temperatura de la superficie del calentador por debajo del punto de ebullición del fluido. Esto requiere reducir la densidad de vatios y mejorar el flujo en la superficie del calentador.
Una densidad de vatios más baja-0,5–0,8 W/cm² reduce la temperatura de la superficie entre 15 y 25 grados en comparación con 1,0–1,2 W/cm². La temperatura más baja mantiene la superficie por debajo del punto de ebullición en la mayoría de los fluidos viscosos.
Un flujo mejorado en la superficie del calentador-desde un eductor, una bomba de recirculación o un agitador mecánico-reduce el espesor de la capa límite y disminuye la temperatura de la superficie. Una velocidad local de 0,3 a 0,5 m/s es suficiente para evitar el ruido del vapor en la mayoría de los fluidos viscosos.
| Medida de Prevención | Efecto sobre la temperatura de la superficie | Implementación |
|---|---|---|
| Menor densidad de vatios, 0,5–0,8 W/cm² | 15 a 25 grados más bajo | Diseño de calentador |
| Eductor en calentador | 20 a 30 grados más bajo | Bomba pequeña o aire comprimido. |
| Bucle de recirculación | 25 a 35 grados más bajo | Bomba y tubería |
| agitación mecánica | 15 a 25 grados más bajo | Agitador o agitador |
Medidas de prevención del ruido del vapor en baños viscosos.
Cuando el ruido del vapor indica un problema de diseño
Un calentador que emite ruido de vapor a pesar de la baja densidad de vatios y el flujo mejorado indica que el diseño del calentador no es adecuado para el fluido viscoso. Una configuración personalizada de calentador de inmersión de PTFE con muy baja densidad de vatios, una gran superficie y una posición de flujo-optimizada aborda la causa raíz de la ebullición localizada. El proceso de especificación requiere la viscosidad del fluido a la temperatura de funcionamiento, el punto de ebullición, la posición del calentador, las condiciones de flujo y la potencia requerida. Para instalaciones con fluidos de proceso viscosos, este enfoque específico-de aplicación reduce el ruido del vapor y extiende la vida útil del calentador.
