Voor een zuurbad van 3.000 liter had een chemische fabriek 12 kW verwarmingsvermogen nodig. De chemie en de temperatuur van het bad vereisten een wattdichtheid van niet meer dan 0,9 W/cm² om de temperatuur van de mantel binnen veilige grenzen te houden. De onderhoudsmanager van de fabriek vroeg zich af of een PTFE-dompelverwarmer bij die wattdichtheid 12 kW kon leveren zonder te groot te zijn voor de tank.
Het antwoord is ja, maar het vereist een ontwerpaanpak die afwijkt van de standaard verwarmingsselectie. Een lage wattdichtheid en een hoog kilowattvermogen zijn niet tegenstrijdig-ze vereisen eenvoudigweg meer oppervlakte. De uitdaging is om dat oppervlak in te passen in de beschikbare tankruimte.
De oppervlaktevereiste
De relatie tussen vermogen, oppervlakte en wattdichtheid is eenvoudig: A=P / WD. Voor 12 kW bij 0,9 W/cm² bedraagt het benodigde oppervlak 13.333 cm². Dat is een groot gebied-ongeveer zo groot als de voorruit van een kleine auto-en het moet worden verpakt in een verwarming die in de tank past.
Een standaard rechte PTFE-verwarmer met een manteldiameter van 50 mm levert ongeveer 157 cm² per 100 mm verwarmde lengte op. Om 13.333 cm² te bereiken zou de verwarmde lengte 8.500 mm – 8,5 meter moeten zijn. Dat past niet in een normale tank.
| Wattage | Wattdichtheid | Vereiste oppervlakte | Verwarmde lengte (50 mm) | Verwarmde lengte (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6 kW | 0,9 W/cm² | 6.667 cm² | 4.250 millimeter | 3.370 mm |
| 8 kW | 0,9 W/cm² | 8.889 cm² | 5.660 mm | 4.490 millimeter |
| 10 kW | 0,9 W/cm² | 11.111 cm² | 7.080 mm | 5.610 millimeter |
| 12 kW | 0,9 W/cm² | 13.333 cm² | 8.500 millimeter | 6.730 mm |
| 15 kW | 0,9 W/cm² | 16.667 cm² | 10.620 millimeter | 8.410 millimeter |
Vereisten voor oppervlakte en verwarmde lengte voor PTFE-verwarmers met een lage-watt-dichtheid en een hoog-vermogen
De Multi-Pass-oplossing
Het oppervlakteprobleem wordt opgelost door het verwarmde element in een configuratie met meerdere- passages te buigen. Een verwarmer met acht doorgangen van elk 1.000 mm biedt 8.000 mm verwarmde lengte in een voetafdruk van ongeveer 1.000 x 400 mm. Met een manteldiameter van 63 mm levert dat een oppervlakte van ongeveer 15.800 cm² op,-meer dan genoeg voor 12 kW bij 0,9 W/cm².
Het aantal passen en de paslengte worden bepaald door de beschikbare tankruimte. Een diepere tank maakt langere passages mogelijk, en minder. Een ondiepe tank vereist kortere doorgangen en meer.
| Aantal slagen | Paslengte | Totale verwarmde lengte | Voetafdruk (ongeveer) | Oppervlakte (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1.000 mm | 4.000 millimeter | 1.000 × 250 mm | 7.900 cm² |
| 6 | 1.000 mm | 6.000 millimeter | 1.000 × 380 mm | 11.900 cm² |
| 8 | 1.000 mm | 8.000 millimeter | 1.000 × 500 mm | 15.800 cm² |
| 10 | 800 mm | 8.000 millimeter | 800 × 500 mm | 15.800 cm² |
| 12 | 700 mm | 8.400 millimeter | 700 × 500 mm | 16.600 cm² |
Multi-configuraties voor PTFE-verwarmers met hoge-opbrengst en lage-watt-dichtheid
Overwegingen met betrekking tot stroming en afstand
Een meer-verwarmer met veel doorgangen brengt het risico van stromingsschaduw met zich mee. De vloeistof tussen de passages kan stagneren, waardoor de warmteoverdracht wordt verminderd en er hotspots ontstaan. De doorgangsafstand moet voldoende zijn om stroming tussen de doorgangen mogelijk te maken.
Een afstand van 30-40 mm tussen de passages is over het algemeen voldoende voor waterige baden met matig roeren. Voor viskeuze vloeistoffen of lage- omstandigheden wordt een grotere afstand van 40–50 mm aanbevolen. De afstand vergroot de voetafdruk van de verwarmer, waarmee rekening moet worden gehouden bij de pasvorm van de tank.
| Pass-afstand | Stroom tussen passen | Hotspotrisico | Voetafdruk voor 8 passen |
|---|---|---|---|
| 20 mm | Arm | Hoog | 500 × 400 mm |
| 30 mm | Gematigd | Gematigd | 650 × 400 mm |
| 40 mm | Goed | Laag | 800 × 400 mm |
| 50 mm | Uitstekend | Zeer laag | 950 × 400 mm |
De afstand tussen de doorgangen en het effect ervan op de doorstroming, het risico op hotspots en de voetafdruk
Elektrische configuratie
Een verwarming van 12 kW bij 480 V drie-fasen verbruikt ongeveer 14,4 A per fase. Het element kan worden geconfigureerd als een enkele drie-fasige belasting of als meerdere enkel-fasige elementen die parallel zijn aangesloten. De klemmenbehuizing moet plaats bieden aan de geleiders en de aansluitingen.
Bij een meer-verwarmer is het element vaak verdeeld in meerdere circuits, elk met zijn eigen klemmenpaar. Hierdoor kan de verwarming worden aangesloten op de beschikbare voeding en ontstaat er enige redundantie als een circuit uitvalt.
Wanneer de tank het vereiste oppervlak niet kan accommoderen
Als de tank het benodigde oppervlak voor 12 kW bij 0,9 W/cm² niet kan accommoderen, zijn de opties het verminderen van het wattage, het verhogen van de wattdichtheid (waarmee een kortere levensduur wordt geaccepteerd) of het gebruik van meerdere verwarmingstoestellen verspreid over de tank.
Meerdere heaters zijn vaak de beste oplossing. Twee verwarmingselementen van 6 kW, elk met een eigen multi{2}}bundel, kunnen op tegenoverliggende wanden of in verschillende hoeken van de tank worden geplaatst. Elke verwarmer werkt op 0,9 W/cm² en levert samen 12 kW.
Wanneer een aangepaste configuratie de enige optie is
Voor een vermogen van 12 kW bij 0,9 W/cm² is een oppervlakte van 13.333 cm² nodig-meer dan welk standaard PTFE-dompelverwarmer dan ook biedt. Een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met acht of meer doorgangen, een manteldiameter van 63 mm en een tussenruimte van 40 mm levert het vereiste oppervlak binnen een typische tank van 3.000 liter. Het specificatieproces vereist de tankafmetingen, badchemie, bedrijfstemperatuur, stromingsomstandigheden en het vereiste wattage.
