O dilema da liquidação
Um tubo de PTFE em uma bobina de imersão-aquecida a vapor se expande aproximadamente 1,6 mm por metro de comprimento quando aquecido de 25 graus a 140 graus . Se o tubo estiver firmemente preso num orifício da placa de suporte, esta expansão será bloqueada. O tubo curva-se entre os suportes. Se o furo estiver muito frouxo, o tubo chacoalha sob a vibração-induzida pela agitação, e o atrito resultante desgasta a parede do tubo no ponto de contato do suporte.
O diâmetro do furo da placa de suporte em relação ao diâmetro externo do tubo é um parâmetro de projeto aparentemente simples, com consequências mecânicas complexas. Muito apertado e o estresse térmico se acumula. Muito solto e o desgaste vibracional acelera. A folga ideal acomoda a expansão térmica desimpedida enquanto limita a amplitude do movimento induzido por vibração-.
Para trocadores de calor de PTFE, a folga ideal difere dos valores padrão usados para trocadores metálicos porque o PTFE possui maior coeficiente de expansão térmica e menor módulo de elasticidade. O que funciona para aço inoxidável ou titânio não funciona para fluoropolímeros.
O requisito de folga de expansão térmica
O diâmetro mínimo do furo deve exceder o diâmetro externo do tubo na temperatura máxima de operação. O tubo se expande radial e axialmente quando aquecido.
A expansão radial de um tubo de PTFE com diâmetro externo de 10 mm aquecido de 25 graus a 140 graus é de aproximadamente 0,14 mm. O diâmetro do furo deve ser pelo menos o diâmetro externo do tubo quente mais uma folga deslizante para evitar emperramento.
A folga deslizante leva em conta as tolerâncias de fabricação no diâmetro externo do tubo e no diâmetro interno do furo, além de qualquer desalinhamento entre as placas de suporte. Para PTFE, uma tolerância adicional aborda o maior coeficiente de expansão térmica do material em relação ao material da placa de suporte. Se a placa de suporte também for de PTFE, o furo se expande na mesma proporção que o tubo e a folga permanece constante. Se a placa de suporte for de PVDF ou metal com coeficiente de expansão diferente, a folga muda com a temperatura.
Tabela 1: Folgas recomendadas para furos na placa de suporte para tubos trocadores de calor de PTFE
| DE do tubo (mm) | Material da placa de suporte | Diâmetro de furo recomendado (mm) | Folga Diametral (mm) | Folga como % do diâmetro externo do tubo | Notas de aplicação |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | PTFE | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Padrão para banhos calmos ou levemente agitados |
| 10 | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Uso geral |
| 12 | PTFE | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Diâmetro maior; maior rigidez |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | O PVDF expande menos que o PTFE; a folga aumenta à temperatura |
| 10 | Metal (com manga PTFE) | 11,5-12,0 (ID da manga) | 1.5-2.0 | 15-20% | Suporte metálico; A luva de PTFE fornece superfície de-baixo atrito |
| 10 (serviço agitado) | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Mesma folga, mas espaçamento de suporte reduzido |
A troca do desgaste vibracional-desativada
Folgas menores permitem maior movimento do tubo dentro do furo de suporte. Sob vibração-induzida por agitação, o tubo oscila e entra em contato com a borda do furo a cada ciclo. O contato repetido desgasta o material do tubo e da placa de suporte-um processo chamado atrito.
A taxa de desgaste por atrito depende da força de contato, da amplitude de deslizamento e do par de materiais. O atrito com PTFE-sobre-PTFE é relativamente benigno porque ambas as superfícies são do mesmo material e o baixo coeficiente de atrito limita a tensão tangencial. No entanto, ao longo de anos de agitação contínua, mesmo o desgaste de PTFE-sobre-PTFE pode produzir um afinamento mensurável da parede em pontos de suporte.
A amplitude da vibração é controlada pelo vão não suportado entre as placas de suporte, e não pela folga do furo. Um espaçamento de suporte mais próximo reduz a amplitude de forma mais eficaz do que as folgas de aperto. A abordagem recomendada é manter a folga de expansão térmica e reduzir o espaçamento do suporte se a vibração for uma preocupação, em vez de aumentar a folga para limitar o movimento às custas da ligação térmica.
Inserções de manga para proteção contra desgaste
Para aplicações com vibração severa ou partículas abrasivas no banho, os furos da placa de suporte podem ser equipados com insertos de luva de PTFE substituíveis. A inserção fornece a mesma superfície-de baixo atrito que uma placa sólida de PTFE, mas pode ser substituída quando desgastada, protegendo o tubo do contato direto com a estrutura de suporte.
A inserção é projetada com um ajuste de interferência na placa de suporte e um ajuste de folga no tubo. A substituição durante a manutenção programada restaura a folga original sem substituir toda a placa de suporte ou os tubos do trocador de calor.
Resumo
A folga ideal do orifício da placa de suporte para tubos do trocador de calor de PTFE é de 0,8 a 1,0 mm de diâmetro para tubos com diâmetro externo de 8 a 10 mm em placas de suporte de PTFE. Isto proporciona folga adequada para expansão térmica desimpedida, ao mesmo tempo que limita a amplitude de vibração a níveis que produzem taxas de desgaste por atrito aceitáveis ao longo da vida útil do equipamento.
O desgaste por vibração é controlado de forma mais eficaz reduzindo o espaçamento entre suportes do que apertando as folgas abaixo do requisito de expansão térmica. Para condições de serviço severas, insertos de luva de PTFE substituíveis protegem a superfície do tubo contra desgaste por contato direto.
As recomendações de engenharia para o projeto da placa de suporte em aplicações específicas de trocadores de calor de PTFE estão disponíveis mediante envio das dimensões do tubo, faixa de temperatura operacional, tipo e intensidade de agitação e vida útil esperada do equipamento.
