A necessidade de distribuição de fluxo
Os processos de galvanoplastia e tratamento de superfície requerem fluxo controlado de eletrólitos através das superfícies da peça. A velocidade e a direção do fluxo afetam a taxa de deposição, a uniformidade da espessura e o acabamento superficial. Fluxo insuficiente causa esgotamento de íons na superfície da peça. O fluxo excessivo ou mal direcionado cria deposição não{3}}uniforme e pode desalojar depósitos pouco aderentes.
Tradicionalmente, a distribuição do fluxo é gerenciada por defletores, vertedores e bicos edutores separados instalados no tanque. O trocador de calor, se presente, é um ocupante passivo do tanque que pode interferir no padrão de fluxo pretendido. A integração da função defletora na estrutura do trocador de calor transforma o trocador de uma obstrução de fluxo em uma ferramenta de gerenciamento de fluxo. Ele direciona o fluxo de eletrólito para onde for necessário-nas superfícies da peça-enquanto aquece simultaneamente a solução.
O design integrado do-exchanger Baffle
O feixe de tubos do trocador de calor de PTFE é disposto em planos verticais que servem como defletores parciais. Os planos são orientados perpendicularmente à direção de fluxo desejada. O espaçamento entre os tubos dentro de cada plano e entre planos adjacentes determina a resistência ao fluxo e a distribuição de velocidade resultante.
Placas defletoras de PTFE sólidas são intercaladas entre os planos dos tubos. As placas defletoras forçam o eletrólito a fluir através dos planos do tubo, e não ao redor deles. À medida que o eletrólito passa entre os tubos aquecidos, ele é aquecido uniformemente. O fluxo emerge do trocador a uma velocidade e temperatura controladas, direcionado para as superfícies da peça.
As placas defletoras são fabricadas em folha sólida de PTFE, com fendas para acomodar os tubos. As placas são montadas na estrutura de suporte do trocador e podem ser reposicionadas para ajustar o padrão de fluxo. Para tanques com requisitos de produção variáveis, a configuração do defletor pode ser modificada durante uma parada de manutenção sem substituir todo o trocador.
| Parâmetro do trocador-defletor | Especificação |
|---|---|
| Orientação do plano do tubo | Vertical, perpendicular à direção de fluxo desejada |
| Espaçamento entre tubos dentro do plano | 1,5-2,5 × diâmetro externo do tubo |
| Espaçamento-a{1}}de plano | 50-200mm (dependendo da velocidade do fluxo) |
| Material da placa defletora | Folha sólida de PTFE, 6-10 mm de espessura |
| Folga da ranhura da placa defletora | 0,5 mm de diâmetro no diâmetro externo do tubo |
| Faixa de velocidade de fluxo | 0,1-0,5 m/s através de planos de tubo |
| Queda de pressão no trocador | 50-500 Pa (dependente da velocidade) |
| Uniformidade de aquecimento | ±1 grau na face de descarga |
As opções de padrão de fluxo
Vários padrões de fluxo são obtidos configurando os planos dos tubos e as placas defletoras. Para um padrão de fluxo-cruzado, o eletrólito entra por um lado do trocador, passa horizontalmente por vários planos de tubo e sai pelo lado oposto. Este padrão é adequado para tanques onde as peças são suspensas paralelamente à face do trocador.
Para um padrão de fluxo-ascendente, o eletrólito entra por baixo do trocador, sobe verticalmente através dos planos do tubo e descarrega para cima em direção às peças suspensas acima do trocador. Esse padrão usa convecção natural para auxiliar o fluxo bombeado e é eficiente-em termos de energia.
Para um padrão serpentino, as placas defletoras são dispostas para criar um caminho de fluxo dobrado que passa várias vezes através do feixe de tubos. O caminho em serpentina aumenta o tempo de residência do eletrólito na zona aquecida, proporcionando maior aumento de temperatura por passagem. Este padrão é adequado para processos que requerem um grande aumento de temperatura em uma única passagem.
A verificação de desempenho-de fluxo térmico
O desempenho combinado de aquecimento e distribuição de fluxo é verificado por análise computacional de dinâmica de fluidos durante a fase de projeto. O modelo CFD simula o fluxo do eletrólito através dos planos dos tubos e placas defletoras, prevendo a distribuição de velocidade e temperatura na face de descarga do trocador. O modelo é validado por medições-in-situ durante o comissionamento: medições de velocidade usando uma hélice ou medidor de fluxo eletromagnético e medições de temperatura usando um conjunto de termopares na face de descarga.
O projeto validado garante que as peças recebam eletrólito na velocidade e temperatura especificadas, com uniformidade que atende aos requisitos do processo. O trocador-de defletor integrado elimina os comprometimentos de desempenho de componentes separados de aquecimento e distribuição de fluxo.
Resumo
Os trocadores de calor de PTFE com defletores integrados combinam o aquecimento e a direção do fluxo de eletrólito em um único conjunto. Planos de tubos verticais com placas defletoras de PTFE sólido criam padrões de fluxo controlados -fluxo cruzado-, fluxo ascendente-ou serpentina-que fornecem eletrólito aquecido às superfícies da peça na velocidade e temperatura exigidas. O design integrado elimina a interferência entre aquecedores separados e componentes de distribuição de fluxo, melhorando o desempenho térmico e hidráulico.
O suporte de engenharia para projetos de trocadores-de defletores integrados está disponível mediante envio de dimensões do tanque, orientação da peça de trabalho, velocidade e direção de fluxo necessárias, serviço de aquecimento e propriedades do eletrólito.
