Ponorný ohrievač z PTFE s výkonom 1,5 wattu na štvorcový centimeter v dobre premiešanom{1}}vodnom kúpeli sa rýchlo prehreje a zlyhá, ak sa v hustom oleji použije rovnaká hustota wattov. Rozdiel nespočíva v ohrievači, ale v schopnosti tekutiny odvádzať teplo. Pochopenie, prečo k tomu dochádza, je nevyhnutné pre bezpečnú a spoľahlivú špecifikáciu ohrievača.
Úloha tekutiny pri prenose tepla
Maximálny povolený výstupný výkon na jednotku plochy ohrievača PTFE nie je pevnou hodnotou. Namiesto toho,wattový limit hustoty kvapaliny tepelná vodivosť PTFE ohrievačzávisí priamo od toho, ako efektívne okolité médium absorbuje a odvádza teplo z plášťa.
Voda má relatívne vysokú tepelnú vodivosť približne 0,6 W/m·K a nízku viskozitu, čo podporuje silnú prirodzenú konvekciu. Tieto vlastnosti umožňujú rýchly odvod tepla z povrchu ohrievača, čo umožňuje hustotu wattov až 1,5 W/cm² pri typických podmienkach ponorenia.
Ťažké oleje, syntetické teplonosné kvapaliny a polyméry sa správajú odlišne. Ich tepelná vodivosť často spadá do rozsahu 0,1–0,2 W/m·K. V kombinácii s vysokou viskozitou tieto kvapaliny potláčajú prirodzenú konvekciu. Okolo PTFE puzdra sa vytvorí stojatá, izolačná hraničná vrstva, ktorá lokálne zachytáva teplo.
Dôsledok zlej tepelnej vodivosti
Keď hraničná vrstva nemôže dostatočne rýchlo odvádzať teplo, teplota na povrchu plášťa prudko stúpa. Aj keď samotný PTFE má maximálnu nepretržitú prevádzkovú teplotu približne 110 stupňov, vnútorný odporový drôt je za normálnych podmienok oveľa teplejší. Nadmerná hustota wattov tlačí teplotu drôtu za bezpečné limity, urýchľuje degradáciu izolácie a spôsobuje predčasné zlyhanie ohrievača.
V praxi tepelná charakteristika tekutiny určuje strop výkonu ohrievača. Bežnou chybou je dimenzovanie olejového ohrievača na základe-vodných pravidiel, za predpokladu, že bude prijateľná rovnaká hustota wattov.
Pokyny pre bezpečnú hustotu wattov pre kvapaliny s nízkou{0}}vodivosťou
Pre roztoky na báze vody- s primeraným miešaním slúži ako štandardná hodnota maximálna hustota wattu 1,5 W/cm². Avšak pre tiché oleje a mnohé polymérne taveniny limit dramaticky klesá na približne 0,5 W/cm².
Odporúčané rozsahy zníženia
Oleje a -nemiešané polyméry:maximálna wattová hustota 0,3–0,8 W/cm², v závislosti od presných vlastností kvapaliny.
Viskózne alebo stojaté tekutiny:odporúča sa spodná hranica rozsahu (0,3–0,5 W/cm²).
Vyššie hodnoty (0,6–0,8 W/cm²):možno zvážiť len pri zavedení mechanického miešania.
Úloha mechanického miešania
Pre viskózne tekutiny sa externé miešanie stáva kritickým. Nútená konvekcia narúša izolačnú hraničnú vrstvu a zlepšuje prenos tepla. Aj s agitáciou sa všakwattový limit hustoty kvapaliny tepelná vodivosť PTFE ohrievačzostáva nižšia ako v prípade vody v dôsledku vlastného stropu tepelnej vodivosti tekutiny.
Prečo je vnútorná teplota vodiča dôležitá
PTFE plášť chráni vnútorný odporový drôt pred chemickým napadnutím a elektrickým únikom. PTFE je však v porovnaní s kovmi tepelný izolant. Teplo generované v drôte musí prejsť cez stenu plášťa a potom prejsť cez hraničnú vrstvu do objemovej tekutiny. Ak hraničná vrstva odoláva tepelnému toku, teplota drôtu neúmerne stúpa.
PTFE ohrievač pracujúci pri 1,5 W/cm² vo vode môže udržiavať teplotu drôtu výrazne pod nebezpečnou úrovňou. Rovnaký ohrievač v oleji pri rovnakej hustote wattov môže zvýšiť teplotu drôtu vysoko nad 200 stupňov , čo vedie k rýchlej oxidácii odporovej zliatiny a prípadnému zlyhaniu otvoreného-obvodu.
Praktické odporúčania pre výber ohrievača
Vždy charakterizujte tepelnú vodivosť kvapaliny.Ak údaje nie sú k dispozícii, odporúča sa konzervatívne zníženie.
Pre oleje a polyméry začnite s 0,5 W/cm²ako maximum. Pri vysoko viskóznych alebo stagnujúcich podmienkach ďalej znížte.
Zahrňte mechanické miešanieak je to možné, zlepšiť prenos tepla a umožniť mierne vyššie hustoty wattov v rozsahu 0,6–0,8 W/cm².
Nepredpokladajte, že platia limity hustoty wattov-založené na vodena tekutiny s nízkou{0}}vodivosťou. Tento predpoklad je hlavnou príčinou predčasného zlyhania ohrievača.
Záver
Ohrievač a kvapalina tvoria tepelné partnerstvo. Žiadny ohrievač PTFE nemôže bezpečne fungovať nad rámec kapacity odvádzania tepla- okolitého média. Rozpoznanie toho, ako tepelná vodivosť obmedzuje prenos tepla prúdením, je prvým krokom pri nastavovaní bezpečnej hustoty wattov pre PTFE ohrievač. Výber hustoty wattov, ktorá rešpektuje schopnosť prenosu tepla-kvapaliny priamo ovplyvňuje životnosť ohrievača, zabraňuje prehrievaniu, zlyhaniu izolácie a nákladným prestojom. V prípade kvapalín s nízkou-vodivosťou, ako sú oleje a polyméry, zníženie výkonu na 0,3 – 0,8 W/cm²-v kombinácii s miešaním, ak je to možné,-zabezpečuje spoľahlivý dlhodobý-výkon.
