Masalah Getaran
Tabung penukar panas PTFE fleksibel. Modulus elastisitasnya yang rendah (0,5 GPa vs. 200 GPa untuk baja) berarti tabung tersebut lebih banyak membelok di bawah beban tertentu dan memiliki frekuensi natural yang lebih rendah dibandingkan tabung logam dengan dimensi yang sama. Frekuensi alami yang lebih rendah membawa mereka lebih dekat ke frekuensi eksitasi yang umum pada frekuensi transmisi tangki proses-bilah agitator-(2-10 Hz), frekuensi transmisi baling-baling pompa (20-100 Hz), dan turbulensi aliran (jalur lebar).
Jika frekuensi alami tabung bertepatan dengan frekuensi eksitasi, maka terjadi resonansi. Tabung bergetar dengan amplitudo besar, berdampak pada tabung yang berdekatan atau keausan pada titik kontak pelat penyangga. Getaran tersebut mempercepat kerusakan akibat kelelahan dan dapat menyebabkan kegagalan tabung dini.
Jumlah pelat penyangga-yang menentukan panjang bentang tidak didukung di antara penyangga-adalah variabel desain utama yang mengontrol frekuensi alami tabung. Semakin banyak dukungan berarti rentang yang lebih pendek, frekuensi alami yang lebih tinggi, dan risiko resonansi yang lebih kecil.
Perhitungan Frekuensi Alami
Frekuensi alami tabung bentang tunggal antara dua penyangga adalah: f_n=(π / 2L²) × √(EI / m), dengan L adalah panjang bentang antar penyangga, E adalah modulus lentur PTFE pada suhu pengoperasian, I adalah momen inersia luas penampang tabung, dan m adalah massa per satuan panjang tabung (termasuk uap/kondensat yang terkandung).
Frekuensinya berbanding terbalik dengan kuadrat panjang bentang. Mengurangi separuh panjang bentang (menggandakan jumlah tumpuan) melipatgandakan frekuensi alami. Ketergantungan yang kuat ini menjadikan jarak penyangga sebagai alat desain yang paling efektif untuk pengendalian getaran.
Untuk tabung PTFE dinding 10mm OD × 1mm pada 80 derajat (E ≈ 300 MPa), frekuensi natural untuk berbagai panjang bentang adalah:
| Panjang Rentang (mm) | Jumlah Penopang (tabung 3m) | Frekuensi Alami (Hz) |
|---|---|---|
| 1,500 | 1 (hanya dukungan akhir) | 2.5 |
| 750 | 3 | 10 |
| 500 | 5 | 22.5 |
| 375 | 7 | 40 |
| 300 | 9 | 62.5 |
| 250 | 11 | 90 |
Kriteria Penghindaran Resonansi
Untuk menghindari resonansi, frekuensi alami tabung harus setidaknya 20% di atas frekuensi eksitasi tertinggi yang diharapkan, atau setidaknya 20% di bawah frekuensi eksitasi terendah yang diharapkan. Untuk tangki agitasi tipikal dengan frekuensi lintasan bilah pengaduk sebesar 3-8 Hz dan frekuensi lintasan baling-baling pompa sebesar 40-60 Hz, frekuensi alami tabung harus di bawah 2,4 Hz (tidak praktis untuk sebagian besar bentang) atau di atas 72 Hz.
Untuk mencapai frekuensi alami di atas 72 Hz memerlukan panjang bentang sekitar 280 mm atau kurang-sesuai dengan 10 pelat penyangga untuk tabung berukuran 3 meter. Ini adalah desain konservatif yang memberikan kekebalan terhadap semua sumber eksitasi umum.
Jika frekuensi agitator dan pompa dikarakterisasi dan dikontrol dengan baik, desain yang kurang konservatif mungkin dapat diterima. Rentang 375mm (7 penyangga, frekuensi alami 40 Hz) cukup jika agitator beroperasi di bawah 32 Hz dan pompa di bawah 32 Hz (tidak umum untuk pompa).
Batas Dukungan Praktis
Setiap pelat pendukung menambah biaya, menempati volume tangki, dan meningkatkan penurunan tekanan di sisi cangkang. Ada batasan praktis mengenai jumlah dukungan. Untuk sebagian besar aplikasi, 5-9 pelat pendukung untuk tabung 3 meter (bentang 300-500mm) memberikan ketahanan getaran yang memadai tanpa biaya berlebihan. Jumlah pastinya ditentukan oleh lingkungan eksitasi spesifik.
Ringkasan
The number of support plates determines the tube natural frequency, which must be separated from the excitation frequencies to avoid destructive resonance. A span length of 280mm or less (natural frequency >72 Hz) memberikan kekebalan terhadap sebagian besar sumber eksitasi industri. Jumlah pelat pendukung adalah parameter desain penting untuk keandalan penukar panas PTFE dalam sistem agitasi atau pemompaan.
Dukungan teknik untuk analisis getaran bundel tabung PTFE tersedia berdasarkan dimensi tabung, panjang tabung, spesifikasi agitator dan pompa, serta suhu pengoperasian.
