Com detectar i mesurar el gruix d'un biofilm dins d'un tub d'intercanviador de calor de PTFE?

Quan s'utilitza amb aigua tèbia del riu, condensats reciclats o corrents de processos rics en nutrients-, una capa biològica llisosa podria créixer lentament sobre les parets interiors del tub d'un intercanviador de calor de PTFE. Aquest biofilm sol ser innòcu en les primeres etapes de formació, ja que els canvis en la caiguda de pressió són força menors. Tanmateix, el rendiment tèrmic pot deteriorar-se ràpidament quan la capa viva forma una manta aïllant entre el fluid de procés i la paret del tub. Aquesta capa biològica oculta ara es pot mesurar directament dins de l'intercanviador amb instruments d'inspecció moderns, canviant la planificació del manteniment d'una estimació a una anàlisi quantitativa.

El problema en l'examen del tub intercanviador de PTFE per a l'avaluació del gruix del biofilm és detectar una capa suau i transparent que pot tenir només desenes o centenars de micres de gruix mentre l'intercanviador està majoritàriament intacte.

Per què el biofilm és un problema tèrmic real
Els biofilms són poblacions de microorganismes organitzades en una matriu de substàncies polimèriques que ells mateixos fabriquen i que s'uneixen a una superfície.

Els biofilms tendeixen a acumular-se dins dels tubs intercanviadors de PTFE quan:

Hi ha aigua calenta

Nutrients disponibles

Hi ha zones d'estancament de cabal.

Desenvolupament de pel·lícules de condicionament de superfícies

La capa biològica pot tenir:

Bacteris

FONG

Alga.

Matèria biològica

Grans minerals

La disminució del rendiment tèrmic pot ser substancial fins i tot per a biofilms relativament prims, ja que el material biològic té una conductivitat tèrmica deficient en comparació amb l'aigua en moviment.

El biofilm és freqüentment tou i porós, a diferència de l'escala mineral dura. Això suggereix que pot ser que no hi hagi augments significatius de la caiguda de pressió de l'intercanviador fins que la gravetat del creixement sigui alta.

Aquesta característica dificulta la detecció de la depreciació de la calor només amb la monitorització hidràulica típica.

Per què els biofilms encara es poden formar en tubs de PTFE
El PTFE té una superfície llisa i resistent químicament que evita l'encrassement per nombroses substàncies. Tanmateix, cap superfície d'intercanviador de calor industrial està lliure de proliferació biològica.

Finalment, les capes de condicionament basades en molècules orgàniques podrien permetre que els microorganismes s'uneixin a la paret del tub.

Un cop desenvolupat, el biofilm podria continuar creixent a mesura que els nutrients passen per l'intercanviador.

El desenvolupament de biofilm és especialment freqüent en sistemes amb:

Aigua per refredar

Aigües residuals

Recuperació de condensats

Aigua del riu

Corrents de processament d'aliments

Circuits tèrmics de baix cabal

La suavitat intrínseca de les superfícies de PTFE pot permetre que els primers biofilms siguin visualment discrets, però, tanmateix, afecten greument la transferència de calor.

Per què importa el gruix del biofilm?
Neteja prematura d'un intercanviador de calor malgastat:

Netejadors (domèstics)

Aigua.

Temps de descans

Treball 1.

Capacitat de fabricació

Si espereu massa, podeu obtenir:

elevada pèrdua de calor

Major consum energètic

Contaminació biològica

Menor estabilitat del procés

Major taxa d'incrustació

La mesura directa del gruix del biofilm ofereix una base objectiva per programar el manteniment.

En lloc de només:

Tendències de caiguda de pressió

Canvis en la temperatura de sortida

Hores de funcionament aprox

Dins de l'intercanviador, el personal de manteniment és capaç d'avaluar el gruix real de la capa biològica.

Això condueix a decisions de neteja més eficients i basades en dades-.

Inspecció de Tomografia de Coherència Òptica (OCT).
La tomografia de coherència òptica (OCT) és una de les tècniques més modernes per a l'avaluació de tubs intercanviadors de PTFE per mesurar el gruix del biofilm.

Com es fa l'OCT
L'OCT és una tècnica que utilitza llum infraroja propera-per obtenir imatges-de seccions transversals d'alta resolució de superfícies i materials semi-transparents.

La tecnologia és anàloga a les tecnologies d'imatge mèdica utilitzades en oftalmologia i diagnòstic endoscòpic.

S'introdueix una petita sonda OCT flexible en un tub intercanviador aïllat i netejat

La sonda escaneja la paret interior i els senyals de llum reflectides es processen per crear imatges{0}}de seccions transversals completes.

Veure la capa de biofilm
El sistema OCT pot diferenciar:

Paret del tub de PTFE

Capa de biofilm

Interfície que flueix líquid

L'enfocament genera imatges estructurals extremadament clares perquè els biofilms són semi-translúcids.

Es pot realitzar una biòpsia òptica de l'interior del tub sense eliminar físicament el dipòsit.

Aquesta imatge generada permet la mesura directa i precisa del gruix del biofilm.

Capacitats de resolució.
Els sistemes OCT solen tenir una resolució axial de només unes poques micres.

Això permet una detecció fàcil de biofilms de més de 50 micres aproximadament.

En molts sistemes industrials es poden detectar fins i tot capes biològiques més primes abans que es produeixi un deteriorament tèrmic greu.

Beneficis de l'OCT
Els beneficis inclouen:

Mesura no-destructiva

Alta resolució espacial

Imatge en directe

Mesura del gruix

Intercanviador, mínim desmuntatge de

Aquest enfocament és especialment útil per a sistemes de recerca, farmacèutics, semiconductors i processos d'alta{0}}puresa on la gestió de biofilm és essencial.

Mesura per ultrasons del gruix del biofilm
La inspecció per ultrasons és un procediment més senzill i més -utilitzable.

Principis dels ultrasons
Les ones ultrasòniques d'alta freqüència s'envien a través de la paret del tub de PTFE.

El so acústic colpeja les interfícies entre materials de diverses densitats, amb part del senyal que rebota cap al sensor.

Les reflexions es poden obtenir en condicions adequades:

paret de PTFE

La capa de biofilm

El biofilm en contacte amb l'aigua

De vegades es pot analitzar el temps i l'amplitud del senyal per avaluar el gruix del biofilm.

Arranjaments de la sonda
La sonda ultrasònica s'aplica generalment a la paret externa del tub i l'intercanviador està ple o parcialment immers.

El PTFE té un comportament acústic diferent en comparació amb els metalls i requereix una calibració acurada.

La millor sensibilitat per a capes biològiques suaus s'aconsegueix normalment amb mesuradors d'ultrasons adaptats per immersió{0}}d'alta freqüència.

Limitacions
Reptes en el mesurament de biofilm ultrasònic:

Reflecteixen dèbilment els biofilms sonors suaus

El PTFE absorbeix l'energia ultrasònica

Els dipòsits irregulars proporcionen senyals sorollosos

Malgrat aquestes restriccions, les tecnologies d'ultrasons són desitjables pels motius següents:

Més ràpid

Mínimament invasiu

Cost reduït

Més mòbil

Els enfocaments ultrasònics poden ser prou precisos per a la presa de decisions de manteniment per al control de camp de rutina.

Importància de la neteja i l'esterilitat de la sonda
Les sondes de control s'han de netejar o esterilitzar abans d'introduir-les a l'intercanviador.

Aquesta precaució ajuda a prevenir:

Contaminació creuada

Introducció de micro-organismes estrangers

Contaminació del procés

Condicions microbiològiques alterades

La neteja de la sonda és especialment important en entorns farmacèutics, semiconductors o de fabricació d'aliments.

Una manipulació incorrecta pot afectar la integritat del procés i la fiabilitat de la mesura.

Aplicació de les dades per a la planificació del manteniment
Les mesures realitzades a través de nombrosos tubs proporcionen una imatge més realista de l'estat de l'intercanviador.

El creixement del biofilm rarament és consistent al llarg del paquet.

Les àrees que semblen tenir un major risc d'encrasses solen ser:

Zones de baixa velocitat

Zones mortes

Hotspots

Pertorbacions a l'entrada

El seguiment de la tendència del gruix del biofilm al llarg del temps pot ajudar a optimitzar els horaris de manteniment de manera més eficaç.

Avantatges:

Menys neteja que no cal

Reducció del consum de productes químics

Rendiment de transferència de calor millorat

Millora de la disponibilitat dels intercanviadors

• Menors costos operatius

L'opció per dur a terme el manteniment es basa en l'evidència-, no és reactiva.

Relació entre el gruix del biofilm i el rendiment tèrmic
Els biofilms poden actuar com a capes d'aïllament tèrmic.

Amb un gruix creixent:

La resistència tèrmica augmenta

Redueix el coeficient de transferència de calor

L'eficiència de l'intercanviador disminueix

Com que el material biològic és un mal conductor de la calor, fins i tot les pel·lícules biològiques relativament primes poden induir una penalització tèrmica considerable.

Per tant, la connexió entre el gruix del biofilm i el deteriorament de la calor no és generalment-lineal.

Trobar el problema d'hora ajuda a evitar que l'intercanviador s'embruti tant que el rendiment es retregui.

Futur del diagnòstic in{0}}situ d'incrustacions
S'estan desenvolupant mètodes d'inspecció que milloren la capacitat d'avaluar la contaminació de l'intercanviador sense deixar fora de servei l'equip.

Els possibles desenvolupaments futurs inclouen:

Escàners de tubs robòtics automatitzats

Monitorització a l'òptica

Biosensors integrats

Anàlisi de contaminació amb ajuda d'IA

Mapes de salut de l'intercanviador en directe

A mesura que els sistemes de manteniment creixen més predictius, l'avaluació directa del biofilm in{0}}situ pot convertir-se en una part habitual de la gestió dels intercanviadors de calor industrials.

Resum
La formació de biofilm dins dels tubs de l'intercanviador de calor de PTFE genera una resistència tèrmica oculta que pot degradar dràsticament l'eficiència de l'intercanviador molt abans que es faci notar qualsevol canvi en la caiguda de pressió. Aquests dipòsits biològics ara es poden avaluar directament in-situ mitjançant tècniques com ara la tomografia de coherència òptica i l'examen ultrasònic específic.

L'examen de mesura del gruix del biofilm del tub intercanviador de PTFE proporciona una base quantitativa per a la programació del manteniment, permetent que les decisions sobre la neteja es prenguin sobre la base de l'acumulació real de dipòsits, en lloc de supòsits o intervals fixos. Les tecnologies OCT poden imatges de biofilm amb resolució de micres i separar les diferents capes de biofilm. Les tècniques d'ultrasons són més senzilles i es poden utilitzar al camp per a un seguiment continu.

La quantificació de l'avaluació de la contaminació com a procediment de diagnòstic permet optimitzar la neteja de l'intercanviador per mantenir l'eficiència tèrmica i reduir l'ús de productes químics innecessaris i el temps d'inactivitat. El coneixement del gruix de la capa biològica normalment inicia la regulació de la capa biològica en el manteniment tèrmic.