Le calcul du passage du tube
Une ligne de cuivre autocatalytique PCB fonctionne à 38-42 degrés avec une tolérance de température serrée. L'échangeur thermique en PTFE doit fournir 35 kW de puissance de chauffage en utilisant 2 barg de vapeur. L'espace disponible dans le réservoir peut accueillir une empreinte de bobine de 1,2 mètre sur 0,8 mètre. La question de conception : combien de tubes traversent cette empreinte pour atteindre le transfert de chaleur requis ?
Les passages de métro déterminent deux choses. Un plus grand nombre de passages augmente la longueur totale du tube et la surface au sein de l'empreinte fixe. Mais un plus grand nombre de passages augmente également la perte de charge côté vapeur- et complique l'évacuation des condensats. Le nombre de passages optimal assure le transfert de chaleur requis sans dépasser le budget de pression de vapeur ni créer de problèmes de drainage.
La méthode de calcul
Le calcul s'effectue par étapes, depuis le service thermique jusqu'au nombre de passes.
La surface requise vient en premier. Avec une puissance de 35 kW, de la vapeur à 133 degrés, un bain à 40 degrés, une LMTD d'environ 85 degrés et une valeur U-de 280 W/m²·K pour le PTFE à paroi mince-, la surface requise est de 35 000 / (280 × 85)=1.47 m².
La longueur du tube dépend de la surface et du diamètre du tube. En utilisant un tube de 8 mm de diamètre extérieur, chaque mètre linéaire fournit 0,0251 m² de surface. La longueur totale requise est de 1,47 / 0.0251=58.6 mètres.
Le nombre de passes divise la longueur totale par la longueur de chaque passe. L'empreinte disponible de 1,2 m permet des passages d'une longueur active d'environ 1,1 m. Chaque passage fournit 1,1 m de longueur de tube. Pass requis : 58,6 / 1.1=53.3, arrondi à 54 passes.
Tableau 1 : Calcul du passage du tube pour un chauffe-bain en cuivre autocatalytique de 35 kW
| Paramètre | Valeur | Unité |
|---|---|---|
| Service de chaleur | 35 | kW |
| Température de la vapeur (2 barg) | 133 | degré |
| Température du bain | 40 | degré |
| DMTD | 85 | degré |
| Valeur U-de conception | 280 | W/m²·K |
| Surface requise | 1.47 | m² |
| Diamètre extérieur du tube | 8 | mm |
| Superficie par mètre linéaire | 0.0251 | m²/m |
| Longueur totale du tube | 58.6 | m |
| Longueur de passe disponible | 1.1 | m |
| Nombre de passes calculé | 54 | passe |
| Nombre de passes recommandé (avec une marge de 10 %) | 60 | passe |
Configuration dans l'empreinte
Soixante passes dans un espace de 1,2 m × 0,8 m nécessitent d'organiser les tubes en rangées et en colonnes. Avec des tubes espacés de 25 mm au centre pour permettre l'écoulement de la solution entre eux, une largeur de 0,8 m peut accueillir 32 tubes par rangée. Soixante passages disposés en 2 rangées de 30 tubes s'insèrent dans l'empreinte au sol.
Les deux lignes peuvent être empilées verticalement sous la forme d'une grille à deux -niveaux. La vapeur entre dans un collecteur de distribution, circule à travers 30 tubes parallèles dans la rangée supérieure, revient à travers 30 tubes dans la rangée inférieure et est collectée dans un collecteur de condensats. Ce flux de vapeur à passage unique avec des circuits de tubes parallèles minimise la chute de pression tout en atteignant la longueur totale requise.
Contraintes spécifiques au cuivre chimique
Les bains de cuivre autocatalytiques présentent des contraintes de conception de chauffage uniques au-delà des calculs thermiques. Le bain est thermodynamiquement instable. Une température excessive des parois déclenche un dépôt spontané de cuivre sur la surface du radiateur-le même problème de plaque-qui détruit les radiateurs métalliques.
Le PTFE élimine le placage catalytique, mais la température des parois compte toujours. À des températures de vapeur supérieures à 140 degrés, une décomposition localisée du bain près de la paroi du tube devient possible même sans effets de surface catalytiques. La vapeur de 2 barg sélectionnée fournit une température de saturation de 133 degrés, maintenant la température des parois en toute sécurité en dessous du seuil de décomposition.
Le nombre de passes affecte cette marge de sécurité. Trop peu de passes augmentent la vitesse de la vapeur et la chute de pression mais ne modifient pas la température des parois. Un trop grand nombre de passages réduit le débit de vapeur des tubes individuels, ce qui peut provoquer une évacuation inégale des condensats et des points froids. La configuration calculée à 60 passages assure une distribution équilibrée du débit.
Drainage des condensats dans les conceptions à-passes multiples
Plusieurs passages de tubes nécessitent une évacuation adéquate des condensats de chaque passage. Le condensat piégé réduit la zone de transfert de chaleur efficace et crée un risque de coup de bélier. Chaque passage doit avoir une pente descendante vers le collecteur de collecte des condensats.
Pour la configuration à 60 -deux niveaux-passes, la ligne inférieure s'écoule naturellement vers l'en-tête. La rangée supérieure nécessite une légère pente intégrée à la structure de support. Des purgeurs de vapeur dimensionnés pour la charge totale de condensats à pleine puissance complètent la conception du drainage. Les purgeurs à flotteur-et-thermostatiques sont préférés pour moduler les charges de condensats typiques des bains autocatalytiques à température contrôlée.
Résumé
Le calcul des passages des tubes d'échangeur de chaleur en PTFE pour les bains de cuivre autocatalytiques passe du besoin thermique à la surface, en passant par la longueur du tube et le nombre de passages. L'exemple de 35 kW produit 60 passages de tubes de 8 mm de diamètre extérieur disposés dans une grille à deux -niveaux dans une empreinte au sol de 1,2 m × 0,8 m.
La chimie du cuivre chimique ajoute des contraintes de température aux parois qui influencent la sélection de la pression de vapeur. Le matériau PTFE élimine le risque d'absence de plaque catalytique-. Une conception appropriée de drainage des condensats garantit que chaque passage contribue pleinement au transfert de chaleur.
L'analyse technique du dimensionnement de l'échangeur de chaleur en PTFE de ligne de cuivre autocatalytique PCB est disponible sur soumission du volume du bain, de la température de fonctionnement, du temps de chauffage- requis, de la pression de vapeur disponible, des dimensions du réservoir et des données actuelles sur les performances du réchauffeur.
