Com es comparen els tubs de calefacció de PTFE en principi de funcionament amb els tubs de calefacció de metall i quars?

En molts entorns industrials amb aplicacions d'immersió corrosives, com ara el processament químic, els banys de galvanoplastia o les línies de decapat àcid, l'elecció del material del tub de calefacció de vegades provoca problemes operatius. La corrosió del tub provoca fallades primerenques, variacions de lot-a-en l'eficàcia de la calefacció i costos de substitució més elevats a causa del temps d'inactivitat. Aquests problemes es produeixen si s'utilitzen tubs d'escalfament de metall, quars o PTFE sense una bona comprensió dels principis de funcionament en relació amb els fluids durs i els requisits del procés.

Tots els tubs de calefacció elèctrica funcionen amb el mateix principi d'escalfament resistiu (de vegades anomenat escalfament Joule). Un corrent elèctric es fa passar a través d'un cable d'alta resistència, generalment de nicrom o aliatge equivalent, inserit al tub. La calor produïda és exactament proporcional a la resistència al flux de corrent. Aquesta és la llei de Joule i estableix que la sortida d'energia és proporcional al quadrat del corrent i la resistència del cable. Les distincions entre tubs d'escalfament de metall, quars i PTFE es troben a la funda o tancament al voltant d'aquest element, la qual cosa determina la transferència de calor, la durabilitat en circumstàncies de treball i la compatibilitat amb el fluid circumdant.


L'element resistiu està contingut en una funda metàl·lica (acer inoxidable, Incoloy, titani, etc.) en forma de tubs de calefacció metàl·lics. L'alta conductivitat tèrmica de la funda (normalment superior a 15 W/m·K per a les varietats inoxidables) transporta la calor generada internament ràpidament cap a l'exterior. Aquest mecanisme de conducció garanteix un temps de resposta curt i, per tant, un ràpid augment-de la temperatura i un control precís en fluids neutres o lleugerament corrosius. En aplicacions de la vida real, els tubs metàl·lics funcionen bé en solucions a base d'aigua o olis on el contacte directe amb el líquid condueix a una transferència convectiva eficient. Però en fluids hostils com aquells amb pH sever o productes químics oxidants, la calor augmenta les reaccions químiques a la superfície i la funda es corroeix. Es produeix la picada o l'aprimament que provoca l'exposició a l'element, fuites o esgotament. L'experiència de la indústria és que fins i tot els aliatges seleccionats per als dipòsits tendiran a deteriorar-se a un ritme accelerat en els escalfadors a causa de condicions localitzades d'alta temperatura que poden afectar les taxes d'atac.

Els tubs de calefacció de quars són diferents, l'element metàl·lic es troba dins d'una gruixuda funda de vidre de quars. El quars és transparent a la llum infraroja. Per tant, la transferència de calor implica conducció més emissió radiant del filament a través de l'embolcall transparent. El mecanisme híbrid és adequat per a aplicacions que requereixen una distribució uniforme i sense contacte metàl·lic directe, especialment en solucions àcides clares. El quars és resistent a la majoria dels àcids en el rang de pH de 0 a 7 i pot tolerar temperatures superficials elevades. Els banys en estat estacionari proporcionen una resposta estable a les condicions de funcionament. Tenen molt poca escala ja que la superfície del vidre és llisa. Tanmateix, el quars és susceptible a xocs tèrmics, vibracions o impactes mecànics, tots els quals són freqüents en tancs agitats on la fractura pot ser causada per canvis bruscos de temperatura o contacte físic. El quars té una vida molt curta en fluids agressius com l'àcid fluorhídric o els càustics forts i es limita a determinades químiques sense-fluorur.

Tanmateix, els tubs d'escalfament de PTFE protegeixen l'element resistent mitjançant una funda de fluoropolímer, generalment una paret de politetrafluoroetilè de 0,030-polzades embolicada sobre el nucli metàl·lic. La generació de calor és el mateix mecanisme de Joule, però la transferència es fa mitjançant la menor conductivitat tèrmica del PTFE - d'uns 0,25 W/m·K - que requereix àrees de superfície més grans o densitats de watts controlades per evitar pegats calents a l'interior. La conducció segueix sent el camí dominant, fins i tot amb l'ajuda de la convecció natural del fluid, però les taxes generals estan per darrere de les de les estructures metàl·liques. Per la seva banda, el PTFE mostra una inercia química excepcional, resistint gairebé tots els àcids, bases, dissolvents, fins i tot àcid fluorhídric en quantitats modestes. La superfície antiadherent evita que l'elèctrode s'escalfi o s'acumuli i allarga la vida útil en condicions altament reactives on el metall o el quars fallarien ràpidament. La resposta a les circumstàncies laborals és més aviat l'estabilitat a llarg termini que el ràpid ciclisme. El PTFE té una excel·lent flexibilitat quan l'expansió tèrmica està present sense trencar-se, però les temperatures de la funda han de romandre per sota dels 260 graus per evitar la degradació del polímer. Per a aplicacions del món real, els tubs de PTFE proporcionen intervals de manteniment molt més baixos a les instal·lacions que processen àcids cròmics o nítrics en comparació amb altres alternatives.

Aquests fonaments de la calefacció per immersió són molt diferents dels mètodes de calefacció més generals que es troben en entorns comercials. El rendiment del tub es basa en el contacte directe amb el fluid, a diferència de molts escalfadors elèctrics convencionals (-bobina oberta, aletes, etc.) escalfa a través de l'aire o indirectament. Els sistemes de calefacció per terra elèctrica distribueixen la calor de manera uniforme mitjançant cables incrustats en formigó o materials de sòl, donant lloc a un escalfament de l'espai lent i constant en lloc d'una resposta ràpida del fluid. Les calderes murals-transporten la calor dels intercanviadors de calor a l'aigua o al vapor escalfats, la qual cosa significa un pas de transferència addicional que redueix l'eficiència en les aplicacions de procés directe. Sigui quin sigui el material del tub d'immersió, escalfarà el medi directament i ho farà de manera eficient i local. L'elecció de la funda és la clau de la consistència i la vida útil.

L'experiència del sector ha demostrat que diversos aspectes pràctics poden ajudar a guiar la selecció i prevenir els errors típics. La densitat de watts ha de ser compatible amb el material de la funda i els paràmetres del fluid. Encara que són molt resistents a la corrosió, els tubs de PTFE es poden sobreescalfar localment si es carreguen massa. La química dels fluids, inclosos tots els additius i temperatures de funcionament, s'ha de verificar a fons perquè la calor accelera les reaccions que els materials del dipòsit poden tolerar. Els tubs de quars són una solució barata a les línies de revestiment d'àcids no -HF, però es necessita PTFE per als banys que contenen fluor o són fortament alcalins. Tubs metàl·lics, que en climes més suaus proporcionen una velocitat rendible, però necessiten comprovacions periòdiques per detectar la corrosió primerenca. Els operadors també han de tenir en compte l'agitació del tanc i els controls de nivell. La submersió parcial pot provocar punts calents-secs en tots els tipus.

En resum, els principis principals de selecció es basen a fer coincidir l'eficiència de generació de calor, els mecanismes de transferència i la durabilitat del material amb les necessitats específiques de l'aplicació. Els tubs metàl·lics es prefereixen quan es requereix una conducció ràpida i altes densitats de watts. Els tubs de quars ofereixen un bon compromís d'estabilitat radiant i resistència a l'àcid per a entorns regulats. Els tubs de PTFE són els més inerts per a les químiques més agressives, però a costa de velocitats de transferència més lentes. La solució de transferència de calor en una sèrie d'aplicacions industrials és una funció de les condicions del procés i les propietats físiques del fluid que es personalitzen per oferir un funcionament fiable amb un temps d'inactivitat mínim.