Com funcionen els escalfadors de PTFE als banys d'electropolit per a acer inoxidable?

L'acer inoxidable s'allisa fins a obtenir una brillantor resistent a la corrosió-per electropolit, un procés que implica la immersió en un bany àcid calent i viscós. El PTFE és un dels pocs materials d'escalfament que pot escalfar uniformement aquesta intensa barreja d'àcids fosfòrics i sulfúrics, sense contaminació. La combinació d'escalfador de PTFE i bany d'electropolit s'ha convertit en l'opció estàndard per a les activitats d'acabat de superfícies quan la inercia química i la neteja no són-negociables.

Ambient de bany per a l'electropolit
L'electropolit de l'acer inoxidable es realitza habitualment en una combinació escalfada de 40 a 70 per cent d'àcid fosfòric (H₃PO₄) i 10 a 30 per cent d'àcid sulfúric (H₂SO₄) amb petites addicions d'additius, com àcid cròmic o tensioactius orgànics, en determinades formulacions. El bany funciona entre 60 i 80 graus - prou calent per reduir la viscositat i promoure la conductivitat iònica, però molt per sota del punt d'ebullició dels àcids.

A aquestes temperatures el bany és espès i almívar, amb una viscositat diverses vegades la de l'aigua. Una viscositat tan alta comporta problemes de calefacció únics. La velocitat de transmissió de calor des de l'escalfador d'immersió a la solució àcida és inferior a la dels banys de revestiment aquós i les zones d'estancament tendeixen a formar-se a les superfícies de l'escalfador tret que s'utilitzi una agitació activa.

Per què el PTFE és millor que l'escalfament de la funda metàl·lica
Els banys d'electropolit poden destruir o contaminar ràpidament els escalfadors d'immersió tradicionals amb beines metàl·liques d'acer, titani o aliatge. Els àcids fosfòrics i sulfúrics ataquen la majoria dels metalls a 60-80 graus. El titani es mantindrà àcid sulfúric pur en algunes circumstàncies, però serà atacat per mescles d'àcid fosfòric concentrat. Més significativament, qualsevol corrosió metàl·lica allibera ions al bany. Ions de ferro, níquel, crom o titani. Aquests queden atrapats a la capa electropolitada i provoquen defectes superficials, taques opaques o picades.

Els escalfadors d'immersió de PTFE (politetrafluoroetilè) resolen aquestes dues preocupacions. El material és totalment resistent als àcids fosfòric i sulfúric en tot el rang de temperatures de funcionament. No hi ha reacció química ni lixiviació d'ions metàl·lics. A més, la superfície-antiadherent de PTFE evita que l'àcid viscós i xaropós s'enganxi o s'enforni a la funda de l'escalfador. Aquesta funció d'auto-neteja permet que l'eficiència de la transferència de calor s'estabilitzi durant un període de mesos per a un funcionament continu.

A la pràctica, una disposició de bany d'electropolit per escalfador de PTFE funciona milers d'hores sense degradació observable del material de la funda. L'únic desgast que s'observa a les instal·lacions pràctiques és una lleugera abrasió per la manipulació o per partícules sòlides suspeses en tines molt utilitzades.

Aspectes de rendiment tèrmic
La temperatura màxima de funcionament continu de PTFE és d'uns 110 graus, molt per sobre del límit superior de 80 graus dels banys d'electropolit. Així, l'escalfador està lliure d'estrès tèrmic. Tanmateix, l'alta viscositat del bany requereix una consideració acurada de la densitat de watts i el moviment del fluid.

La densitat de watts recomanada per als escalfadors de PTFE en banys d'electropolit és inferior o igual a 1,2 W/cm2. Sovint, s'utilitza un 1,0 W/cm2 més conservador. Això està per sota dels 1,5 W/cm2 permesos per a solucions aquoses-ben agitades. Hi ha dos motius:

Per als fluids viscosos, els coeficients de transferència de calor convectiva són més baixos, de manera que la calor s'evacua de la funda a una velocitat més lenta.

Això pot conduir a la descomposició de l'àcid o a l'ebullició localitzada del contingut d'aigua que provoca la formació de bombolles a la funda que perjudica encara més la transferència de calor.

L'agitació és necessària per aconseguir una temperatura uniforme del bany i evitar pegats calents. Són habituals la mescla mecànica, els agitadors col·locats a la part inferior o les bombes de recirculació. Sovint s'evita el brou d'aire, ja que introdueix oxigen i humitat que poden canviar la química dels electròlits.