Dilema Kesesuaian Interferensi
Tabung PTFE yang dimasukkan ke dalam lubang lembaran tabung dan diamankan dengan pemuaian harus mencengkeram dinding lubang dengan cukup erat untuk menahan tekanan uap internal, tetapi tidak terlalu erat sehingga tegangan lingkaran dalam tabung yang diperluas melebihi ambang batas retak tegangan material. Perbedaan antara cengkeraman yang memadai dan interferensi yang merusak diukur dalam sepersepuluh milimeter.
PTFE memberikan tantangan khusus pada sambungan-ke-lembar tabung karena material dingin-mengalir dalam kompresi berkelanjutan. Kesesuaian interferensi yang terasa kencang dan-bebas bocor saat pemasangan dapat mengendur selama berminggu-minggu pada suhu pengoperasian saat PTFE menjauh dari tekanan kontak. Sambungannya mulai bocor. Godaannya adalah meningkatkan interferensi awal untuk memungkinkan relaksasi-tetapi hal ini berisiko menghilangkan stres karena-ekspansi yang berlebihan.
Interferensi maksimum yang diijinkan adalah derajat kebesaran diametral yang memberikan tekanan pada PTFE tepat di bawah batas retak tegangannya pada suhu operasi maksimum yang diharapkan.
Mekanisme Stres Cracking
Retak tegangan PTFE terjadi ketika material terkena regangan tarik melebihi sekitar 2-3% pada suhu tinggi. Regangan tersebut membuka rongga mikroskopis antara domain kristal. Kekosongan ini tumbuh seiring waktu di bawah tekanan yang berkelanjutan, dan akhirnya menyatu menjadi retakan yang terlihat.
Pada sambungan ekspansi lembaran tabung-ke-tabung, regangan utama adalah regangan simpai pada dinding tabung pada bagian yang diperluas. ID tabung dipaksakan pada diameter yang lebih besar (alat expander atau lubang lembaran tabung dengan sisipan). Serat luar dinding tabung meregang. Regangan lingkarannya adalah: ε=(Dexpanded - Doriginal) / Doriginal.
Untuk pipa PTFE OD 10 mm yang diperluas ke lubang lembaran tabung ID 10,8 mm, pemuaian diametralnya adalah 0,8 mm. Regangan lingkaran adalah 0,8/10=8%. Ini jauh melebihi batas aman 2-3% dan akan membuat tabung retak-jika tidak segera, maka dalam beberapa minggu pada suhu pengoperasian.
Tabel 1: Interferensi Maksimum yang Diijinkan untuk Sambungan Tabung PTFE-ke-Lembar Tabung
| Tabung OD (mm) | Dinding Tabung (mm) | ID Lubang Lembar Tabung (mm) | Interferensi Diametral (mm) | Ketegangan Lingkaran (%) | Risiko Retak Stres | Layanan yang Direkomendasikan |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 1.0 | 8.0 (izin nol) | 0 | 0 | Tidak ada | Membutuhkan segel sekunder |
| 8 | 1.0 | 8.1 | 0.1 | 1.25 | Tidak ada | Tekanan-rendah (< 2 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.2 | 0.2 | 2.5 | Rendah (batas untuk layanan berkelanjutan) | Layanan umum (hingga 4 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.3 | 0.3 | 3.75 | Sedang (tidak disarankan) | Tidak direkomendasikan |
| 10 | 1.0 | 10.0 | 0 | 0 | Tidak ada | Membutuhkan segel sekunder |
| 10 | 1.0 | 10.15 | 0.15 | 1.5 | Tidak ada | Tekanan-rendah |
| 10 | 1.0 | 10.25 | 0.25 | 2.5 | Rendah (batas untuk layanan berkelanjutan) | Layanan umum (hingga 4 barg) |
| 12 | 1.2 | 12.3 | 0.3 | 2.5 | Rendah (batas untuk layanan berkelanjutan) | Layanan umum |
Persyaratan Segel Sekunder
Karena interferensi aman maksimum untuk PTFE dibatasi sekitar 2,5% regangan hoop, gaya cengkeraman dari ekspansi saja tidak terlalu besar. Pada suhu operasi, relaksasi mulur mengurangi gaya ini lebih lanjut. Mekanisme segel sekunder diperlukan agar-kekencangan-kebocoran jangka panjang dapat diandalkan.
Segel sekunder yang paling umum adalah fitting kompresi: tabung melewati lembaran tabung, dan mur menekan ferrule PTFE ke tabung OD. Ferrule menyediakan segel; lembaran tabung menyediakan penahan mekanis. Interferensi antara tabung dan lubang lembaran tabung kemudian disetel ke nol (clearance fit) atau minimal, menghilangkan risiko retak tegangan sepenuhnya.
Segel sekunder alternatif mencakup ujung tabung melebar yang menempel pada permukaan lembaran tabung berbentuk kerucut, dan segel cincin O-di alur dalam lubang lembaran tabung. Kedua pendekatan tersebut memisahkan fungsi penyegelan dari fungsi ekspansi tabung.
Efek Bersepeda Termal
Setiap siklus termal dari suhu lingkungan hingga suhu pengoperasian menambahkan siklus regangan ke bagian tabung yang diperluas. Tabung PTFE mengembang secara radial lebih banyak daripada lembaran tabung (jika lembarannya terbuat dari logam atau polimer berbeda), sehingga mengubah kecocokan interferensi. Sambungan yang memiliki jarak bebas pada suhu kamar dapat menjadi gangguan pada suhu tersebut, atau sebaliknya.
Desain sambungan harus mengakomodasi perubahan dimensi siklik ini tanpa melebihi batas regangan 2,5% pada titik mana pun dalam siklus termal. Untuk tabung PTFE dalam lembaran tabung PTFE, bahannya memuai dengan kecepatan yang sama, dan interferensinya stabil. Untuk tabung PTFE dalam lembaran logam atau PVDF, ekspansi diferensial harus dihitung.
Ringkasan
Interferensi diametral maksimum yang diperbolehkan untuk sambungan tabung PTFE-ke-lembar tabung adalah 2,5% dari diameter tabung, setara dengan sekitar 0,2 mm untuk pipa OD 8 mm dan 0,25 mm untuk pipa OD 10 mm. Batasan ini mencegah retak tegangan akibat regangan lingkaran yang berlebihan pada suhu tinggi.
Penyegelan yang andal memerlukan mekanisme sekunder-ferrule kompresi, sambungan melebar, atau-cincin O-karena interferensi terbatas hanya memberikan gaya cengkeraman kecil yang semakin mengendur seiring waktu pada suhu. Desain sambungan harus mengakomodasi ekspansi termal diferensial jika tabung dan lembaran tabung merupakan bahan yang berbeda.
Spesifikasi teknik untuk desain sambungan lembaran tabung-ke-PTFE tersedia berdasarkan dimensi tabung, bahan dan ketebalan lembaran tabung, suhu dan tekanan pengoperasian, serta masa pakai yang diperlukan.
