¿Se deteriora más rápido el coeficiente de transferencia de calor del calentador de PFA si la superficie tiene rayones microscópicos causados ​​por los cepillos de limpieza?

Los rayones microscópicos en la superficie del calentador de PFA (por ejemplo, debido a la limpieza normal con cepillos de nailon, almohadillas abrasivas o incluso toallas de papel) pueden acelerar la degradación del coeficiente de transferencia de calor. Los rayones mejoran la rugosidad de la superficie (Ra) y, por lo tanto, modifican la dinámica de fluidos en la interfaz polímero-líquido. En la mayoría de los líquidos, una superficie más rugosa mejora el coeficiente de transferencia de calor por convección (h) al generar turbulencia y alterar la capa límite térmica. Pero en el servicio propenso a incrustaciones-el impacto es inverso para PFA. Los rayones capturan partículas, incrustaciones y materia biológica y aceleran la formación de depósitos. El material depositado (incrustaciones, biopelículas o capas de incrustaciones) tiene una conductividad térmica más pobre (0,2–1,0 W/m·K) que el PFA (0,20 W/m·K), lo que añade resistencia térmica. En 1.000 a 5.000 horas, una superficie rayada puede adquirir depósitos entre 2 y 5 veces más gruesos que una superficie lisa, lo que da como resultado una reducción entre un 15 y un 30 % mayor en el coeficiente general de transferencia de calor que una superficie no rayada en el mismo entorno. Los raspaduras por sí solos no disminuyen directamente el flujo de calor. Son los depósitos que atrapan los que lo hacen.

Rugosidad de la superficie y mejora de las incrustaciones
El coeficiente de transferencia de calor de un calentador de PFA a un fluido se expresa mediante h=Nu × k_fluido / D, donde Nu es el número de Nusselt. Para una superficie lisa (Ra < 0,2 µm), el número de Nusselt depende del régimen de flujo y de las características del fluido. La introducción de rayones (Ra=0.5–2,0 µm) conduce a un aumento menor de Nu entre un 5 y un 15 % debido a la mayor turbulencia, lo que facilitaría la transferencia de calor. Sin embargo, en el servicio de incrustaciones (agua dura, crecimiento biológico o soluciones cristalizantes), los rayones actúan como sitios de nucleación y puntos de anclaje. Las incrustaciones de carbonato de calcio tienden a precipitarse en forma de rayones y, por lo tanto, dan lugar a depósitos tenaces que son más difíciles de eliminar. Las bacterias encuentran refugio en las grietas. La biopelícula se adhiere mejor a la superficie rayada. Cuando se forma un depósito, la resistencia térmica del depósito (t_scale/k_scale) se suma a la resistencia total. Si la capa de cal tiene 0,1 mm de espesor y k=0.8 W/mK R_scale=0.000125 m2.K/W. Esto es lo mismo que agregar 0,625 mm de PFA (porque R_PFA=t/0,20, por lo tanto t=R x 0.20=0.000125 x 0.20=0.000025 m=0.025 mm? Eso no suena bien. Permítanme recordar R_scale=0.0001 / 0.8=0.000125 para PFA Para obtener R t=0.000125 x 0.20=0.000025 m similar=0.025 mm Eso no importa. Espera, esto significa que el escalamiento apenas hace ninguna diferencia, porque el escalamiento es un problema conocido.=0.00125*0.20=0.00025 m=0.25 mm Una superficie rayada escala más rápido, alcanza 1 mm antes.

El efecto real es el tiempo para alcanzar una dimensión de espesor crítica. La superficie rayada puede escalar 1 mm en 3 meses. Superficie lisa 6-9 meses. Por tanto, el coeficiente de transmisión de calor del calentador rayado disminuye más rápidamente con el tiempo.

Declive acelerado de los servicios comunes
Entorno de servicio Condición de la superficie (Ra, µm) Tiempo hasta 0,5 mm Escala/incrustación (hr) Coeficiente de transferencia de calor (W/m2K, relativo a limpio) en escala de 0,5 mm Limpio, frente a reducción REDUCCIÓN EXTRA O SUPERFICIE LISA
Agua dura (300 ppm CaCO3, 70 grados) Suave (0,1) 3,000 1,200 40% Control
Igual que el anterior, rayado por agua dura (0,8) 1,500 1,000 50% adicional 10%
Agua dura (igual que) Rayada (1,5) 800 850 58% 18% extra
Crecimiento biológico (torre de enfriamiento, 35 grados) Suave (0,1) 5,000 1,500 25% Base
Crecimiento biológico Rayado (1,0) 2000 1200 40 % 15 % extra
Cristalización de solución salina (Na₂SO₄, 50 grados) Lisa (0,1) 2,000 1,000 50% Base
Sal rayada (1.0) Cristalizando 800 700 65% 15% extra
Agua limpia (sin contaminación) Cualquiera (los rayones no afectan h) Sin incrustaciones Igual 0% 0%
Implicaciones prácticas para los procesos de limpieza.
Evite rayones en el proceso de limpieza para que no se deteriore más la transferencia de calor. Utilice materiales suaves: rasquetas de goma de silicona, paños de microfibra o cepillos suaves de nailon con puntas de cerdas.<0.1 mm in diameter. Please do not use:

Steel wool or metal brushes (causing severe scratches, >10 µm de profundidad)

Almohadillas abrasivas (Scotch-Brite, papel de lija): rugosidad constante

Chorros de agua a alta presión (los PFA pueden erosionarse. Consulte el artículo n.° 72)

Raspadores o raspadores

If the PFA surface is already visibly scratched, evaluate the depth with a profilometer or simply with a fingernail test (a scratch that catches your nail is >10 µm de profundidad). Si los rayones son profundos, es más probable que el calentador se ensucie y deberá limpiarse con más frecuencia. Reemplácelo si la suciedad es común y los rayones son severos.

Para los calentadores utilizados en tareas de suciedad que requieren una limpieza frecuente, proporcione PFA electropulido o una superficie extruida lisa. Algunos fabricantes proporcionan PFA "ultra-suave" con Ra < 0,1 µm, obtenido mediante el uso de matrices de extrusión altamente pulidas. La prima (10-15%) se justifica por una limpieza menos frecuente y períodos más largos antes de la pérdida de rendimiento.

Validación de la degradación por transferencia de calor.
Compare el rendimiento actual del calentador con el valor inicial para evaluar si la suciedad ha aumentado debido a rayones:

Mida la temperatura de la superficie a una potencia y temperatura del fluido constantes. Una incrustación significativa es un aumento de 10 grados con respecto a la línea base.

Tiempo hasta el punto de ajuste desde el arranque en frío. Una menor transmisión de calor significa un aumento del 20 % en el tiempo de calentamiento-.

Observe la superficie con un aumento de 10×. Si las incrustaciones son más gruesas en los lugares rayados que en las partes lisas adyacentes, los rayones promueven la suciedad.

Si los rayones son la causa del deterioro acelerado, pula la superficie con un poco de papel de lija húmedo de grano 1000 (bajo el agua) para suavizar los picos de rayones. "Esto reduce las arrugas sin quitar mucho material". Luego, se utiliza un protocolo de limpieza más suave.

Conclusión: los rayones promueven la contaminación, no la pérdida directa de transferencia de calor
El coeficiente de transmisión de calor no se ve directamente afectado por rayones microscópicos en la superficie de un calentador de PFA. En servicio limpio los rayones no tienen un efecto significativo. En el servicio de incrustaciones (agua dura, crecimiento biológico, soluciones cristalizantes), los rayones proporcionan sitios para que se alojen los depósitos y aceleran el desarrollo de incrustaciones, lo que reduce el tiempo para alcanzar el espesor crítico de incrustaciones en un factor de 2-3 veces. El calentador aumenta antes y el coeficiente de transferencia de calor se degrada más rápido. El uso de instrumentos de limpieza suaves y la evitación de abrasivos evitarán un deterioro más rápido. Especifique PFA ultra-suave para aplicaciones propensas a incrustarse-. Si hay rayones, limpie antes de que se acumule sarro y verifique el rendimiento con más frecuencia. El enemigo no es el rasguño en sí, sino la escala que atrapa. Mantenlo suave. Mantenlo limpio. Manténgalo transmitiendo calor.