Какав је потенцијал преноса топлоте заснованог на магнетној течности- за ПТФЕ измењиваче, елиминисање покретних делова?

Све циркулационе петље за пренос топлоте имају пумпу са својим механичким заптивкама, лежајевима, вратилима и хабајућим површинама које временом постају главобоља одржавања. Ови елементи су генерално први узрок цурења и контаминације у корозивним хемијским системима. Нова идеја предлаже потпуно другачији приступ: дозволите да сама течност реагује на магнетно поље и да се ослободите уобичајеног апарата за пумпање.

Ферофлуид – течност која садржи суспендоване магнетне наночестице – може да се прогура кроз ПТФЕ измењивач топлоте помоћу спољашњег ротирајућег магнетног поља. Ниједна радна кола не додирују течност. Систем не ломи заптивке. Нема покретних механичких делова који додирују процесни ток. Ово обезбеђује потпуно затворену термичку циркулацију која има одличну отпорност и на цурење и на корозију.

Технологија ПТФЕ измењивача топлоте са магнетним флуидом без покретних делова је веома експериментална, али потенцијално револуционарна путања у термичкој обради и управљању опасним флуидима.

Основе ферофлуида
Ферофлуид је стабилна колоидна суспензија магнетних честица наноразмера раширених у носећој течности.

Магнетне честице су обично:

Нано честице оксида гвожђа

Материјали на бази магнетита

Површински стабилизовани магнетни колоиди

Течност за носач може бити:

Вода

Уље, синтетичко

Флуорисани растварачи

Специјални диелектрични флуиди

Сурфактанти спречавају агломерацију и таложење, тако да наночестице остају да лебде.

Под утицајем магнетног поља течност се понаша као течност осетљива на магнет и ипак задржава својства течности.

Ово необично понашање омогућава спољним магнетним системима да контролишу кретање течности без икаквог механичког додира.

Како функционише магнетно пумпање течности?
Ферофлуид у предложеном систему ПТФЕ измењивача је у потпуности садржан у затвореној циркулационој петљи.

Спољашњи ротирајући магнетни склоп ствара покретно магнетно поље изван ПТФЕ цеви.

Ова магнетна конфигурација је упоредива са статором електромотора без четкица.

Магнетне силе делују на суспендоване наночестице у ферофлуиду када се магнетно поље ротира. Течност је подложна усмереном отпору. Почиње да циркулише кроз цеви измењивача.

Магнети унутар а могу изазвати окретање течности, без потребе за типичним радним колом или заптивком вратила.

Само унутрашњи зидови ПТФЕ цеви и компоненте кола флуида повезане са ПТФЕ цевима су квашене.

Зашто је ПТФЕ привлачан за ферофлуидне системе
Својства ПТФЕ-а подржавају неколико концепата циркулације магнетне течности.

они су:

Врхунска хемијска отпорност

Електрична изолација

Не-нереактивне површине

Отпорност на корозију

Ниска склоност загађивању

Не-неметалне, хемијски инертне особине ПТФЕ-а омогућавају потпуну изолацију непријатељских течности од спољашњих механичких система.

Ово отвара потенцијал за:

Херметичке термичке петље

Нема шансе за цурење

Смањена могућност контаминације

Минимални путеви корозије

Комбинација ПТФЕ затварања и магнетно вођене циркулације је посебно интересантно решење за веома опасне процесне услове.

Одлагање механичких заптивки и лежајева
Конвенционалне пумпе су и даље једна од компоненти система за хемијску обраду{0}}која су највише склона кваровима.

Уобичајени проблеми укључују:

Цурење заптивки

Хабање лежајева

Корозија осовине

Неуспех подмазивања

Оштећења од вибрација

Кавитација

Ови проблеми постају посебно значајни приликом руковања:

Отровне супстанце

Радиоактивне течности

Ултра{0}}чисти флуиди

корозивне киселине,

Високе{0}}специјалне течности

Циркулациона петља са потпуно магнетним погоном може заједно да уклони неколико ових начина квара.

Граница флуида је много једноставнија јер нема ротирајућег влажног хардвера.

Обећање херметички затворених термичких петљи
Једна од најатрактивнијих карактеристика технологије преноса топлоте магнетног флуида ПТФЕ измењивача без покретних делова је потенцијал потпуне херметичке изолације.

Пошто се циркулаторна сила примењује споља,

Нема ротирајућих осовина унутар контејнера

Нема потребе за динамичким заптивкама

Нема потребе за жлијездама за паковање

Ниједан спољни систем за подмазивање није у додиру са процесним флуидом

Ова архитектура представља веома јаку баријеру против цурења.

Ова карактеристика сама по себи може оправдати технологију чак и са ограничењима перформанси за токсичне течности.

Потенцијалне примене система без{0}}пропуштања
Циркулација магнетних течности је још увек у експерименталној фази, али би једног дана могла имати специјализовану индустријску употребу.

Управљање радиоактивним течностима
Нуклеарни и радиохемијски системи захтевају високу поузданост заштите.

„Ако бисте имали затворену петљу циркулације, био би мањи ризик од ослобађања животне средине.

Руковање екстремно токсичним хемикалијама
Може бити предност елиминисати уобичајене путеве квара заптивача у процесима који садрже опасне или изузетно реактивне супстанце.

Полупроводнички и системи високе чистоће
Смањена производња честица и ризик од контаминације у ултра-чистим апликацијама.

Свемирски и даљински системи
Такође постоји могућност коришћења смањене механичке сложености за системе који захтевају дуг радни век уз мало одржавања.

Проблеми са топлотним перформансама
Сам ферофлуид мора да остане термички функционалан и да и даље магнетно реагује.

То доводи до одређених инжењерских проблема.

Избор носеће течности
Течност носача треба да обезбеди:

Довољан топлотни капацитет

Хемијска компатибилност

Стабилност вискозитета

Дуготрајна{0}} суспензија наночестица

Ферофлуид такође мора бити хемијски компатибилан са ПТФЕ цевима и свим термичким контактима на страни процеса.

Стабилност наночестица
Током дугих периода рада, агломерација или седиментација честица може да се смањи:

Магнетни одговор

Ефикасност пумпе

Конзистентност преноса топлоте

Стабилност колоидног понашања је и даље важна област проучавања.

Постојећа техничка ограничења
Овај систем је елегантног концепта, али данас има велике инжењерске потешкоће.

Ограничена способност протока и притиска 2.
Магнетне силе су и даље прилично благе у поређењу са обичним механичким пумпама.

Дакле, тренутни системи су углавном ограничени на:

Ниске брзине протока

Рад на ниском притиску

Цев малог пречника

Компактне петље циркулације.

Дужности великих индустријских измењивача топлоте су још увек ван савремених могућности.

Губици од магнетне спреге
Пренос магнетне силе опада веома брзо са растојањем.

Ефикасност спајања је значајно смањена због:

Дебљина зида ПТФЕ цеви

Рупе за ваздух

Инфраструктура за подршку

Немагнетни одстојни материјали

Ово ограничава практичну силу која се може користити за кретање течности.

Изазови енергетске ефикасности
Трошкови електричне енергије за генерисање вртећих магнетних поља.

Укупна ефикасност система у великој мери зависи од:

Константа магнетне спреге

Вискозност ферофлуида

Геометрија кола

Цурење топлоте

У овом тренутку, традиционалне пумпе су генерално енергетски ефикасније за већину индустријских потреба протока.

Проблеми са компатибилношћу материјала
Хемија ферофлуида мора бити компатибилна са:

ПТФЕ цеви

Течни носач

Стабилизатори за наночестице

Радно окружење (термално)

Свака нестабилност колоидне суспензије може дугорочно погоршати перформансе.

Зашто технологија остаје релевантна
Истраживање је и даље веома важно, иако тренутно постоје ограничења, јер је неким апликацијама потребна поузданост задржавања, а не ефикасност.

Механичке заптивке могу дати безбедносне предности за системе који рукују веома опасним течностима које се не могу постићи конвенционалним пумпама.

У неким случајевима, корист од мањег одржавања и спречавања цурења може бити важнија од смањене снаге пумпе.

Технологија је такође у складу са већим индустријским трендовима да:

Поједностављене архитектуре опреме

Само{0}}системи за вожњу

Уштеде на одржавању

Модули блиског процеса

Продужена употреба

Смернице за будућа истраживања
Концепти пумпања магнетног флуида се још увек унапређују у неколико актуелних истраживачких поља.

То укључује;

Јаче конфигурације магнетног поља

Напредна стабилност наночестица

Оптимизовани распореди ПТФЕ цеви

Хибридни магнетохидродинамички системи

Магнетоелектронски погон мале снаге-

Са све већим значајем индустријских система са ултра-ниским-одржавањем, интересовање за циркулационе технологије без покретних делова ће сигурно наставити да се развија.

Закључак
Технологија преноса топлоте са магнетним флуидом ПТФЕ без покретних делова пружа футуристички концепт за потпуно заптивене системе топлотне циркулације које покрећу само спољна магнетна поља. Ови уређаји би могли да обезбеде поузданост изолације без преседана за опасне и{1}}течности високе чистоће кружењем ферофлуида кроз ПТФЕ измењиваче без радних кола, заптивки или унутрашњег покретног зупчаника.

Иако је постојећа технологија ограничена на релативно скромне апликације протока и притиска, сам појам је веома привлачан. Хемијски инертне ПТФЕ цеви и течности које реагују на магнет омогућавају стварање термалних петљи-отпорних на корозију-са драстично смањеним захтевима за одржавањем.

Магнетно пумпање течности је још увек нова и високо специјализована област, али је елегантан одговор на једно од најстаријих питања у индустријској преради: безбедно преношење штетних течности. Дакле, на крају, пумпа будућности можда уопште нема покретних делова.