El problema de la instal·lació remota
De vegades, les limitacions d'espai obliguen la instal·lació de l'intercanviador de calor de PTFE a allunyar-se del dipòsit de procés. L'intercanviador es troba en un entresòl, en una habitació adjacent o fora de l'edifici. La canonada d'interconnexió transporta el fluid de procés escalfat des de l'intercanviador al dipòsit i retorna el líquid refrigerat per reescalfar-lo.
Cada metre de canonada d'interconnexió perd calor a l'entorn. La solució escalfada que surt de l'intercanviador de PTFE a 65 graus pot arribar al dipòsit a 58 graus. La baixada de temperatura representa la pèrdua de capacitat de calefacció. L'intercanviador ha de treballar més per compensar, augmentant el consum de vapor i potencialment superant el seu deure de disseny.
La pregunta per a l'enginyer de disseny: quanta capacitat es perd i a quina longitud de canonada la instal·lació remota esdevé poc econòmica?
El mecanisme de pèrdua de calor
La pèrdua de calor de les canonades d'interconnexió segueix la llei de refredament de Newton. La taxa de pèrdua de calor depèn de la diferència de temperatura entre el fluid i l'aire ambient, la superfície de la canonada i el coeficient global de transferència de calor del fluid a l'ambient.
Les canonades metàl·liques no aïllades perden calor ràpidament. Una solució de tubs de 50 mm de diàmetre a 65 graus a través d'un ambient de 20 graus perd aproximadament 150-250 W per metre lineal. En un recorregut de 20 metres, la pèrdua és de 3-5 kW. Per a un sistema de calefacció de 30 kW, això representa una reducció de capacitat del 10-17%.
Les canonades aïllades redueixen significativament les pèrdues. L'aïllament de llana mineral o escuma de 25-50 mm de gruix adequadament especificat redueix la pèrdua de calor a 20-40 W per metre. El mateix recorregut de 20 metres només perd 0,4-0,8 kW, un 1-3% manejable de la capacitat del sistema.
Taula 1: Pèrdues de calor per canonades d'interconnexió (tuba de 50 mm, fluid de 65 graus, ambient de 20 graus)
| Condició d'aïllament | Pèrdua de calor per metre (W/m) | Pèrdua de carrera de 10 m (kW) | Pèrdua de carrera de 20 m (kW) | Pèrdua de capacitat efectiva (sistema de 30 kW) |
|---|---|---|---|---|
| Tub d'acer no aïllat | 200 | 2.0 | 4.0 | 13% |
| Tub de PTFE no aïllat | 160 | 1.6 | 3.2 | 11% |
| Aïllament de llana mineral de 25 mm | 35 | 0.35 | 0.7 | 2.3% |
| Aïllament de llana mineral de 50 mm | 18 | 0.18 | 0.36 | 1.2% |
| Tub pre-aïllat (omple-d'escuma). | 12 | 0.12 | 0.24 | 0.8% |
Valors de pèrdua de calor aproximats per a canonades horitzontals en aire tranquil. Les pèrdues reals depenen de la velocitat del vent, els suports de les canonades i la integritat de l'aïllament.
Consideracions sobre les canonades de PTFE
Les canonades d'interconnexió de PTFE tenen menor conductivitat tèrmica que el metall, proporcionant un aïllament inherent modest. La pèrdua de calor de la canonada de PTFE no aïllada és aproximadament un 20% menor que la de la canonada d'acer equivalent. Aquest petit avantatge no elimina la necessitat d'aïllament en tirades més llargues.
La canonada de PTFE té un alt coeficient d'expansió tèrmica. Els recorreguts rectes llargs requereixen bucles d'expansió o manxes per evitar una tensió excessiva en punts fixos. Els allotjaments d'expansió s'han d'integrar amb el sistema d'aïllament per evitar la creació de seccions no aïllades a les juntes de dilatació.
L'espai de suport per a la canonada de PTFE és més proper que per a l'acer a causa de la menor rigidesa. Els suports creen ponts tèrmics a través de l'aïllament. Cada suport ha d'incloure un coixinet aïllant entre la canonada i la pinça de suport per minimitzar la pèrdua de calor localitzada.
Directrius de disseny per a instal·lacions remotes
Minimitzar primer la longitud de la canonada. Localitzeu l'intercanviador de calor de PTFE tan a prop del dipòsit com ho permetin les limitacions físiques. Cada metre estalviat redueix la pèrdua de calor i el cost de capital per a canonades i aïllament.
Aïllar a fons. Totes les canonades d'interconnexió calentes, inclosos els accessoris, les brides i les vàlvules, han d'estar aïllades. Els coixinets d'aïllament extraïbles permeten l'accés a la brida i la vàlvula sense pèrdua de calor permanent.
Mideu l'intercanviador amb la pèrdua de calor calculada inclosa en el deure de disseny. Una càrrega de procés de 30 kW amb una pèrdua de canonades de 2 kW requereix un intercanviador de 32 kW, no 30 kW. El cost incremental és petit en comparació amb el descobriment de baix rendiment després de la instal·lació.
Considereu el cabal de recirculació bombat. Els cabals més alts augmenten lleugerament la pèrdua de calor per metre però redueixen la caiguda de temperatura per passada. L'efecte net sobre la temperatura lliurada depèn de la configuració específica de la canonada.
Resum
Les instal·lacions remotes d'intercanviador de calor de PTFE perden capacitat de calefacció a causa de la pèrdua de calor de les canonades d'interconnexió. Les canonades no aïllades de més de 10 metres poden perdre més del 10% de la capacitat del sistema. Un aïllament adequat redueix les pèrdues a un 1-3%.
Les directrius de disseny prioritzen minimitzar la longitud de la canonada, aïllar totes les superfícies calentes i incloure les pèrdues calculades en el dimensionament de l'intercanviador. La menor conductivitat tèrmica de la canonada de PTFE proporciona un petit avantatge inherent, però no substitueix l'aïllament.
L'anàlisi d'enginyeria per al disseny remot d'instal·lació d'intercanviador de calor de PTFE està disponible després de la presentació de la disposició de la canonada, el material i el diàmetre de la canonada, la temperatura del fluid, les condicions ambientals i les especificacions d'aïllament disponibles.
