PTFE হিটার শীথগুলির যান্ত্রিক শক্তিতে অপারেটিং তাপমাত্রার প্রভাব কী?

PTFE ঘরের তাপমাত্রায় একটি শক্তিশালী, টেকসই উপাদান। যাইহোক, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এর যান্ত্রিক গুণাবলী নাটকীয়ভাবে পরিবর্তিত হয়। PTFE নিমজ্জন হিটারগুলিকে তাদের ডিজাইনের খামের মধ্যে সঠিকভাবে পরিচালনা করার জন্য এই পরিবর্তনগুলি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ৷ একটি PTFE হিটারের খাপ কেবল রাসায়নিক প্রতিরোধের চেয়ে বেশি কিছু করে। এটিকে পার্শ্ববর্তী তরলের চাপকেও প্রতিরোধ করতে হবে, সময়ের সাথে সাথে বিকৃতি প্রতিরোধ করতে হবে এবং এর আকৃতি রাখতে হবে। এই সমস্ত যান্ত্রিক ফাংশন ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে খারাপ হয়ে যায়। এইভাবে, PTFE যান্ত্রিক শক্তির উপর তাপমাত্রার প্রভাব PTFE নিমজ্জন হিটার নির্দিষ্ট, ইনস্টল বা পরিচালনার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ উদ্বেগের বিষয়।

কিভাবে তাপমাত্রা PTFE এর আণবিক কাঠামোকে প্রভাবিত করে
PTFE একটি সেমিক্রিস্টালাইন পলিমার। স্ফটিক অংশে, যেগুলি নিরাকার (বিকৃত) অংশগুলির সাথে ছেদযুক্ত, আণবিক চেইনগুলি ঘরের তাপমাত্রায় ঘনিষ্ঠভাবে প্যাক করা হয়। এই কাঠামোটি PTFE-কে তার সাধারণ শক্তি, কম ঘর্ষণ এবং রাসায়নিক জড়তা দেয়, তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে আণবিক কম্পন বৃদ্ধি পায় এবং স্ফটিক অংশগুলি গলে যাওয়ার আগে নিরাকার অংশগুলি নরম হতে শুরু করে।

নিমজ্জন হিটার পরিষেবায় PTFE-এর সাধারণভাবে সম্মত সর্বাধিক ক্রমাগত ব্যবহারের তাপমাত্রা হল 110ºC। এই সীমা কৌতুকপূর্ণ নয়. এই তাপমাত্রায় তিনটি পৃথক যান্ত্রিক রূপান্তর দ্রুত ঘটে:

কম প্রসার্য শক্তি - PTFE খাপ প্রসারিত বা ছিঁড়ে ফেলার জন্য প্রয়োজনীয় প্রচেষ্টার পরিমাণ ব্যাপকভাবে হ্রাস পেয়েছে।

ক্রমবর্ধিত ক্রীপ - একটি ধ্রুবক লোডের অধীনে (যেমন তরল চাপ বা প্রতিরোধের তারের অভ্যন্তরীণ বল), PTFE সময়ের সাথে ধীরে ধীরে নমনীয় হবে।

• নিম্নচাপ প্রতিরোধের - ডিফারেনশিয়াল চাপে খাপটি ভেঙে পড়ার বা বেলুন হওয়ার প্রবণতা বেশি।

এটি পাওয়া যায় যে PTFE 327 ডিগ্রি পর্যন্ত গলে না যদিও এর যান্ত্রিক উপযোগিতা অনেক আগেই শেষ হয়ে গেছে। নিমজ্জন হিটার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অবিচ্ছিন্ন অপারেশনের জন্য সম্ভাব্য উপরের সীমা হল 110 ডিগ্রি।

তাপমাত্রার সাথে প্রসার্য শক্তির পরিবর্তন
প্রসার্য শক্তি হল সর্বোচ্চ প্রসার্য (প্রসারিত) স্ট্রেস যা একটি উপাদান ভাঙার আগে নিতে পারে। PTFE এর জন্য এই বৈশিষ্ট্যটি তাপমাত্রার সাথে একঘেয়েভাবে হ্রাস পায়। নীচের টেবিলটি প্রচলিত পরীক্ষা পদ্ধতি (ASTM D638) থেকে আনুমানিক মানগুলির সাথে সম্পর্কিত।

তাপমাত্রা ( ডিগ্রি ) তাপমাত্রা ( ডিগ্রি এফ) আনুমানিক প্রসার্য শক্তি (এমপিএ) রুম টেম্পে মানের আনুমানিক প্রসার্য শক্তি psi%।
23 73 21 – 28 3050 – 4060 100% 50 122 16 – 22 2320 – 3190 75 – 80% 80 176 12 – 16 1740 – 2320 55 – 60% 100 212 9 – 13 1305 – 1885 45 – 50% 110 230 7 – 11 1015 – 1595 35 – 45% 120 248 5 – 8 725 – 1160 25 – 30% 
দ্রষ্টব্য: মানগুলি নির্দেশক, প্রকৃত প্রসার্য শক্তি PTFE গ্রেড, স্ফটিকতা এবং পরীক্ষার অবস্থার উপর নির্ভর করে।

100 ডিগ্রীতে PTFE এর প্রসার্য শক্তি 23 ডিগ্রীতে প্রায় অর্ধেক। 110 ডিগ্রিতে এটি পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার মানের প্রায় 40% এ পড়ে। তরল চাপ, তাপীয় প্রসারণ বা পরিচালনার কারণে যান্ত্রিক চাপের উল্লেখযোগ্য হ্রাস, উচ্চ তাপমাত্রায় ক্ষতি অনেক বেশি সম্ভাব্য করে তোলে।

ক্রীপ এবং লোড বিকৃতি
উচ্চ তাপমাত্রায় পিটিএফই-এর একটি বড় অসুবিধা হল এর হামাগুড়ি দেওয়ার প্রবণতা। ক্রীপ হল একটি ধ্রুবক লোডের অধীনে সময়ের সাথে সাথে একটি পদার্থের বিকৃতি। ধাতুর হামাগুড়ি দেওয়ার তাপমাত্রা কম থাকলেও, PTFE পরিবেষ্টিত যে কোনো তাপমাত্রায় হামাগুড়ি দেবে। লতানো হার তাপমাত্রার সাথে দ্রুত বৃদ্ধি পায়।

PTFE হিটার খাপের জন্য, প্রযোজ্য লোডগুলি হল:

বাহ্যিক তরল চাপ - গভীর ট্যাঙ্কগুলিতে হাইড্রোস্ট্যাটিক চাপ প্রতি মিটার গভীরতায় 0.1 বার হতে পারে। এই চাপটি 2-3 মিটারে ন্যূনতম, কিন্তু উচ্চ তাপমাত্রার সাথে যুক্ত হলে এটি ধীরে ধীরে খাপ ভেঙে পড়তে পারে বা ডিম্পল হতে পারে।

রেজিস্ট্যান্স তার থেকে অভ্যন্তরীণ স্ট্রেন - ধাতব গরম করার উপাদানটি পিটিএফই-তে ইম্বেড করা হয়। ধাতু এবং PTFE এর ডিফারেনশিয়াল তাপীয় প্রসারণ অভ্যন্তরীণ উত্তেজনা সৃষ্টি করে। উচ্চ তাপমাত্রায় পিটিএফই এই চাপগুলিকে হামাগুড়ি দিয়ে উপশম করে যা খাপের আকৃতি পরিবর্তন করতে পারে।

ক্ল্যাম্পিং বা মাউন্টিং ফোর্স - হিটারে প্রয়োগ করা যেকোনো যান্ত্রিক সংযম (যেমন বন্ধনী, ফ্ল্যাঞ্জ বা সমর্থন) স্থানীয় চাপের ঘনত্বের কারণ হতে পারে। ক্রীপ PTFE কে উচ্চ চাপের বিন্দু থেকে দূরে প্রবাহিত করতে পারে এবং শিথিল বা সীল ব্যর্থতার কারণ হতে পারে।

অনুশীলনে স্বল্প মেয়াদে ক্রীপ খুব কমই বিপর্যয়কর। 105 ডিগ্রীতে একটি হিটার মাস বা এমনকি বছরের জন্য কোন সুস্পষ্ট বিকৃতি দেখাতে পারে না। কিন্তু সময়ের সাথে সাথে খাপটি নির্দিষ্ট স্থানে পাতলা হয়ে যেতে পারে, অস্তরক শক্তি এবং যান্ত্রিক সুরক্ষা হ্রাস করতে পারে। আরও সমালোচনামূলকভাবে, PTFE খাপ এবং টার্মিনাল সিলের মধ্যে যোগাযোগে হামাগুড়ি দেওয়া আর্দ্রতা বা ক্ষয়কারী বাষ্পের জন্য একটি উত্তরণকে হিটারে পৌঁছানোর অনুমতি দিতে পারে।

পতন বা বেলুনিং ঝুঁকি এবং চাপ প্রতিরোধ
PTFE হিটার শীথ চাপের জাহাজ নয়। এগুলি অভ্যন্তরীণ এবং বাহ্যিকভাবে বায়ুমণ্ডলীয় চাপে বা কাছাকাছি কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। যে অভ্যন্তরীণ চেম্বারে রেজিস্ট্যান্স ওয়্যারটি অবস্থিত সেখানে চাপ দেওয়া হয় না, এটি পরিবেষ্টিত চাপে PTFE বা বায়ু দিয়ে পূর্ণ হয়। চাপ সম্পর্কিত দুটি ব্যর্থতা প্রক্রিয়া নিম্নরূপ:

বাহ্যিক চাপের পতন - যদি বহিরাগত তরল চাপ অভ্যন্তরীণ চাপের চেয়ে অনেক বেশি হয়, তাহলে আবরণটি ভিতরের দিকে ভেঙে পড়তে পারে। উচ্চ তাপমাত্রায় এটি হওয়ার সম্ভাবনা বেশি কারণ PTFE এর ইলাস্টিক মডুলাস (কঠিনতা) কমে গেছে। একটি ধস সাধারণত খাপের একটি চ্যাপ্টা বা ডিম্পল অংশ বোঝাতে নেওয়া হয়।

অভ্যন্তরীণ চাপ বেলুনিং - গরম, নরম পিটিএফই বাইরের দিকে বেলুন করতে পারে যদি অভ্যন্তরীণ গহ্বরটি আউটগ্যাসিং বা আটকে থাকা গ্যাস প্রসারণের কারণে চাপে পড়ে। কম সাধারণ কিন্তু হিটারের ভিতরে আর্দ্রতা বাষ্পে পরিণত হওয়ার সাথে সাথে সম্ভব।

উভয় ব্যর্থতার ধরন সরাসরি PTFE যান্ত্রিক শক্তি তাপমাত্রা প্রভাব দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। PTFE স্থায়ী বিকৃতি ছাড়াই 23 ডিগ্রিতে বেশ কয়েকটি বারের ডিফারেনশিয়াল চাপ সহ্য করতে পারে। 110 ডিগ্রিতে একই ডিফারেনশিয়াল চাপ তাত্ক্ষণিক পতন বা বেলুন তৈরি করতে পারে। তাই PTFE হিটারগুলি উচ্চ চাপ প্রয়োগের জন্য ব্যবহার করা উচিত নয় বা যেখানে দ্রুত চাপের পরিবর্তন ঘটতে পারে।

ক্রমাগত 110 ডিগ্রি সীমা অতিক্রম করার প্রভাব
110 ডিগ্রীর একটু উপরে সংক্ষিপ্ত ভ্রমণ দ্রুত ব্যর্থতা ছাড়া সহ্য করা যেতে পারে। কিন্তু আপনি যদি বারবার এই সীমা অতিক্রম করেন বা দীর্ঘ সময়ের জন্য আপনার দীর্ঘস্থায়ী ক্ষতি হতে পারে। পরিলক্ষিত ফলাফল অন্তর্ভুক্ত:

শীথ পাতলা করা এবং স্থানীয় হটস্পট: ক্রিপ PTFE কে উষ্ণতম অঞ্চল থেকে দূরে প্রবাহিত করতে সক্ষম করে, খাপকে পাতলা করে। পাতলা অঞ্চলে উচ্চ তাপ পরিবাহিতা থাকে। এই ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপের ফলে স্থানীয় হট স্পটগুলি দ্রুত গরম হয়৷

অস্তরক শক্তি হ্রাস - খাপের পাতলা অংশগুলি বৈদ্যুতিক নিরোধকের মার্জিনকে হ্রাস করে এবং ভাঙ্গনের ঝুঁকি বাড়ায়।

স্থায়ী বিকৃতি - একবার PTFE ক্র্যাপ্ট বা বিকৃত হয়ে গেলে, শীতলতা এটিকে তার আসল আকারে ফিরিয়ে আনবে না। একটি ধসে পড়া বা স্ফীত খাপ ঠিক করার কোন উপায় নেই।

সীল ব্যর্থতা - ঠান্ডা অঞ্চলের সীলটি পিটিএফই শীথ এবং টার্মিনাল সমাবেশের মধ্যে একটি ভাল ফিটের উপর নির্ভর করে। ক্রিপ এই ফিটটি আলগা করতে পারে এবং তরল বা বাষ্প প্রবেশ করতে দেয়।

এটি লক্ষ করা উচিত যে 110 ডিগ্রী সীমা PTFE খাপের তাপমাত্রার জন্য, অগত্যা বাল্ক তরল তাপমাত্রার জন্য নয়। একটি সঠিকভাবে নির্মিত হিটারে সীথের তাপমাত্রা তরল তাপমাত্রার থেকে সামান্য বেশি হয় কারণ প্রতিরোধের তার থেকে তরলে তাপ কার্যকরভাবে স্থানান্তরিত হয়। কিন্তু উচ্চ ওয়াট ঘনত্বের সাথে (প্রতি ইউনিট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের শক্তি) বা উত্তপ্ত অংশের নীচে একটি তরল স্তর সহ, খাপের তাপমাত্রা একটি বড় ব্যবধানে তরল তাপমাত্রাকে অতিক্রম করতে পারে, এমনকি তরল নিজেই 110 ডিগ্রির নীচে থাকে।

উচ্চ-তাপমাত্রা পরিষেবা ওয়াট ঘনত্ব ডি-রেটিং
PTFE-এর যান্ত্রিক শক্তি হল তাপমাত্রা-নির্ভর এবং এটি স্ট্রেস প্রতিরোধ করার জন্য উপাদানের ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে এবং এই কারণে, নিমজ্জন হিটারগুলিকে 110 ডিগ্রির কাছাকাছি চালানোর জন্য বোঝানো হয় নিম্ন তাপমাত্রায় ব্যবহৃত হিটারগুলির তুলনায় কম ওয়াট ঘনত্ব থাকতে হবে। ওয়াট ঘনত্ব হল উত্তাপের পৃষ্ঠের প্রতি এলাকায় পাওয়ার আউটপুট এবং সাধারণত ওয়াট প্রতি বর্গ ইঞ্চি (W/in 2 ) বা ওয়াট প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে (W/cm 2) উপস্থাপন করা হয়।

PTFE নিমজ্জন হিটারের জন্য সাধারণ নির্দেশিকা হল:

60 ডিগ্রি (140 ডিগ্রি ফারেনহাইট) তাপমাত্রায় 25-30 W/in2 (3.9-4.7 W/cm2) পর্যন্ত গ্রহণযোগ্য ওয়াট ঘনত্ব।

60–90 ডিগ্রি (140-194 ডিগ্রি ফারেনহাইট) - কম ওয়াটের ঘনত্ব 15-20 ওয়াট/ইন 2 (2.3–3.1 ওয়াট/সেমি 2)।

90-110 ডিগ্রী (194-230 ডিগ্রী ফারেনহাইট) - ওয়াটের ঘনত্ব আরও কমিয়ে 10-15 ওয়াট/ইন² (1.6-2.3 ওয়াট/সেমি²) করতে হবে।

110 ডিগ্রী (230 ডিগ্রী ফারেনহাইট) - এর উপরে PTFE নিমজ্জন হিটারগুলিকে প্রায়শই দীর্ঘায়িত ব্যবহারের জন্য পরামর্শ দেওয়া হয় না।

অনুশীলনে, এই মানগুলি নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য টিউন করতে হবে। উচ্চ তাপ স্থানান্তর সহগ সহ উত্তেজিত স্নানে উচ্চ ওয়াটের ঘনত্ব সহ্য করা যেতে পারে। স্থির বা সান্দ্র তরলের জন্য নিম্ন ওয়াটের ঘনত্ব প্রয়োজন। উদ্দেশ্য হল গ্যারান্টি দেওয়া যে কোথাও PTFE শীথের তাপমাত্রা 110 ডিগ্রির বেশি নয়, এমনকি অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের তারের কাছাকাছি উষ্ণতম স্থানেও।

সুরক্ষা হিসাবে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ
110 ডিগ্রির সীমা পর্যবেক্ষণ করতে, সঠিক তাপমাত্রা পরিমাপ এবং নির্ভরযোগ্য নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। নিমজ্জন উনানগুলির একটি তাপমাত্রা সেন্সর (থার্মোকল বা RTD) থাকা উচিত যতটা সম্ভব গরম করার উপাদানের কাছাকাছি, বা PTFE খাপের ভিতরে। কন্ট্রোলারে সর্বোচ্চ অনুমোদিত তাপমাত্রা সীমাবদ্ধতার ব্যাক আপ হিসাবে একটি উচ্চ-সীমা নিরাপত্তা কাটআউট যোগ করুন।

এটি আবিষ্কৃত হয়েছে যে বেশিরভাগ অকাল পিটিএফই হিটার ব্যর্থতা সেটপয়েন্ট তাপমাত্রা খুব বেশি হওয়ার কারণে নয় বরং স্থানীয়ভাবে অতিরিক্ত গরম হওয়ার কারণে হয়। স্থানীয় অত্যধিক গরমের কারণগুলি:

নিম্নতর তরল স্তর উত্তপ্ত খাপের অংশকে বাতাসে উন্মুক্ত করে।

খাপ পৃষ্ঠে ফাউলিং, তাপ স্থানান্তর হ্রাসের দিকে পরিচালিত করে।

হিটারের চারপাশে দরিদ্র বায়ুপ্রবাহের ফলে এলাকাগুলো স্থবির হয়ে পড়ে।

উচ্চ ওয়াটের ঘনত্বের ফলে অভ্যন্তরীণ তার এবং খাপের পৃষ্ঠের মধ্যে উচ্চ তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট হয়।

এই অবস্থার যে কোনো একটি খাপের তাপমাত্রাকে ক্ষতিকর মাত্রায় বাড়িয়ে দিতে পারে এমনকি যখন বাল্ক তরল তাপমাত্রা 110 ডিগ্রির নিচে থাকে।

উপসংহার
অপারেটিং তাপমাত্রা সরাসরি PTFE খাপের যান্ত্রিক অখণ্ডতাকে প্রভাবিত করে। PTFE এর যান্ত্রিক শক্তির উপর তাপমাত্রার প্রভাবের ফলে প্রসার্য শক্তি হ্রাস পায়, হামাগুড়ি দেওয়ার সংবেদনশীলতা বৃদ্ধি পায় এবং পরিবেষ্টনের উপরে তাপমাত্রায় উপাদানের চাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস পায়। 110 ডিগ্রির ক্রমাগত পরিষেবা সীমাতে, PTFE তার ঘরের তাপমাত্রার প্রসার্য শক্তির মাত্র 40% ধরে রাখে, এবং ক্রীপ রেট দীর্ঘমেয়াদী বিকৃতিকে প্ররোচিত করার জন্য যথেষ্ট পরিমাণে যথেষ্ট হয়ে ওঠে।

110C সীমা একটি নির্বিচারে চিত্র নয় কিন্তু একটি যান্ত্রিক সীমা। এই সীমা অতিক্রম করলে খাপ ভেঙে যাওয়া, বেলুনিং, পাতলা হয়ে যাওয়া, সিল ব্যর্থতা এবং চূড়ান্ত বৈদ্যুতিক ভাঙ্গন হতে পারে। এইভাবে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ এবং সঠিক ওয়াট ঘনত্ব হিটারের জীবন বজায় রাখার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। যখন তাপমাত্রার পরিবেশের মধ্যে কাজ করা হয় যার জন্য এটি ডিজাইন করা হয়েছিল এবং গ্রহণযোগ্য তাপ স্থানান্তর অবস্থার সাথে, PTFE খাপ তার যান্ত্রিক শক্তি বজায় রাখবে এবং নির্ভরযোগ্য অপারেশনের বছরের জন্য অভ্যন্তরীণ গরম করার উপাদানকে রক্ষা করবে।