Com funcionen de manera diferent els intercanviadors de calor de PTFE, metall i grafit, i quin d'ells funciona millor en un ús-a llarg termini?

Els intercanviadors de calor a les plantes de processament-químics, galvanoplastia i tractament d'aigua-sovint es posen fora de servei molt abans que calgui. La corrosió elimina els tubs metàl·lics, s'acumula l'escala i redueix l'eficiència, o les unitats de grafit trencadisses es trenquen després del cicle de calor. Cada substitució suposa una pèrdua de temps de producció, majors costos de manteniment i la possibilitat de contaminació del producte. En el món real, el material de l'intercanviador és el que separa un sistema que funcionarà constantment durant anys, d'un sistema que serà un drenatge constant de la vostra cartera. El mode de funcionament dels intercanviadors de calor de PTFE, metall i grafit es basa en principis fonamentalment diferents, i el seu rendiment durant l'ús-a llarg termini en realitat difereix significativament segons les condicions del procés.

Els intercanviadors de calor metàl·lics necessiten una forta conductivitat tèrmica, generalment dins del rang de 15 i 400 W/m·K, depenent de l'aliatge. Les parets primes ofereixen dissenys compactes i una gran eficiència inicial perquè la calor viatja ràpidament. Resistència a la corrosió per capa d'òxid passiu a la superfície. Aquesta capa funciona bé amb corrents nets o una mica corrosius, però els ions agressius com els clorurs, els fluorurs o els àcids forts la mengen ràpidament provocant picades, aprimament de la paret i eventuals fuites. S'aconsegueix una bona estabilitat a la temperatura dins de les limitacions de l'aliatge, però un cop comença la corrosió, l'eficiència disminueix progressivament i la vida es redueix dràsticament.


Els intercanviadors de calor de grafit estan fets de blocs impregnats o enllaçats amb resina{0}} amb una conductivitat tèrmica d'uns 100 a 150 W/m·K. L'estructura de carboni proporciona una bona transferència de calor que els fa útils per a tasques d'àcid concentrat on els metalls fallen ràpidament. El material en si és químicament inert en molts àcids oxidants, però és fràgil i sensible al xoc tèrmic. Les micro-esquerdes per tensió mecànica o fluctuacions repetitives de temperatura poden provocar fuites. El grafit és superior a la majoria de metalls per a determinades aplicacions d'àcids d'alta-concentració. L'aglutinant de resina del grafit està subjecte a la contaminació o el deteriorament dels àlcalis o d'altres tipus de combinacions oxidants, per la qual cosa la resistència a llarg termini-és encara més limitada.

El principi dels intercanviadors de calor de PTFE és completament diferent. El fluid de procés està contingut dins d'una barrera contínua amb un revestiment o tub de fluoropolímer prim, normalment de 0,5 a 2 mm de gruix. La conductivitat tèrmica és substancialment més baixa al voltant de 0,25 W/m·K i, per tant, els dissenys es compensen amb superfícies més grans o geometries de múltiples passades per aconseguir una transmissió de calor eficaç. Les parets interiors són llises i antiadherents-, la qual cosa redueix la pèrdua de pressió i evita l'adherència d'escala o biofilm que sovint causa problemes amb les unitats de metall i grafit. La resistència química és una qüestió d'estructura molecular. Els àtoms de carboni tancats en fluor generen un escut no-polar que repel·leix àcids, àlcalis i dissolvents. Les taxes de difusió són insignificants fins a 260 graus, la qual cosa protegeix l'estructura metàl·lica subjacent, independentment de l'agressivitat del fluid. L'estabilitat de la temperatura no canvia ja que el material no es corroeix ni es fragilitza i, normalment, la resistència a llarg termini-és diverses vegades més llarga que el metall o el grafit en corrents mixtes o extremadament corrosius.

Per entendre millor aquests intercanviadors, compareu-los amb els sistemes de calefacció normals. Els escalfadors elèctrics convencionals són gairebé el 99 per cent eficients a l'hora de convertir l'electricitat directament en calor dins del fluid o a la superfície de l'element sense canal de circulació. Són adequats per a aplicacions netes i no-corrosives on la senzillesa és clau però no ofereixen la separació dels corrents de procés agressius que fan els intercanviadors de calor. Els sistemes de calefacció per terra elèctrica mouen els fluids a baixa velocitat a través de grans bucles a baixes temperatures, centrant-se en la sortida radiant fins i tot, en lloc de la transmissió de fluids corrosius o a alta velocitat. La caiguda de pressió encara és petita. Els materials no tenen la inercia necessària per a un servei químic sever. Les calderes-penjades a la paret estan dissenyades per maximitzar els circuits d'aigua compactes per a un escalfament ràpid-en la calefacció d'espais o en aplicacions comercials-lleugeres. Les peces metàl·liques funcionen bé en aigua neutra, però es deteriorarien ràpidament en els entorns durs amb què es troben habitualment els intercanviadors de PTFE. Aquestes alternatives de-escalfament directe o de baix-deber no poden proporcionar la transferència indirecta fiable que ofereixen els intercanviadors de calor de PTFE en aplicacions industrials dures.

Les recomanacions pràctiques per a la selecció de materials es basen en la indústria específica, el rang de temperatura i l'entorn químic. Per a corrents de dissolvents molt oxidants, que contenen-fluorur o barrejats, el PTFE és generalment millor que el metall o el grafit que, d'altra manera, estarien subjectes a degradació i requeririen una substitució freqüent. Els intercanviadors metàl·lics solen ser l'opció assequible per a aigua d'alta-puresa o aplicacions lleugerament corrosives on les dimensions reduïdes i la transferència de calor ràpida són més importants. S'ha de gestionar el xoc tèrmic. El grafit encara té un lloc en serveis intensos d'àcid sulfúric o clorhídric on la conductivitat tèrmica i la tolerància a l'àcid del grafit ofereixen avantatges. Els indicadors de rendiment que cal comprovar abans de comprar són la uniformitat del revestiment documentada per al PTFE, la composició de l'aliatge i les dades de passivació dels paràmetres de lligant de metall i resina per al grafit. També s'han d'observar de prop els resultats de la modelització de flux que revelen caigudes de pressió i possibles zones mortes.

On els compradors van malament és tractar tots els intercanviadors per igual. Si copieu les especificacions d'acer inoxidable i no adapteu les dimensions del canal per a les parets més llises de PTFE, acabeu amb rutes de flux inadequades i una caiguda de pressió més gran del que podríeu esperar. Si trieu el grafit per a la resistència a l'àcid, però no comproveu la seva compatibilitat amb els àlcalis, l'aglutinant pot trencar-se i es produiran fuites de sobte. Si només observeu els valors de calor-catàlegs del catàleg i ignoreu el canvi de viscositat en l'interval de temperatura operativa, els vostres càlculs de cabal seran incorrectes i obtindreu zones laminars inesperades. També hi ha una manca d'atenció als detalls de la instal·lació, com ara l'ancoratge adequat per a l'expansió tèrmica o el parell correcte a les brides revestides, i aquests poden generar àrees d'estrès que afectin la durabilitat a llarg termini-.

En resum, els intercanviadors de calor de PTFE són perfectes per a aplicacions -a llarg termini a causa de la seva barrera molecular inert que atura la corrosió i l'encrassement, però tenen una conductivitat tèrmica més baixa que exigeix ​​superfícies més grans. Les unitats metàl·liques proporcionen una ràpida transferència de calor però requereixen una atenció constant contra la corrosió. El grafit ofereix un bon rendiment àcid però és fràgil i es pot fracturar. Els intercanviadors de PTFE tenen un paper especial de transmissió indirecta segura de fluids agressius en comparació amb els escalfadors elèctrics, els sistemes elèctrics de calefacció per terra radiant o les calderes de paret-. La recomanació més important en la selecció encara és fer coincidir el material amb la química real del procés, el rang de temperatura i les necessitats de manteniment. Per tant, calen solucions expertes en disseny de transferència de calor-per a diversos sistemes industrials que inclouen dades exactes de fluids, cicles de treball i límits operatius per proporcionar configuracions que equilibrin l'eficiència, la durabilitat i la fiabilitat general durant tota la vida útil de l'equip.