O problema da flacidez
Um tubo trocador de calor horizontal de PTFE apoiado apenas nas extremidades cede sob seu próprio peso. A curvatura não é apenas a deflexão elástica inicial-ela cresce com o tempo à medida que o PTFE se arrasta sob a tensão de flexão sustentada. O tubo continua a ceder durante toda a vida útil do equipamento.
A flacidez excessiva cria vários problemas. O tubo flácido reduz a inclinação de drenagem do condensado, causando acúmulo de condensado e a perda de transferência de calor associada. O tubo flácido pode entrar em contato com os tubos abaixo dele, restringindo o fluxo do processo. A flecha aumenta a tensão de flexão nos pontos de apoio, acelerando ainda mais a fluência. A flecha deve ser controlada pelo espaçamento entre apoios.
O cálculo da deflexão de fluência
A deflexão elástica de uma viga simplesmente apoiada sob seu próprio peso é: δ=5 × w × L⁴ / (384 × E × I), onde w é o peso por unidade de comprimento, L é o comprimento do vão, E é o módulo de elasticidade e I é o momento de inércia da área.
Para PTFE, a deflexão por fluência é maior que a deflexão elástica. O multiplicador de fluência depende da temperatura, do nível de tensão e do tempo. Para uma vida útil de 10 anos a 80 graus, o multiplicador de fluência é de aproximadamente 2,5-3,5× a deflexão elástica.
Para um tubo de PTFE de parede de 10 mm de diâmetro x 1,0 mm (preenchido com vapor e condensado):
| Comprimento do vão (mm) | Deflexão Elástica (mm) | Deflexão de fluência aos 10 anos (mm) | Aceitável? |
|---|---|---|---|
| 500 | 0.4 | 1.2 | Sim (talude de drenagem preservado) |
| 750 | 2.0 | 6.0 | Marginal (inclinação reduzida) |
| 1,000 | 6.3 | 19 | Não (afundamento excessivo) |
| 1,500 | 32 | 96 | Catastrófico |
A recomendação de espaçamento de suporte
Para tubos trocadores de calor horizontais de PTFE, o espaçamento do suporte deve limitar a deflexão de fluência de 10 anos a menos de 5 mm. Para um tubo de diâmetro externo de 10 mm com parede de 1,0 mm a 80 graus, o comprimento máximo do vão é de 600-700 mm.
Para temperaturas mais altas-onde a taxa de fluência é mais rápida-a amplitude deve ser reduzida. A 120 graus, a extensão máxima é de 450-500 mm. A 150 graus, é 350-400 mm.
O espaçamento entre suportes é especificado como o número de placas de suporte por comprimento de tubo. Um tubo de 3-metros com vão de 500mm requer 5 suportes intermediários (6 vãos). O custo da placa de suporte é modesto e o benefício -queda controlada e drenagem estável é significativo.
A interação de drenagem de condensado
O tubo flácido possui inclinação de drenagem reduzida no meio do vão. A inclinação efetiva no meio-do vão é zero-o tubo é horizontal no ponto de deflexão máxima. Este nivelamento local pode causar acúmulo de condensado, o que aumenta ainda mais o peso no tubo, acelerando a fluência. O espaçamento entre apoios deve ser suficientemente próximo para que a curvatura não crie problemas de drenagem. O critério de deflexão máxima de 5 mm aborda esta preocupação.
Resumo
O número de pontos de suporte controla a deflexão de fluência dos tubos horizontais do trocador de calor de PTFE. Para um tubo com diâmetro externo de 10 mm a 80 graus, um espaçamento de suporte de 600-700 mm limita a deflexão de fluência de 10 anos a 5 mm. Temperaturas mais altas requerem espaçamentos mais próximos. O espaçamento entre suportes é um parâmetro de projeto crítico para estabilidade dimensional a longo prazo e confiabilidade na drenagem de condensado.
Suporte de engenharia para cálculo de espaçamento de suporte está disponível mediante envio de dimensões do tubo, temperatura operacional, vida útil necessária e limites de deflexão aceitáveis.
