En els dipòsits amb deflectors-utilitzats per a la barreja, reaccions químiques i transferència de calor-l'espai entre el deflector i la paret del dipòsit crea un canal de derivació del flux. Si es col·loca un escalfador de PFA en aquest canal, la velocitat del flux més enllà de l'escalfador ha de ser suficient per mantenir la transferència de calor i evitar el sobreescalfament localitzat. La velocitat mínima de derivació del flux per als escalfadors de PFA en servei d'aigua és de 0,3 a 0,5 m/s per mantenir la temperatura de la superfície del PFA dins dels 10 graus del fluid a granel a les densitats de watts típiques (3 a 5 W/cm²). Per a un espai del deflector determinat (espai entre la vora del deflector i la paret del dipòsit), s'ha de seleccionar el diàmetre de l'escalfador perquè l'àrea de la secció transversal-del canal de derivació al voltant de l'escalfador sigui prou gran per mantenir la velocitat. La regla: el diàmetre exterior de l'escalfador ha de ser inferior o igual al 50% de l'amplada de l'espai del deflector. Per a un espai deflector de 100 mm, el diàmetre exterior màxim de l'escalfador és de 50 mm. Per a un espai de 50 mm, el diàmetre exterior màxim de l'escalfador és de 25 mm. Els escalfadors més grans sufoquen el flux, reduint la velocitat i provocant un sobreescalfament.
Càlcul de la velocitat de derivació del flux
La velocitat a l'espai del deflector és v=Q / A, on Q és el cabal volumètric de l'agitador o bomba de recirculació i A és l'àrea de la secció transversal-de l'espai no ocupat per l'escalfador. L'amplada total del buit és W, el diàmetre exterior de l'escalfador és D i l'alçada del dipòsit és H (suposat que està totalment submergit). L'àrea lliure A_free=(W - D) × H. Si D s'acosta a W, A_free s'acosta a zero, la velocitat disminueix dràsticament. Per mantenir v Major o igual a 0,3 m/s, A_free ha de ser Major o igual a Q / 0,3. Per a un dipòsit típic amb un agitador que ofereix Q=0.05 m³/s (3 m³/min), H=2 m, cal A_free=0.05 / 0.3=0.167 m². Aleshores (L - D) × 2=0.167, de manera que L - D=0.0835 m=83.5 mm. Si W=150 mm, màxim D=150 - 83.5=66.5 mm. Un escalfador de 65 mm funcionaria. Si W=100 mm, màxim D=100 - 83.5=16.5 mm{-un escalfador molt petit. En aquest cas, l'escalfador no es pot col·locar a l'espai del deflector; s'ha de traslladar.
Per als tancs de convecció natural (sense bomba, sense agitador), la velocitat del flux es genera per la flotabilitat. L'augment de velocitat màxima al llarg d'un escalfador és aproximadament v=√(2 × g × × ΔT × L), on g=9.81 m/s², és el coeficient d'expansió tèrmica (0,0004/ grau per a l'aigua), ΔT és la diferència de temperatura entre la superfície de l'escalfador i la massa (10 graus) i L és la longitud de l'escalfador (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-com a mínim. Qualsevol restricció que redueixi aquesta velocitat corre el risc de sobreescalfar-se. Per a la convecció natural, el diàmetre de l'escalfador ha de ser inferior o igual al 30% de l'amplada de l'espai del deflector per evitar l'asfixia.
Taula de selecció del diàmetre de l'escalfador vs
| Amplada de l'espai del deflector (mm) | Tipus de flux | Mínim requerit v (m/s) | Extensió exterior màxima de l'escalfador (mm) per a v Superior o igual a min | OD de l'escalfador recomanat (mm) | Notes |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | Forçat (bomba, agitador) | 0.3 | 25 | 20–25 | Ajust però factible |
| 50 | Convecció natural | 0.25 | 15 | 12–16 | Escalfador molt petit |
| 75 | Forçat | 0.3 | 40 | 32–38 | Bé |
| 75 | Naturals | 0.25 | 22 | 20–25 | Acceptable |
| 100 | Forçat | 0.3 | 58 | 50 | Estàndard |
| 100 | Naturals | 0.25 | 30 | 25 | D'acord |
| 125 | Forçat | 0.3 | 83 | 75 | Gran escalfador possible |
| 150 | Forçat | 0.3 | 108 | 100 | Típic per a dipòsits grans |
| 200 | Forçat | 0.3 | 158 | 150 | Poden cabre diversos escalfadors |
Conseqüències de l'escalfador de gran mida a l'espai del deflector
Si el diàmetre de l'escalfador és massa gran per a l'espai del deflector (D > 0,6 × W per al flux forçat, D > 0,3 × W per a la convecció natural), es produeixen tres problemes:
Estancament del cabal: La velocitat baixa per sota dels 0,2 m/s. El coeficient de transferència de calor h baixa de 500–1.000 W/m²·K a 100–300 W/m²·K. Per a una densitat de watts constant, la temperatura de la superfície del PFA augmenta entre 20 i 50 graus.
Sobreescalfament localitzat: El punt més calent es troba al costat aigües avall de l'escalfador (a l'estela). La diferència de temperatura entre aigües amunt i aigües avall pot arribar als 20-30 graus, provocant un estrès tèrmic desigual.
Escalat accelerat: La baixa velocitat permet que les bombolles i les partícules s'enganxin a l'escalfador, formant escates i biofilms. L'escala redueix encara més la transferència de calor, creant un bucle de retroalimentació positiva.
La inspecció de camp d'un escalfador de gran mida en un buit del deflector mostra un patró diferent: el PFA és groguenc o marró al costat aigües avall, amb dipòsits d'escales blanques. El costat aigües amunt pot semblar normal. Si s'observa aquest patró, l'escalfador és massa gran per a la bretxa.
Alternatives d'instal·lació quan el buit és massa petit
Si el diàmetre de l'escalfador requerit supera el màxim permès per a l'espai del deflector, tingueu en compte aquestes alternatives:
Canvia l'escalfador: Munteu l'escalfador al centre del dipòsit (alluny dels deflectors) o en un bucle de recirculació. El muntatge central sovint té una velocitat de flux més alta que els buits del deflector.
Utilitzeu diversos escalfadors més petits: En lloc d'un escalfador de 50 mm, utilitzeu dos escalfadors de 25 mm. La superfície total (i la potència) pot ser la mateixa, però cada escalfador més petit té una restricció de flux més baixa.
Augmenta la bretxa del deflector: Si el disseny del tanc ho permet, augmenta la W movent els deflectors o retallant les vores del deflector. Afegir 25 mm a l'espai permet un escalfador de 50 mm on només hi caben 32 mm abans.
Afegiu un accelerador de flux: Instal·leu un petit eductor o broquet de raig a l'espai del deflector per augmentar la velocitat local. El broquet consumeix una mica d'energia de la bomba però restaura la transferència de calor.
Exemple de camp
Un dipòsit de mescla de 5.000 L tenia un espai del deflector de 80 mm. La planta va instal·lar un escalfador de PFA de 63 mm (79% del buit). La velocitat del flux (mesurada) va ser de 0,12 m/s. L'escalfador va augmentar en 3 mesos i la temperatura de la superfície de PFA va arribar als 115 graus en aigua de 70 graus (augment de 45 graus). La planta la va substituir per dos escalfadors de 25 mm (potència total igual) col·locats a banda i banda del deflector. La velocitat al voltant de cada escalfador era de 0,35 m/s. L'escala es va reduir, la temperatura de la superfície va baixar a 85 graus i la vida útil de l'escalfador es va estendre de 6 mesos a 5 anys. El cost de dos escalfadors (2 × 500=500=1.000) era superior al d'un escalfador de 63 mm (800 $), però la vida útil més llarga i el temps d'inactivitat reduït es van recuperar en 18 mesos.
Conclusió: OD de l'escalfador inferior o igual a 0,5 × espai del deflector per al flux forçat
Per a un escalfador PFA instal·lat en un buit deflector, seleccioneu el diàmetre de l'escalfador de manera que OD inferior o igual a 0,5 × amplada de l'espai del deflector (W) per al flux forçat (bombejat o agitat) i OD inferior o igual a 0,3 × W per a la convecció natural. Això garanteix una àrea lliure suficient per mantenir una velocitat mínima de derivació del flux de 0,3 m/s (forçat) o 0,25 m/s (natural). Els escalfadors de gran mida sufoquen el flux, provocant baixa velocitat, alta temperatura superficial, escalat accelerat i fallada prematura. Mesureu la bretxa, calculeu la OD màxima admissible i seleccioneu en conseqüència. Si la OD necessària supera el límit, canvieu la ubicació de l'escalfador o utilitzeu diversos escalfadors més petits. L'espai del deflector és per al flux, no per omplir l'escalfador més gran possible. Respecteu el buit, dimensioneu l'escalfador, mantingueu el flux. El vostre escalfador us agrairà amb anys de servei.
