Како употреба уплетених уметака траке направљених од проводног материјала (нпр. метала) утиче на перформансе у односу на ПТФЕ уметке?

То је једноставна ПТФЕ трака која промовише пренос топлоте вртложним током. Метална трака ради исто, али такође преноси топлоту са зида цеви у себе, радећи у суштини као унутрашње перо. Ово доводи до конвективног побољшања у односу на проводљиво.

Два механизма уметања уврнуте траке
Сваки уврнути уметак траке у било ком материјалу ствара спирални канал протока унутар цеви. Генерисани вртлог производи центрифугалне силе које потискују течност према зиду цеви што доводи до стањивања топлотног граничног слоја и повећања коефицијента конвективног преноса топлоте. Сам овај вртложни механизам може повећати Нуселтов број за 100-150% у односу на празну цев у зависности од односа нагиба.

Додатни ефекат пераја је присутан ако је сама трака топлотно проводљив материјал (нпр. нерђајући челик, Хастеллои, титанијум, легуре бакра). Трака је у директном контакту са зидом цеви (обично пријања уз опругу или благе сметње). топлота тече у траку са врелог зида и комплетно тело траке се загрева. Трака затим испоручује ускладиштену енергију флуиду који пролази са обе широке површине. Ово попречном пресеку цеви- даје додатну површину за пренос топлоте, као неку врсту унутрашњег уздужног ребра.

Перформансе проводне и непроводне траке
Увијена трака од не-материјала као што је ПТФЕ или ПФА може да обезбеди само побољшање конвективног вртлога. ПТФЕ има веома лошу топлотну проводљивост (приближно . 0.25 В/мК) тако да једва да постоји пренос топлоте са зида на траку. Трака остаје на приближно локалној температури течности и не доприноси удару пераја.

С друге стране, метална уврнута трака може имати топлотну проводљивост за ред величине веће. Нерђајући челик (~15 В/м·К), Хастеллои (~10 В/м·К) или бакар (~400 В/м·К). Са добрим топлотним контактом који се одржава између траке и зида цеви, предност проводљивости у великој мери повећава укупни пренос топлоте. У распореду ПТФЕ цеви са уметком од проводљиве упредене траке, ефекат вртлога плус ребра обично обезбеђује додатно повећање преноса топлоте од 20-30% у односу на непроводну траку под истим околностима протока.

За ПТФЕ упредену траку, Нуселтов број се повећава за 120% (2,2 пута више од вредности у празној цеви), али добро-добро дизајнирана метална трака исте геометрије може да га повећа за 150-170% (2,5-2,7 пута). Стварни добитак зависи од дебљине траке, проводљивости топлотног контакта и карактеристика флуида. Предност проводљивости је највећа када је коефицијент филма на зиду цеви већ велики, тако да ефекат пераја није ограничен отпором интерфејса зид-трака.

Закључак: Добар термички контакт
Метална трака треба да буде у интимном термичком контакту са унутрашњим зидом ПТФЕ цеви да би се постигао ефекат пераја. Ово се обично ради тако што се ширина траке учини мало већом од унутрашњег пречника цеви тако да се уметне са опругом. Интринзична флексибилност металне траке (или скромно превелико окретање) гура ивице траке на зид цеви. Међутим, сувише{3}}тесно приањање може оштетити ПТФЕ цев или онемогућити уметање. Превише лабави спој ствара ваздушни зазор, који је добар топлотни изолатор и негира ефекат пераја.

У пракси, металне уврнуте траке за ПТФЕ цеви се обично производе са ширином од 0,95 до 1,00 ИД цеви, користећи спирални облик да би се обезбедили тачкасти контакти, а не пуни контакт. Стварна контактна површина је ограничена, а ефикасност пераја је смањена. Али чак и када је контакт само делимичан, проводљивост се мало повећава, пошто трака преузима топлоту на местима контакта и носи је дуж своје дужине. Софистициранији дизајни користе дебљу траку или пресавијену ивицу да би се побољшала површина контакта.

Ризик од корозије и контаминације
Један од главних ризика за контролу је галванска корозија и контаминација метала. Чак и када је сама метална трака одабрана за компатибилност са процесном течношћу (нпр. Хастеллои Ц-276 за агресивне хлориде или титанијум за оксидационе киселине), увођење металне компоненте унутар ПТФЕ цеви представља два потенцијална сценарија квара.

Прво, ако процесна течност кородира метал на радној температури, трака ће полако кородирати. Производи корозије (јони метала или честице) могу продрети у течност и контаминирати производ. Ово је неприкладно у фармацеутским, прехрамбеним или ултра{2}}чистим хемијским апликацијама. Цела поента ПТФЕ цеви је обично избегавање контакта са металом. Употреба металне траке је против те сврхе.

Друго, чак и ако је трака сама по себи отпорна на корозију, галвански пар се и даље може створити ако је било која друга метална компонента присутна у систему (нпр. лим од металне цеви, радно коло пумпе или низводни вентил). Све док не додирује спољашње металне предмете, трака је електрично изолована од њих - ПТФЕ цев је електрични изолатор. Међутим, ако трака дође у контакт са металним крајњим прикључком, или ако је употребљена течност електрично проводљива (нпр. водени електролит), галванско коло се може конструисати кроз течност. Племенитији метал (нпр. титанијум) може да подстакне корозију мање племенитог (нпр. угљенични челик) негде другде у систему.

Када користити метал у односу на ПТФЕ уврнуту траку
У зависности од приоритета апликације, избор је између проводне металне траке или не{0}}непроводне ПТФЕ траке.

Када користити металну уврнуту траку:

Процесна течност није-корозивна за одабрани метал (нпр. дејонизована вода, благи органски растварачи, неутрални раствори соли).

Потребан је максимални пренос топлоте по јединици дужине, снага пумпања је већ ограничена.

Компатибилност са течношћу је дозвољена и контаминација производа није проблем (нпр. индустријска хемија која није-фармацеутска).

Добар топлотни контакт је могућ без оштећења ПТФЕ цеви.

Изаберите ПТФЕ или ПФА уврнуту траку за:

Процесна течност је веома корозивна (јаке киселине, алкалије, халогени, оксиданти).

Избегавање контаминације јонима метала (синтеза фармацеутских АПИ, хлађење полупроводника, прерада хране).

Радна температура је изнад границе корозије доступних легура, али испод 110 степени (ПТФЕ) или 260 степени (ПФА).

Једноставност и доказана хемијска инертност надмашују побољшање перформанси металне траке за 20-30%.

За екстремно корозивне услуге, упркос губитку ефекта пераја, ПТФЕ или ПФА траке се користе јер се о поузданости и чистоћи које пружају не може преговарати-.

Проводне и не{0}}Резиме перформанси проводних трака
Параметар ПТФЕ (не-кондуктивна) трака Метална (проводљива) трака
Механизам преноса топлотеСамо вртлог Свирл + удар пераја
Типично повећање Ну (преко празне епрувете) 100‑150% 130‑180%
Додатни добитак од проводљивости - +20-30 % у односу на ПТФЕ траку
Захтеви за термички контакт Није применљиво (без удара пераја) Критична - опруга је неопходна
Ризик од корозије Нема (инертан за све хемикалије до 110 степени) Зависи од течности{1}}компатибилности метала
Ризик од контаминације метала Није могуће (корозија или хабање)
Максимална температура 110 степени (ПТФЕ); 260 степени (ПФА) Зависно од легуре (нпр. нерђајући 400 степени)
Цена умерена (екструдирани ПТФЕ) Виша (метал обрађен или жигосан)
Радни пример: Загревање водене неутралне струје
Претпоставимо да се ПТФЕ измењивач топлоте користи за загревање неутралне струје без хлорида{0}}од 20 степени до 60 степени. Сам вртлог би побољшао пренос топлоте са уметком од ПТФЕ уплетене траке. Ефекат пераја се може увести заменом уврнуте траке од нерђајућег челика 316, која је прикладно постављена да стане на зид цеви. Укупни коефицијент преноса топлоте може се повећати са 150 В/м²·К на 190 В/м²·К (27%). Течност није-корозивна за нерђајући челик на 60 степени и не изазива значајно испирање метала. Повећање перформанси омогућава смањен измењивач топлоте или нижи проток за исти рад.

У истој примени, али са благо киселим раствором соли (пХ 4, 1000 ппм хлорида) нерђајући челик 316 би био подложан корозији. Цена би била веома висока, захтевала би траку Хастеллои Ц-276. Друга опција је да идете са јефтинијим перформансама ПТФЕ траке која у потпуности избегава проблем корозије.

Резиме
Применом металних уврнутих трака на пластичне траке, може се постићи ефекат проводне пераје, што може побољшати перформансе преноса топлоте за око 20-30%. Међутим, ова корист се остварује само ако се одржава добар топлотни контакт са зидом цеви и што је још важније ако је метал потпуно компатибилан са процесним флуидом. За деликатне операције као што су фармацеутска синтеза или хемијска обрада високе чистоће, корист од топлоте је затамњена било којим ризиком од корозије или контаминације металом. Избор материјала за уређаје за побољшање треба да буде пажљив као и за сам измењивач; за многе услуге које су осетљиве на корозивност или чистоћу, инертност ПТФЕ или ПФА траке остаје супериоран избор упркос одсуству ефекта пераја.