Isı Transferi Akışkanları ve Daldırma: Farklı Bir Kurallar Dizisi
Katı metal bloklar veya kalıplar yerine sıvıları ısıtmak için bir kartuş ısıtıcısı kullanıldığında, tüm termal manzara çarpıcı biçimde değişir. Daldırmalı ısıtma (su, hidrolik yağlar, termal transfer sıvıları, kimyasal banyolar veya gıda-sıvıları- için olsun, 440V kartuş ısıtıcı üzerinde kuru, iletken uygulamalarla karşılaştırıldığında tamamen farklı kısıtlamalar getirir. Baskın değişken artık uyum toleransı veya kalıp iletkenliği değil; sıvının konveksiyon, iletim ve-ara sıra{-kaynama yoluyla ısıyı kılıf yüzeyinden uzaklaştırma yeteneğidir.
Katı bir metal ortamda, ısı transferi öngörülebilir ve nispeten tekdüzedir; metalin-metale-yakın temasına ve çeliğin veya alüminyumun yüksek termal iletkenliğine (25–237 W/m·K) dayanır. Bir sıvıda ısının uzaklaştırılması, sıvının özelliklerine bağlıdır: termal iletkenlik, özgül ısı kapasitesi, viskozite, yoğunluk, akış hızı ve faz-değişim davranışı. Yüksek özgül ısısı (4,18 kJ/kg·K), mükemmel ısı iletkenliği (≈0,6 W/m·K) ve düşük viskozitesi ile su, durgun tanklarda bile güçlü bir şekilde konveksiyona uğrayarak nispeten yüksek watt yoğunluklarına izin verir. 10–20 W/cm² (veya 60–130 W/in²) değerine sahip bir 440V kartuş ısıtıcı, sirkülasyonlu veya çalkalanmış suda güvenli bir şekilde çalışabilir ve kılıf sıcaklıklarını toplu sıvı sıcaklığının yalnızca 20–50 derece üzerinde tutabilir.
Bunu viskoz yağlar veya ısı-transfer sıvılarıyla karşılaştırın. Ağır mineral yağlar, sentetik termal yağlar veya glikol karışımları çok daha düşük ısı iletkenliğine (0,1–0,15 W/m·K), daha yüksek viskoziteye (su için 10–1000 cP'ye karşılık . 1 cP) ve daha zayıf doğal taşınıma sahiptir. Durgun veya düşük-akış koşullarında, kılıfın hemen yanında sıcak, daha az-viskoz bir sıvıdan oluşan bir sınır tabakası oluşur. Bu katman ısıtıcıyı yalıtarak kılıf sıcaklığının keskin bir şekilde artmasına neden olur. Watt yoğunluğu çok yüksekse yüzey, sıvının film sıcaklık sınırını-birçok yağ için genellikle 250-350 derece aşabilir- ve bu durum termal çatlamayı, oksidasyonu veya polimerizasyonu tetikler. Sonuç "koklaşma"dır: kılıfın üzerinde sert, siyah karbonlu bir tortu oluşur. Kok mükemmel bir ısı yalıtkanıdır (iletkenlik)<0.1 W/m·K), trapping heat inside the heater, driving internal wire temperatures far beyond safe limits, and accelerating oxidation, insulation breakdown, and eventual burnout.
440V daldırma uygulamaları için watt yoğunluğu seçimi tartışmasız en kritik karardır. Genel endüstri kuralları şunları içerir:
- Su ve sulu çözeltiler: 10–25 W/cm² (60–160 W/in²) iyi sirkülasyonla kabul edilebilir; zorlamalı akış veya kaynatma uygulamalarında 30–40 W/cm²'ye kadar.
- Hafif yağlar (düşük viskoziteli, örneğin hidrolik sıvı): 5–10 W/cm² (30–65 W/in²).
- Ağır yağlar, termal transfer sıvıları veya viskoz ortamlar: Koklaşma eşiğinin altında kalmak için maksimum 2–5 W/cm² (13–32 W/in²).
- Ayrışmaya yatkın kimyasallar (asitler, solventler): genellikle agresif çalkalamayla 1–3 W/cm².
Bu sınırlar keyfi değildir; maksimum film sıcaklığına ilişkin ampirik verilerden ve akışkan üreticisinin spesifikasyonlarından elde edilirler. Bunların aşılması-kısa süreliğine de olsa- koklaşmayı başlatır, bu da kartopu oluşturur: Yalıtım katmanı daha yüksek kılıf sıcaklıklarına, daha fazla koklaşmaya ve genellikle yıllar yerine haftalar içinde hızlı arızaya neden olur.
Kılıf malzemesi seçimi daldırmada daha fazla önem kazanır. Paslanmaz çelik 304 veya 316 su, yumuşak yağlar ve birçok kimyasal maddeye karşı yeterli korozyon direnci sağlarken, agresif ortamlar yükseltme gerektirir. Yüksek-klorür çözeltileri, asitler veya klorlu bileşikler, paslanmaz çeliğe çukurlaşma ve stres-korozyon çatlaması yoluyla zarar verir. Klorür çukurlaşmasına, oksidasyona ve karbürizasyona karşı üstün dirence sahip Incoloy 800 veya 825-nikel-demir-krom alaşımları-zorlu kimyasal veya yüksek{14}}sıcaklıktaki yağ banyoları için standart haline gelir. Aşırı aşındırıcılar (konsantre asitler, erimiş tuzlar) için titanyum, Hastelloy veya floropolimer kılıflı tasarımlar gerekebilir. Kılıf tek elektriksel bariyerdir; herhangi bir ihlal, akımın sıvıya sızması, şok tehlikesi veya elektroliz oluşması riski taşır.
Kurulum ve çalıştırma kuralları da kuru uygulamalardan keskin bir şekilde farklıdır:
- Isıtılan kısım her zaman tamamen suyun altında kalmalıdır. Kısmi suya batma, sıvı-hava arayüzünde, watt yoğunluğunun etkili bir şekilde sonsuz hale geldiği (konveksiyon yok) kuru bir bölge oluşturarak kılıfın anında erimesine veya yırtılmasına neden olur.
- Sızıntıyı-sıkı bir sızdırmazlık sağlamak ve elektrik bağlantı uçlarını kuru ve serin tutmak için flanş bağlantılarını, vidalı tapaları veya dişli burçları uygun contalarla birlikte kullanın.
- Sıvı seviyesi düşerse ısıtıcının enerjisini-kesmek için düşük-seviye kesme{- sensörlerini veya şamandıralı anahtarları kullanın.
- Sınır katmanlarını kırmak ve daha yüksek güvenli yoğunluklara izin vermek için mümkün olduğunda çalkalama veya zorlamalı sirkülasyon (pompalar, karıştırıcılar) sağlayın.
- Viskoz akışkanlar için, doğal konveksiyon akımlarını teşvik etmek amacıyla alt-giriş veya yan-giriş yönelimlerini göz önünde bulundurun.
Sıvı ısıtmada başarı, ortamın termal kişiliğine saygı gösterilmesine bağlıdır. Her akışkan izin verilen maksimum film sıcaklıklarını ve tavsiye edilen watt yoğunluklarını yayınlamıştır; bunların göz ardı edilmesi kok birikmesine, sıvı kirliliğine, proses verimsizliğine ve ısıtıcı arızasına yol açar. Viskoz veya durgun ortamlar için koruyucu watt yoğunluklarını seçerek, kimyasal uyumluluğa uygun kılıf alaşımlarını seçerek, sürekli tam daldırma sağlayarak ve sıvı hareketini teşvik ederek, 440V kartuş ısıtıcıları daldırma hizmetinde güvenilir,-uzun ömürlü performans sunar. Kurallar kalıp ısıtmadan farklıdır, ancak bunlara uyulduğunda daldırma uygulamaları, iyi bir ısıtıcıyı maliyetli bir arızaya dönüştüren sessiz koklaşma tehdidi olmadan, kuru kurulumların sahip olduğu -yıllarca süren güvenilirliğin aynısını elde edebilir.
