Sebuah pabrik kimia khusus melaporkan gejala yang tidak biasa: pemanas PTFE yang direndam dalam larutan polimer kental mengeluarkan bunyi berderak atau letupan yang tajam selama jam pertama pemanasan{0}}setiap pagi. Kebisingan berhenti setelah bak mandi mencapai tekanan yang dikehendaki. Pemanasnya tidak terlihat rusak, dan arusnya normal. Namun kebisingan tersebut merupakan tanda peringatan-mendidih secara lokal terjadi di permukaan pemanas selama fase-pemanasan.
Suara bising uap selama pemanasan-adalah gejala lapisan film yang mendidih di permukaan PTFE. Temperatur permukaan pemanas cukup tinggi untuk menguapkan fluida yang bersentuhan dengannya, namun uap tidak dapat keluar dengan cepat karena fluida tersebut kental. Gelembung uapnya pecah dengan hebat saat terlepas, sehingga menimbulkan suara letupan.
Mengapa Pemandian Kental Menghasilkan Kebisingan Uap
Dalam-cairan dengan viskositas rendah seperti air, gelembung uap mudah lepas dan naik ke permukaan. Mereka runtuh dengan tenang di dalam cairan curah yang lebih dingin. Prosesnya lancar, dan tidak ada suara yang dihasilkan.
Dalam fluida kental, lapisan batas pada permukaan pemanas tebal. Gelembung uap yang terbentuk di permukaan tidak mudah lepas karena cairan kental menahan pergerakannya. Gelembung-gelembung itu membesar sebelum pecah. Ketika akhirnya terlepas, mereka runtuh dengan cepat, dan keruntuhan tersebut menghasilkan gelombang tekanan yang terdengar sebagai suara letupan atau retakan.
| Viskositas Cairan | Detasemen Gelembung | Ukuran Gelembung di Detasemen | Runtuhnya Energi | Tingkat Kebisingan |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Mudah | Kecil | Rendah | Tidak ada |
| 10–100 mPa·s | Sedang | Sedang | Sedang | Pingsan |
| 100–1.000 mPa·s | Sulit | Besar | Tinggi | Terdengar |
| >1.000 mPa·s | Sangat sulit | Sangat besar | Sangat tinggi | Keras |
Viskositas dan pengaruhnya terhadap pelepasan gelembung dan timbulnya kebisingan
Mengapa Pemanasan-Menjadi Fase Paling Rentan
Selama pemanasan-naik, pemanas beroperasi dengan daya penuh. Temperatur permukaan lebih tinggi dibandingkan saat operasi-kondisi tunak karena fluida curah lebih dingin dan perbedaan temperatur antara pemanas dan fluida lebih besar. Suhu permukaan yang lebih tinggi meningkatkan laju pembentukan uap.
Cairannya juga menjadi lebih kental saat-dipanaskan. Viskositas sebagian besar cairan menurun seiring dengan kenaikan suhu. Larutan polimer dengan tekanan 15.000 mPa·s pada 25 derajat mungkin menjadi 5.000 mPa·s pada 60 derajat . Selama pemanasan, fluida di dekat pemanas menjadi lebih dingin dan lebih kental dibandingkan pada tekanan yang dikehendaki. Cairan kental memerangkap gelembung uap, dan kebisingannya lebih keras.
Mengapa Kebisingan Uap Penting
Kebisingan uap bukan hanya gangguan. Hal ini menunjukkan bahwa titik didih lokal sedang terjadi pada permukaan pemanas. Mendidihnya menciptakan selimut uap yang mengisolasi permukaan. Suhu permukaan melonjak, dan PTFE terdegradasi lebih cepat dibandingkan kondisi pengoperasian normal.
Runtuhnya gelembung uap secara berulang-ulang juga menciptakan tekanan mekanis pada PTFE. Gelombang tekanan dari keruntuhan menimpa permukaan polimer. Seiring waktu, stres dapat menyebabkan rasa lelah retak dan melepuh.
Mencegah Kebisingan Uap di Pemandian Kental
Pencegahan yang paling efektif adalah dengan menurunkan suhu permukaan pemanas di bawah titik didih fluida. Hal ini memerlukan pengurangan kepadatan watt dan meningkatkan aliran pada permukaan pemanas.
Kepadatan watt yang lebih rendah-0,5–0,8 W/cm²-mengurangi suhu permukaan sebesar 15–25 derajat dibandingkan dengan 1,0–1,2 W/cm². Suhu yang lebih rendah menjaga permukaan tetap di bawah titik didih pada sebagian besar cairan kental.
Peningkatan aliran pada permukaan pemanas-dari eduktor, pompa resirkulasi, atau pengaduk mekanis-mengurangi ketebalan lapisan batas dan menurunkan suhu permukaan. Kecepatan lokal 0,3–0,5 m/s sudah cukup untuk mencegah kebisingan uap di sebagian besar fluida kental.
| Tindakan Pencegahan | Pengaruh pada Suhu Permukaan | Pelaksanaan |
|---|---|---|
| Kepadatan watt lebih rendah, 0,5–0,8 W/cm² | 15–25 derajat lebih rendah | Desain pemanas |
| Pendidik di pemanas | 20–30 derajat lebih rendah | Pompa kecil atau udara bertekanan |
| Lingkaran resirkulasi | 25–35 derajat lebih rendah | Pompa dan perpipaan |
| Agitasi mekanis | 15–25 derajat lebih rendah | Agitator atau pengaduk |
Langkah-langkah untuk mencegah kebisingan uap di pemandian kental
Ketika Kebisingan Uap Menunjukkan Masalah Desain
Pemanas yang mengeluarkan suara uap meskipun kepadatan wattnya rendah dan alirannya lebih baik menunjukkan bahwa desain pemanas tidak cocok untuk fluida kental. Konfigurasi pemanas imersi PTFE khusus dengan kepadatan watt yang sangat rendah, luas permukaan yang besar, dan posisi aliran-yang dioptimalkan mengatasi penyebab utama terjadinya titik didih lokal. Proses spesifikasinya memerlukan viskositas fluida pada suhu operasi, titik didih, posisi pemanas, kondisi aliran, dan watt yang dibutuhkan. Untuk fasilitas dengan cairan proses kental, pendekatan khusus aplikasi ini-mengurangi kebisingan uap dan memperpanjang masa pakai pemanas.
