מפעל כימי מיוחד דיווח על סימפטום יוצא דופן: מחמם טבילה PTFE בתמיסת פולימר צמיגה פלט צליל פצפוץ חד או קפיצה במהלך השעה הראשונה של החימום-בכל בוקר. הרעש נפסק ברגע שהאמבטיה הגיעה לנקודת הקבע. תנור החימום לא ניזוק בעליל, ורמת הזרם הייתה תקינה. אבל הרעש היה סימן אזהרה-התרחשה רתיחה מקומית במשטח המחמם במהלך-שלב החימום.
רעש קיטור במהלך חימום-הוא סימפטום של רתיחה של הסרט על פני השטח של PTFE. טמפרטורת פני החימום גבוהה מספיק כדי לאדות את הנוזל במגע איתו, אך האדים אינם יכולים לברוח במהירות מכיוון שהנוזל צמיג. בועות האדים קורסות באלימות כשהן מתנתקות, ויוצרות את הצליל הקופץ.
מדוע אמבטיות צמיגות מייצרות רעשי קיטור
בנוזל בעל צמיגות- נמוכה כמו מים, בועות אדים מתנתקות בקלות ועולות אל פני השטח. הם קורסים בשקט בנוזל התפזורת הקריר יותר. התהליך חלק, ולא נוצר רעש.
בנוזל צמיג, שכבת הגבול במשטח המחמם עבה. בועות אדים שנוצרות על פני השטח אינן יכולות להתנתק בקלות מכיוון שהנוזל הצמיג מתנגד לתנועתן. הבועות גדלות לפני שהן משתחררות. כשהם מתנתקים לבסוף, הם קורסים במהירות, וההתמוטטות מייצרת גל לחץ שנשמע כקול קופץ או פצפוץ.
| צמיגות נוזל | ניתוק בועות | גודל בועות בניתוק | קריסת אנרגיה | רמת רעש |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | קַל | קָטָן | נָמוּך | אַף לֹא אֶחָד |
| 10–100 mPa·s | לְמַתֵן | לְמַתֵן | לְמַתֵן | לְהִתְעַלֵף |
| 100–1,000 mPa·s | קָשֶׁה | גָדוֹל | גָבוֹהַ | נִשׁמָע |
| >1,000 mPa·s | קשה מאוד | גדול מאוד | גבוה מאוד | בְּקוֹל רָם |
צמיגות והשפעתה על ניתוק בועות ויצירת רעש
מדוע חימום-הוא השלב הפגיע ביותר
במהלך החימום-, המחמם פועל בעוצמה מלאה. טמפרטורת פני השטח גבוהה יותר ממה שהיא במהלך פעולת-מצב יציב מכיוון שהנוזל בתפזורת קריר יותר והפרש הטמפרטורה בין המחמם לנוזל גדול יותר. טמפרטורת פני השטח הגבוהה מגבירה את קצב היווצרות האדים.
הנוזל גם צמיג יותר במהלך החימום-. הצמיגות של רוב הנוזלים יורדת ככל שהטמפרטורה עולה. תמיסת פולימר שהיא 15,000 mPa·s ב-25 מעלות עשויה להיות 5,000 mPa·s ב-60 מעלות. במהלך החימום,{10}הנוזל ליד המחמם קריר וצמיג יותר מאשר בנקודת ההגדרה. הנוזל הצמיג לוכד את בועות האדים, והרעש חזק יותר.
מדוע רעש קיטור חשוב
רעש קיטור הוא לא רק מטרד. זה מציין שמתרחשת רתיחה מקומית על פני המחמם. הרתיחה יוצרת שמיכת אדים המבודדת את פני השטח. טמפרטורת פני השטח עולה, וה-PTFE מתכלה מהר יותר ממה שהיה בתנאי הפעלה רגילים.
קריסה חוזרת ונשנית של בועות אדים יוצרת גם לחץ מכני על ה-PTFE. גלי הלחץ מההתמוטטויות פוגעים במשטח הפולימר. לאורך זמן, הלחץ עלול לגרום לפיצוח עייפות ולשלפוחיות.
מניעת רעשי קיטור באמבטיות צמיגות
המניעה היעילה ביותר היא הפחתת טמפרטורת פני המחמם מתחת לנקודת הרתיחה של הנוזל. זה דורש הפחתת צפיפות הוואטים ושיפור הזרימה במשטח המחמם.
צפיפות וואט נמוכה יותר-0.5-0.8 W/cm²- מפחיתה את טמפרטורת פני השטח ב-15-25 מעלות בהשוואה ל-1.0-1.2 W/cm². הטמפרטורה הנמוכה שומרת על פני השטח מתחת לנקודת הרתיחה ברוב הנוזלים הצמיגים.
זרימה משופרת במשטח המחמם-ממשאבת, משאבת מחזור או מערבול מכני-מפחיתה את עובי שכבת הגבול ומפחיתה את טמפרטורת פני השטח. מספיקה מהירות מקומית של 0.3-0.5 מטר לשנייה כדי למנוע רעשי קיטור ברוב הנוזלים הצמיגים.
| אמצעי מניעה | השפעה על טמפרטורת פני השטח | יישום |
|---|---|---|
| צפיפות וואט נמוכה יותר, 0.5–0.8 W/cm² | 15-25 מעלות נמוך יותר | עיצוב תנור חימום |
| מחנך במחמם | 20-30 מעלות נמוך יותר | משאבה קטנה או אוויר דחוס |
| לולאת מחזור | 25-35 מעלות נמוך יותר | משאבה וצנרת |
| תסיסה מכנית | 15-25 מעלות נמוך יותר | מעבד או בוחש |
אמצעי מניעה לרעש אדים באמבטיות צמיגות
כאשר רעש קיטור מצביע על בעיית עיצוב
תנור חימום שפולט רעשי קיטור למרות צפיפות וואט נמוכה וזרימה משופרת מצביע על כך שעיצוב התנור אינו מתאים לנוזל הצמיג. תצורה מותאמת אישית של תנור טבילה PTFE עם צפיפות וואט נמוכה מאוד, שטח פנים גדול ומיקום מותאם- של זרימה מטפלת בגורם השורש של רתיחה מקומית. תהליך המפרט דורש את צמיגות הנוזל בטמפרטורת ההפעלה, את נקודת הרתיחה, את מיקום המחמם, את תנאי הזרימה ואת ההספק הנדרש. עבור מתקנים עם נוזלי תהליך צמיגיים, גישה ספציפית ליישום-מפחיתה רעשי קיטור ומאריכה את חיי השירות של המחמם.
