Posebna kemična tovarna je poročala o nenavadnem simptomu: potopni grelnik PTFE v raztopini viskoznega polimera je med prvo uro segrevanja-vsako jutro oddajal ostro prasketanje ali pokanje. Hrup je prenehal, ko je kopel dosegla nastavljeno vrednost. Grelec ni bil vidno poškodovan, tok je bil normalen. Toda hrup je bil opozorilni znak,-da je na površini grelnika med fazo-segrevanja prišlo do lokaliziranega vrenja.
Hrup pare med-segrevanjem je simptom vrenja filma na površini PTFE. Temperatura površine grelnika je dovolj visoka, da upari tekočino v stiku z njo, vendar para ne more hitro uiti, ker je tekočina viskozna. Parni mehurčki se ob ločitvi silovito sesedejo in ustvarijo pok.
Zakaj viskozne kopeli povzročajo hrup pare
V tekočini z nizko{0}}viskoznostjo, kot je voda, se parni mehurčki zlahka ločijo in dvignejo na površje. Tiho se zrušijo v hladnejši tekočini. Postopek poteka gladko in ne povzroča hrupa.
V viskozni tekočini je mejna plast na površini grelnika debela. Parni mehurčki, ki nastanejo na površini, se ne morejo zlahka ločiti, ker se viskozna tekočina upira njihovemu gibanju. Mehurčki postanejo večji, preden se sprostijo. Ko se končno ločijo, se hitro sesedejo, zrušitev pa povzroči tlačni val, ki ga slišimo kot pokanje ali prasketanje.
| Viskoznost tekočine | Odvajanje mehurčkov | Velikost mehurčka pri odklopu | Energija kolapsa | Nivo hrupa |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | enostavno | majhna | Nizka | Noben |
| 10–100 mPa·s | Zmerno | Zmerno | Zmerno | Omedlevica |
| 100–1000 mPa·s | Težko | Velik | visoko | Slišno |
| >1000 mPa·s | Zelo težko | Zelo velik | Zelo visoko | Glasno |
Viskoznost in njen vpliv na odvajanje mehurčkov in nastajanje šuma
Zakaj je segrevanje-najbolj ranljiva faza
Med segrevanjem-grelnik deluje s polno močjo. Površinska temperatura je višja kot med-delovanjem v stabilnem stanju, ker je tekočina v razsutem stanju hladnejša in je temperaturna razlika med grelcem in tekočino večja. Višja površinska temperatura poveča hitrost nastajanja pare.
Med segrevanjem je tekočina tudi bolj viskozna. Viskoznost večine tekočin se z dvigom temperature zmanjša. Raztopina polimera, ki ima 15.000 mPa·s pri 25 stopinjah, je lahko 5.000 mPa·s pri 60 stopinjah. Med segrevanjem-je tekočina v bližini grelnika hladnejša in bolj viskozna kot pri nastavljeni točki. Viskozna tekočina ujame parne mehurčke in hrup je glasnejši.
Zakaj je hrup pare pomemben
Hrup pare ni le moteč. Označuje, da na površini grelnika prihaja do lokalnega vrenja. Vretje ustvari parno odejo, ki izolira površino. Površinska temperatura skokovito naraste in PTFE se razgradi hitreje, kot bi se v običajnih pogojih delovanja.
Ponavljajoče se zrušitev parnih mehurčkov ustvarja tudi mehansko obremenitev PTFE. Tlačni valovi, ki izhajajo iz kolapsov, udarjajo na površino polimera. Sčasoma lahko stres povzroči razpoke in mehurje zaradi utrujenosti.
Preprečevanje hrupa pare v viskoznih kopelih
Najbolj učinkovito preprečevanje je znižanje temperature površine grelnika pod vrelišče tekočine. To zahteva zmanjšanje gostote vatov in izboljšanje pretoka na površini grelnika.
Nižja vatna gostota-0,5–0,8 W/cm² – zniža površinsko temperaturo za 15–25 stopinj v primerjavi z 1,0–1,2 W/cm². Nižja temperatura ohranja površino pod vreliščem v večini viskoznih tekočin.
Izboljšan pretok na površini grelnika-iz eduktorja, obtočne črpalke ali mehanskega mešala-zmanjša debelino mejne plasti in zniža površinsko temperaturo. Lokalna hitrost 0,3–0,5 m/s zadostuje za preprečitev hrupa pare v večini viskoznih tekočin.
| Preprečevalni ukrep | Vpliv na temperaturo površine | Izvedba |
|---|---|---|
| Nižja vatna gostota, 0,5–0,8 W/cm² | 15-25 stopinj nižje | Oblikovanje grelnika |
| Eduktor pri grelniku | 20-30 stopinj nižje | Majhna črpalka ali stisnjen zrak |
| Recirkulacijska zanka | 25-35 stopinj nižje | Črpalka in cevovod |
| Mehansko mešanje | 15-25 stopinj nižje | Mešalo ali mešalo |
Preventivni ukrepi za hrup pare v viskoznih kopelih
Ko hrup pare kaže na konstrukcijsko težavo
Grelec, ki oddaja hrup pare kljub nizki vatni gostoti in izboljšanem pretoku, kaže, da zasnova grelnika ni primerna za viskozno tekočino. Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z zelo nizko vatno gostoto, veliko površino in položajem,-optimiziranim za pretok, obravnava temeljni vzrok lokalnega vrenja. Postopek specifikacije zahteva viskoznost tekočine pri delovni temperaturi, vrelišče, položaj grelnika, pogoje pretoka in zahtevano moč. Za naprave z viskoznimi procesnimi tekočinami ta-specifični pristop zmanjša hrup pare in podaljša življenjsko dobo grelnika.
