Un tanque de productos químicos puede tener suficiente potencia de calentamiento y aun así tener dificultades para alcanzar una temperatura de proceso uniforme. Una razón común es la circulación inadecuada del líquido alrededor delCalentador de inmersión de PTFE.
Cuando el líquido calentado permanece cerca de la superficie del calentador en lugar de moverse a través del tanque, se desarrollan gradientes de temperatura. El controlador puede informar la temperatura objetivo mientras permanecen regiones más frías en otras partes del tanque de proceso.
Por lo tanto, en el caso de los equipos químicos, la selección del calentador y el movimiento del líquido deben tratarse como un problema de diseño-térmico.
El calor debe alejarse del calentador
Un calentador de inmersión convierte la energía eléctrica en energía térmica en su superficie activa. El líquido circundante debe entonces evacuar ese calor.
Una relación de transferencia de calor-simplificada es:
Q=hAΔT
dóndeQse transfiere calor,hes el coeficiente de transferencia de calor-efectivo,Aestá calentando la superficie, yΔTes la diferencia de temperatura entre la superficie de calentamiento y el líquido circundante.
La circulación de líquidos afectah. Cuando el flujo alrededor del calentador es débil, la capa límite térmica puede volverse más gruesa y la transferencia de calor puede volverse menos efectiva.
Es posible que el calentador aún consuma la energía eléctrica esperada, pero la distribución de temperatura dentro del tanque puede volverse desigual.
La convección natural no siempre es suficiente
Cuando el líquido cerca del calentador se calienta, su densidad puede cambiar y puede comenzar la convección natural. Esto puede crear circulación sin bomba.
Sin embargo, la efectividad de la convección natural depende de las propiedades del fluido, la diferencia de temperatura, la geometría del tanque, la orientación del calentador y la viscosidad.
Un líquido de baja-viscosidad en un tanque profundo puede circular con relativa facilidad. Una solución química concentrada o viscosa puede comportarse de manera diferente.
Esta es la razón por la que no se puede esperar que un calentador que funciona bien en un baño químico proporcione automáticamente la misma uniformidad de temperatura en otro baño con diferentes propiedades de fluido.
La circulación mecánica cambia el ambiente térmico
Las bombas, los agitadores y el flujo del proceso pueden aumentar significativamente el movimiento del líquido alrededor de la superficie de calentamiento.
La consideración importante no es simplemente el caudal nominal de la bomba. La dirección del flujo y la velocidad local alrededor del calentador también son importantes.
Por ejemplo, una línea de retorno puede crear una fuerte circulación cerca de un lado del tanque y dejar el lado opuesto relativamente estancado.
Del mismo modo, un calentador instalado directamente frente a una fuerte corriente de descarga puede experimentar condiciones de transferencia de calor-muy diferentes a las de otro calentador ubicado en una esquina de bajo-flujo.
Por lo tanto, la ubicación del calentador debe evaluarse junto con el patrón de circulación.
La posición del calentador puede afectar la circulación
A Calentador de inmersión de PTFEInstalado demasiado cerca de la pared del tanque puede restringir el movimiento del líquido alrededor de parte de su superficie de calentamiento.
Las tuberías internas y los componentes estructurales pueden crear zonas muertas similares.
Para un tanque compacto se deben revisar varias dimensiones:
Distancia entre el calentador-y-la pared
Calentador-hasta-espacio libre inferior
Distancia desde la tubería interna
Distancia a las salidas de circulación
Distancia desde las zonas de carga de piezas de trabajo
Orientación de la sección de calefacción activa.
El objetivo es mantener un intercambio de líquido adecuado alrededor de la superficie activa sin crear restricciones de flujo innecesarias.
El área de calefacción y la circulación trabajan juntas
Considere un requisito de calefacción ilustrativo de 12 kW.
| Disposición de calefacción | Fuerza | Área activa | Flujo de calor promedio | condición de circulación |
|---|---|---|---|---|
| Zona compacta | 12 kilovatios | 0.60 m² | 20kW/m² | Débil |
| Zona distribuida | 12 kilovatios | 1.20 m² | 10kW/m² | Moderado |
| Zona distribuida | 12 kilovatios | 1.20 m² | 10kW/m² | Fuerte |
El flujo de calor promedio se calcula a partir de:
q = P/A
Estas cifras son ilustrativas y no límites operativos universales.
La comparación muestra por qué la potencia por sí sola no describe el rendimiento térmico. Los mismos 12 kW pueden producir diferentes condiciones de funcionamiento según la zona de calentamiento y el movimiento del líquido.
La mala circulación puede distorsionar el control de temperatura
Supongamos que se coloca un sensor de temperatura en una sección bien-del tanque mientras que el calentador se encuentra en una región de bajo-flujo.
El sensor puede alcanzar la temperatura objetivo lentamente, lo que hace que el controlador mantenga la calefacción por más tiempo. Mientras tanto, el líquido que rodea inmediatamente el calentador puede calentarse significativamente más que la temperatura total medida.
La situación contraria también puede ocurrir cuando el sensor está ubicado cerca de una ruta de circulación fuerte mientras que otra región permanece mal mezclada.
El mapeo de temperatura en varios puntos puede ayudar a identificar estas condiciones durante la puesta en servicio.
La viscosidad hace que la circulación sea más importante
La concentración química puede influir en la viscosidad. A medida que aumenta la viscosidad, el movimiento del fluido puede volverse más difícil y la convección natural puede debilitarse.
Esto puede aumentar la importancia de la circulación mecánica, particularmente cuando se requiere una potencia de calentamiento sustancial.
Por lo tanto, un proceso con alta viscosidad no debe dimensionarse utilizando suposiciones de circulación similar al agua-sin verificar las propiedades reales del fluido.
El diseño térmico debe considerar juntos la densidad, la viscosidad, la capacidad calorífica específica, la temperatura de funcionamiento y el método de circulación.
Cómo evaluar la circulación durante la selección
Se pueden incluir varias preguntas prácticas en la especificación del equipo:
¿Cuál es el caudal normal del proceso?
¿Por dónde entra y sale el líquido del tanque?
¿Está disponible la agitación mecánica?
¿Qué áreas del tanque tienen circulación débil?
¿Dónde se instalará el calentador?
¿Dónde se medirá la temperatura?
¿La viscosidad cambia significativamente con la temperatura o la concentración?
Estos detalles ayudan a determinar si es más adecuada una zona de calefacción distribuida o varias zonas más pequeñas.
Se debe considerar la circulación antes de aumentar la potencia
Si un tanque tiene poca uniformidad de temperatura, simplemente aumentar la potencia del calentador puede aumentar la carga térmica local sin resolver el problema de circulación subyacente.
Un mejor enfoque es examinar en conjunto el área de la superficie de calentamiento, la posición del calentador, la dirección del flujo, la ubicación del sensor-de temperatura y las propiedades del fluido.
por unCalentador de inmersión de PTFE, la transferencia de calor eficiente depende de algo más que la entrada eléctrica. El movimiento adecuado del líquido ayuda a transportar el calor desde la superficie de PTFE al volumen del proceso y mantiene una temperatura del baño más constante.
Cuando la circulación es limitada, la geometría del tanque es irregular o la solución química tiene alta viscosidad, se puede desarrollar una disposición de calentador personalizada según el patrón de flujo real, el área de calentamiento activo, la profundidad de inmersión y la temperatura de proceso requerida.
