Proračun prolaska cijevi
PCB bakreni vod bez elektronike radi na 38-42 stepena sa uskom temperaturnom tolerancijom. PTFE izmjenjivač topline mora isporučiti 35 kW grijanja koristeći paru od 2 bara. Raspoloživi prostor rezervoara omogućava otisak zavojnice od 1,2 metra sa 0,8 metara. Pitanje dizajna: koliko cijevi prolazi kroz ovaj otisak postiže potreban prijenos topline?
Prolazi kroz cijevi određuju dvije stvari. Više prolaza povećava ukupnu dužinu cijevi i površinu unutar fiksnog otiska. Ali više prolaza također povećava pad tlaka-na strani pare i komplikuje odvod kondenzata. Optimalni broj prolaza osigurava potreban prijenos topline bez prekoračenja proračuna tlaka pare ili stvaranja problema s drenažom.
Metoda izračunavanja
Izračun se odvija postupno od toplotne obaveze do broja prolaza.
Potrebna površina je na prvom mjestu. Sa opterećenjem od 35 kW, parom na 133 stepena, kupatilom na 40 stepeni, LMTD od približno 85 stepeni i U-vrijednošću od 280 W/m²·K za tankozidni PTFE-, potrebna površina je 35.000 / (280 × 85) {{12}
Dužina cijevi proizlazi iz površine i promjera cijevi. Koristeći 8 mm OD cijevi, svaki linearni metar pruža 0,0251 m² površine. Ukupna potrebna dužina je 1,47 / 0.0251=58.6 metara.
Broj prolazaka dijeli ukupnu dužinu sa dužinom svakog prolaza. Dostupni otisak od 1,2 m omogućava prolaze od približno 1,1 m aktivne dužine. Svaki prolaz pruža 1,1 m dužine cijevi. Potrebne prolaze: 58.6 / 1.1=53.3, zaokruženo na 54 prolaza.
Tabela 1: Proračun prolaza cijevi za 35 kW bezelektrični grijač za bakrenu kadu
| Parametar | Vrijednost | Jedinica |
|---|---|---|
| Toplotni rad | 35 | kW |
| Temperatura pare (2 bara) | 133 | stepen |
| Temperatura kupatila | 40 | stepen |
| LMTD | 85 | stepen |
| Dizajn U-vrijednosti | 280 | W/m²·K |
| Potrebna površina | 1.47 | m² |
| Tube OD | 8 | mm |
| Površina po linearnom metru | 0.0251 | m²/m |
| Ukupna dužina cijevi | 58.6 | m |
| Dostupna dužina prolaza | 1.1 | m |
| Izračunati broj prolaza | 54 | prolazi |
| Preporučeni broj prolazaka (sa 10% margine) | 60 | prolazi |
Konfiguracija unutar otiska
Šezdeset prolaza unutar otiska od 1,2 m × 0,8 m zahtijeva organiziranje cijevi u redove i stupce. S cijevima raspoređenim na 25 mm centara kako bi se omogućio protok otopine između njih, širina od 0,8 m može smjestiti 32 cijevi po redu. Šezdeset prolaza raspoređenih kao 2 reda od po 30 cijevi uklapa se u otisak.
Dva reda se mogu naslagati okomito kao dvoslojna -rešetka. Para ulazi u distributivni kolektor, teče kroz 30 paralelnih cijevi u gornjem redu, vraća se kroz 30 cijevi u donjem redu i skuplja se u zaglavlju kondenzata. Ovaj jednoprolazni tok pare-sa paralelnim cijevnim krugovima minimizira pad tlaka uz postizanje potrebne ukupne dužine.
Specifična ograničenja za bakar bez elektronike
Bakrene kupke bez električne energije predstavljaju jedinstvena ograničenja dizajna grijača izvan termičkih proračuna. Kupatilo je termodinamički nestabilno. Prekomjerna temperatura zida izaziva spontano taloženje bakra na površini grijača-isti problem sa pločama-koji uništava metalne grijače.
PTFE eliminiše katalitičku oblogu, ali temperatura zida je i dalje bitna. Na temperaturama pare iznad 140 stepeni, lokalizovano raspadanje kupke u blizini zida cevi postaje moguće čak i bez katalitičkih površinskih efekata. Odabrana para od 2 bara obezbeđuje temperaturu zasićenja od 133 stepena, održavajući temperaturu zida bezbedno ispod praga raspadanja.
Broj prolazaka utiče na ovu sigurnosnu marginu. Premalo prolaza povećava brzinu pare i pad tlaka, ali ne mijenja temperaturu zida. Previše prolaza smanjuje protok pare u pojedinačnim cijevima, potencijalno uzrokujući neravnomjeran odvod kondenzata i hladne mrlje. Izračunata konfiguracija od 60 prolaza obezbeđuje uravnoteženu distribuciju protoka.
Odvod kondenzata u više-prolaznim projektima
Više prolaza cijevi zahtijevaju odgovarajuću drenažu kondenzata iz svakog prolaza. Zarobljeni kondenzat smanjuje efektivnu površinu prenosa toplote i stvara rizik od vodenog udara. Svaki prolaz mora biti nagnut prema dolje prema zaglavlju za prikupljanje kondenzata.
Za konfiguraciju od 60-prolaza na dva-slojna, donji red se prirodno odvodi u zaglavlje. Gornji red zahtijeva blagi nagib ugrađen u noseću konstrukciju. Odvodnici pare dimenzionirani za ukupno opterećenje kondenzata pri punom radu dovršavaju dizajn drenaže. Plutajuće-i-termostatske zamke su poželjnije za moduliranje opterećenja kondenzata tipično za kupke bez elektronike s kontroliranom temperaturom.
Rezime
Izračunavanje prolaza cijevi izmjenjivača topline PTFE za bakrene kupke bez elektronike kreće se od toplinskog opterećenja do površine do dužine cijevi do broja prolaza. Primjer od 35 kW daje 60 prolaza cijevi promjera 8 mm raspoređenih u dvoslojnu mrežu unutar otiska 1,2 m × 0,8 m.
Hemija bakra bez elektronike dodaje ograničenja temperature zida koja utiču na odabir pritiska pare. PTFE materijal eliminiše rizik od-izlaska katalitičke ploče. Odgovarajući dizajn drenaže kondenzata osigurava da svaki prolaz u potpunosti doprinosi prijenosu topline.
Inženjerska analiza za dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline bez elektro-bakarnih linija PCB-a dostupna je nakon podnošenja podataka o zapremini kupke, radnoj temperaturi, potrebnom vremenu{0}}zagrijavanja, dostupnom pritisku pare, dimenzijama rezervoara i trenutnim podacima o performansama grijača.
