Une usine chimique spécialisée a signalé un symptôme inhabituel : un thermoplongeur en PTFE dans une solution de polymère visqueux émettait un crépitement ou un craquement aigu pendant la première heure de chauffage-chaque matin. Le bruit s'est arrêté une fois que le bain a atteint le point de consigne. Le radiateur n’était visiblement pas endommagé et la consommation de courant était normale. Mais le bruit était un signe d'avertissement-une ébullition localisée se produisait à la surface du radiateur pendant la phase de chauffage-.
Le bruit de vapeur pendant le chauffage-est un symptôme d'un film bouillant à la surface du PTFE. La température de la surface du radiateur est suffisamment élevée pour vaporiser le fluide en contact avec lui, mais la vapeur ne peut pas s'échapper rapidement car le fluide est visqueux. Les bulles de vapeur s'effondrent violemment lorsqu'elles se détachent, créant un bruit sec.
Pourquoi les bains visqueux produisent du bruit de vapeur
Dans un fluide à faible-viscosité comme l'eau, les bulles de vapeur se détachent facilement et remontent à la surface. Ils s’effondrent silencieusement dans le fluide en vrac plus froid. Le processus est fluide et aucun bruit n’est généré.
Dans un fluide visqueux, la couche limite à la surface du réchauffeur est épaisse. Les bulles de vapeur qui se forment à la surface ne peuvent pas se détacher facilement car le fluide visqueux résiste à leur mouvement. Les bulles grossissent avant de se libérer. Lorsqu'ils se détachent enfin, ils s'effondrent rapidement et l'effondrement génère une onde de pression qui se fait entendre sous la forme d'un bruit sec ou crépitant.
| Viscosité du fluide | Détachement de bulles | Taille des bulles au détachement | Effondrement de l'énergie | Niveau de bruit |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Facile | Petit | Faible | Aucun |
| 10 à 100 mPa·s | Modéré | Modéré | Modéré | S'évanouir |
| 100 à 1 000 mPa·s | Difficile | Grand | Haut | Audible |
| >1 000 mPa·s | Très difficile | Très grand | Très élevé | Fort |
Viscosité et son effet sur le détachement des bulles et la génération de bruit
Pourquoi le réchauffement-est la phase la plus vulnérable
Pendant le chauffage-, le chauffage fonctionne à pleine puissance. La température de surface est plus élevée qu'elle ne l'est en fonctionnement stable-car le fluide en vrac est plus froid et la différence de température entre le réchauffeur et le fluide est plus grande. La température de surface plus élevée augmente le taux de formation de vapeur.
Le fluide est également plus visqueux lors du chauffage-. La viscosité de la plupart des fluides diminue à mesure que la température augmente. Une solution de polymère qui est de 15 000 mPa.s à 25 degrés peut être de 5 000 mPa.s à 60 degrés. Pendant le chauffage-, le fluide à proximité du réchauffeur est plus froid et plus visqueux qu'il ne l'est au point de consigne. Le fluide visqueux emprisonne les bulles de vapeur et le bruit est plus fort.
Pourquoi le bruit de la vapeur est important
Le bruit de la vapeur n’est pas seulement une nuisance. Cela indique qu’une ébullition localisée se produit à la surface du radiateur. L'ébullition crée une couverture de vapeur qui isole la surface. La température de surface augmente et le PTFE se dégrade plus rapidement que dans des conditions de fonctionnement normales.
L'effondrement répété des bulles de vapeur crée également des contraintes mécaniques sur le PTFE. Les ondes de pression générées par les effondrements frappent la surface du polymère. Au fil du temps, la contrainte peut provoquer des fissures de fatigue et des cloques.
Prévenir le bruit de la vapeur dans les bains visqueux
La prévention la plus efficace consiste à réduire la température de la surface du réchauffeur en dessous du point d’ébullition du fluide. Cela nécessite de réduire la densité en watts et d’améliorer le débit à la surface du radiateur.
Une densité de watts inférieure-0,5 à 0,8 W/cm² réduit la température de surface de 15 à 25 degrés par rapport à 1,0 à 1,2 W/cm². La température plus basse maintient la surface en dessous du point d'ébullition dans la plupart des fluides visqueux.
Un débit amélioré à la surface du réchauffeur-à partir d'un éjecteur, d'une pompe de recirculation ou d'un agitateur mécanique-réduit l'épaisseur de la couche limite et abaisse la température de surface. Une vitesse locale de 0,3 à 0,5 m/s est suffisante pour éviter le bruit de vapeur dans la plupart des fluides visqueux.
| Mesure de prévention | Effet sur la température de surface | Mise en œuvre |
|---|---|---|
| Densité de puissance inférieure, 0,5 à 0,8 W/cm² | 15 à 25 degrés plus bas | Conception du chauffage |
| Éducteur au radiateur | 20 à 30 degrés plus bas | Petite pompe ou air comprimé |
| Boucle de recirculation | 25 à 35 degrés plus bas | Pompe et tuyauterie |
| Agitation mécanique | 15 à 25 degrés plus bas | Agitateur ou agitateur |
Mesures de prévention contre le bruit de la vapeur dans les bains visqueux
Quand le bruit de la vapeur indique un problème de conception
Un réchauffeur qui émet un bruit de vapeur malgré une faible densité de watts et un débit amélioré indique que la conception du réchauffeur n'est pas adaptée au fluide visqueux. Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec une très faible densité de watts, une grande surface et une position optimisée en termes de débit-résout la cause profonde de l'ébullition localisée. Le processus de spécification nécessite la viscosité du fluide à la température de fonctionnement, le point d'ébullition, la position du réchauffeur, les conditions d'écoulement et la puissance requise. Pour les installations utilisant des fluides de traitement visqueux, cette approche spécifique à l'application- réduit le bruit de la vapeur et prolonge la durée de vie du réchauffeur.
