ঘরের তাপমাত্রায়, PTFE একটি শক্ত, টেকসই প্লাস্টিক। কিন্তু তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়। PTFE নিমজ্জন হিটারগুলি নিরাপদে এবং তাদের ডিজাইনের খামের মধ্যে পরিচালনা করার জন্য এই পরিবর্তনগুলি বোঝা অপরিহার্য। একটি PTFE হিটারের আবরণ কেবল রাসায়নিক প্রতিরোধেরই নয় আরও কিছু করে-এটিকে অবশ্যই পার্শ্ববর্তী তরলের চাপ সহ্য করতে হবে, সময়ের সাথে সাথে বিকৃতি প্রতিরোধ করতে হবে এবং এর আকৃতি বজায় রাখতে হবে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এই সমস্ত যান্ত্রিক ফাংশনগুলি হ্রাস পায়। দPTFE যান্ত্রিক শক্তি তাপমাত্রা প্রভাবতাই PTFE নিমজ্জন উনান নির্দিষ্ট, ইনস্টল, বা অপারেটিং যে কেউ জন্য একটি সমালোচনামূলক বিবেচনা.
কিভাবে তাপমাত্রা PTFE এর আণবিক কাঠামো পরিবর্তন করে
PTFE হল একটি আধা-স্ফটিক পলিমার। ঘরের তাপমাত্রায়, এর আণবিক চেইনগুলি নিরাকার (বিকৃত) অঞ্চলগুলির সাথে ছেদযুক্ত স্ফটিক অঞ্চলে শক্তভাবে প্যাক করা হয়। এই কাঠামো PTFE এর বৈশিষ্ট্যগত শক্তি, কম ঘর্ষণ, এবং রাসায়নিক জড়তা দেয়। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে আণবিক কম্পন বৃদ্ধি পায় এবং স্ফটিক অঞ্চলগুলি গলে যাওয়ার আগে নিরাকার অঞ্চলগুলি নরম হতে শুরু করে।
নিমজ্জন হিটার পরিষেবাতে PTFE-এর ক্রমাগত ব্যবহারের সীমা হিসাবে ব্যাপকভাবে গৃহীত হয়110 ডিগ্রী. এই সীমা নির্বিচারে নয়। এই তাপমাত্রার উপরে, তিনটি স্বতন্ত্র যান্ত্রিক পরিবর্তন দ্রুত ত্বরান্বিত হয়:
প্রসার্য শক্তি হ্রাস- PTFE খাপ প্রসারিত বা ছিঁড়তে প্রয়োজনীয় বল উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়।
ক্রমবর্ধমান হামাগুড়ি- ধ্রুবক লোডের অধীনে (যেমন তরল চাপ বা প্রতিরোধের তারের অভ্যন্তরীণ চাপ), সময়ের সাথে সাথে PTFE ধীরে ধীরে বিকৃত হয়।
নিম্ন চাপ প্রতিরোধের- ডিফারেনশিয়াল চাপে খাপটি ভেঙে পড়ার বা বেলুন হওয়ার জন্য বেশি সংবেদনশীল হয়ে ওঠে।
এটা দেখা যায় যে পিটিএফই 327 ডিগ্রি পর্যন্ত গলে না, এর যান্ত্রিক উপযোগিতা সেই বিন্দুর নীচে শেষ হয়। নিমজ্জন হিটার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, 110 ডিগ্রী ক্রমাগত অপারেশনের জন্য ব্যবহারিক উপরের সীমাকে প্রতিনিধিত্ব করে।
ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে প্রসার্য শক্তি হ্রাস
প্রসার্য শক্তি হল সর্বাধিক চাপ যা একটি উপাদান ভাঙার আগে প্রসারিত হওয়ার সময় সহ্য করতে পারে। PTFE-এর জন্য, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এই বৈশিষ্ট্যটি ক্রমশ কমে যায়। নীচের সারণীটি আদর্শ পরীক্ষা পদ্ধতির (ASTM D638) উপর ভিত্তি করে আনুমানিক মান দেখায়।
| তাপমাত্রা (ডিগ্রী) | তাপমাত্রা (ডিগ্রী F) | আনুমানিক প্রসার্য শক্তি (MPa) | আনুমানিক প্রসার্য শক্তি (psi) | কক্ষের শতাংশ{{0}তাপমাত্রার মান |
|---|---|---|---|---|
| 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: মান প্রতিনিধি। প্রকৃত প্রসার্য শক্তি PTFE গ্রেড, স্ফটিকতা এবং পরীক্ষার অবস্থার উপর নির্ভর করে।
100 ডিগ্রীতে, PTFE এর প্রসার্য শক্তি 23 ডিগ্রীতে এর মানের প্রায় অর্ধেক। 110 ডিগ্রীতে, এটি ঘরের তাপমাত্রার মানের প্রায় 40%-তে নেমে আসে। এই নাটকীয় হ্রাসের অর্থ হল যে কোনও যান্ত্রিক চাপ-তরল চাপ, তাপীয় সম্প্রসারণ, বা হ্যান্ডলিং থেকে হোক না কেন-উন্নত তাপমাত্রায় ক্ষতি হওয়ার সম্ভাবনা অনেক বেশি।
লোড অধীনে হামাগুড়ি এবং বিকৃতি
উন্নত তাপমাত্রায় পিটিএফই-এর একটি মূল সীমাবদ্ধতা হল এর হামাগুড়ি দেওয়ার সংবেদনশীলতা। ক্রীপ হল একটি ধ্রুবক ভারের অধীনে একটি উপাদানের সময়-নির্ভর বিকৃতি। ধাতুর বিপরীতে, যা একটি নির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ডের নীচে ন্যূনতম হামাগুড়ি প্রদর্শন করে, PTFE পরিবেষ্টনের উপরে যে কোনও তাপমাত্রায় হামাগুড়ি দেয়। তাপমাত্রার সাথে সাথে ক্রেপের হার দ্রুত বৃদ্ধি পায়।
একটি PTFE হিটার খাপের জন্য, প্রাসঙ্গিক লোডগুলির মধ্যে রয়েছে:
বাহ্যিক তরল চাপ- গভীর ট্যাঙ্কগুলিতে, হাইড্রোস্ট্যাটিক চাপ প্রতি মিটার গভীরতায় 0.1 বারে পৌঁছাতে পারে। 2-3 মিটারে, এই চাপটি পরিমিত, কিন্তু উচ্চ তাপমাত্রার সাথে মিলিত হলে, এটি ধীরে ধীরে খাপ ভেঙে পড়তে পারে বা ডিম্পল হতে পারে।
প্রতিরোধের তার থেকে অভ্যন্তরীণ চাপ- ধাতু গরম করার উপাদান PTFE এ এমবেড করা হয়। ধাতু এবং PTFE এর মধ্যে তাপীয় প্রসারণের পার্থক্য অভ্যন্তরীণ চাপ তৈরি করে। উচ্চ তাপমাত্রায়, পিটিএফই ক্রিপের মাধ্যমে এই চাপগুলি থেকে মুক্তি দেয়, যা খাপের জ্যামিতি পরিবর্তন করতে পারে।
ক্ল্যাম্পিং বা মাউন্টিং ফোর্স– হিটারে প্রয়োগ করা যেকোনো যান্ত্রিক সংযম (যেমন, বন্ধনী, ফ্ল্যাঞ্জ বা সমর্থন) স্থানীয় চাপের ঘনত্ব তৈরি করে। ক্রীপ PTFE-কে উচ্চ-চাপ বিন্দু থেকে প্রবাহিত করতে পারে, যার ফলে শিথিল বা সীল ব্যর্থ হয়।
অনুশীলনে, লতানো স্বল্প মেয়াদে খুব কমই বিপর্যয়কর। 105 ডিগ্রীতে চালিত একটি হিটার মাস বা এমনকি বছরের জন্য কোন দৃশ্যমান বিকৃতি দেখাতে পারে না। যাইহোক, সময়ের সাথে সাথে, হামাগুড়ির কারণে কিছু নির্দিষ্ট জায়গায় খাপ পাতলা হয়ে যেতে পারে, যা অস্তরক শক্তি এবং যান্ত্রিক সুরক্ষা হ্রাস করে। আরও সমালোচনামূলকভাবে, PTFE খাপ এবং টার্মিনাল সিলের মধ্যে ইন্টারফেসে হামাগুড়ি দিয়ে হিটারে প্রবেশ করার জন্য আর্দ্রতা বা ক্ষয়কারী বাষ্পের পথ খুলতে পারে।
চাপ প্রতিরোধ এবং পতন বা বেলুনিং ঝুঁকি
PTFE হিটার শীথ চাপের জাহাজ নয়। তারা ভিতরে এবং বাইরে উভয় বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বা কাছাকাছি কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে. প্রতিরোধের তারের অভ্যন্তরীণ গহ্বরে চাপ দেওয়া হয় না; এটি পরিবেষ্টিত চাপে PTFE বা বায়ু দিয়ে ভরা হয়। যাইহোক, দুটি চাপ-সংক্রান্ত ব্যর্থতার মোড বিদ্যমান:
বাহ্যিক চাপের পতন- যদি বাহ্যিক তরল চাপ পর্যাপ্ত ব্যবধানে অভ্যন্তরীণ চাপকে ছাড়িয়ে যায়, তাহলে খাপটি ভিতরের দিকে ভেঙে যেতে পারে। উচ্চ তাপমাত্রায় এটি হওয়ার সম্ভাবনা বেশি কারণ PTFE এর ইলাস্টিক মডুলাস (কঠিনতা) কমে যায়। পতনকে সাধারণত খাপের একটি চ্যাপ্টা বা ডিম্পল অংশ হিসাবে দেখা হয়।
অভ্যন্তরীণ চাপ বেলুনিং- আটকে থাকা গ্যাসের প্রসারণ বা আউটগ্যাসিংয়ের কারণে যদি অভ্যন্তরীণ গহ্বরে চাপ পড়ে, তবে গরম, নরম PTFE বেলুন বাইরের দিকে যেতে পারে। এটি কম সাধারণ কিন্তু হিটারের ভিতরে আর্দ্রতা বাষ্পে পরিণত হলে ঘটতে পারে।
দPTFE যান্ত্রিক শক্তি তাপমাত্রা প্রভাবউভয় ব্যর্থতা মোড সরাসরি নিয়ন্ত্রণ করে। 23 ডিগ্রীতে, PTFE স্থায়ী বিকৃতি ছাড়াই বেশ কয়েকটি বারের ডিফারেনশিয়াল চাপ সহ্য করতে পারে। 110 ডিগ্রিতে, একই ডিফারেনশিয়াল চাপ অবিলম্বে পতন বা বেলুনিং হতে পারে। এই কারণে, PTFE হিটারগুলিকে কখনই উচ্চ-চাপের পরিবেশে চালিত করা উচিত নয় বা দ্রুত চাপের পরিবর্তনের শিকার হওয়া উচিত নয়৷
110 ডিগ্রি ক্রমাগত সীমা অতিক্রম করার পরিণতি
110 ডিগ্রির সামান্য উপরে স্বল্পমেয়াদী ভ্রমণগুলি তাৎক্ষণিক ব্যর্থতা ছাড়াই সহ্য করা যেতে পারে। যাইহোক, এই সীমার উপরে বারবার বা দীর্ঘায়িত অপারেশন স্থায়ী ক্ষতির ঝুঁকি রাখে। পরিলক্ষিত ফলাফল অন্তর্ভুক্ত:
খাপ পাতলা এবং স্থানীয় হটস্পট- ক্রিপ পিটিএফইকে উষ্ণতম এলাকা থেকে দূরে প্রবাহিত করতে দেয়, যা খাপের পুরুত্ব হ্রাস করে। পাতলা এলাকায় উচ্চ তাপ পরিবাহিতা থাকে, একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপ তৈরি করে যা স্থানীয় অতিরিক্ত উত্তাপকে ত্বরান্বিত করে।
অস্তরক শক্তি হ্রাস- পাতলা খাপের অংশগুলি বৈদ্যুতিক নিরোধক মার্জিন হ্রাস করে, ভাঙ্গনের ঝুঁকি বাড়ায়।
স্থায়ী বিকৃতি- একবার পিটিএফই ক্রেপ্ট বা বিকৃত হয়ে গেলে, শীতলকরণ মূল আকৃতি পুনরুদ্ধার করে না। একটি ধসে পড়া বা বেলুনযুক্ত খাপ মেরামত করা যাবে না।
সীল ব্যর্থতা- কোল্ড জোন সীল PTFE খাপ এবং টার্মিনাল সমাবেশের মধ্যে একটি স্নাগ ফিট উপর নির্ভর করে। ক্রিপ এই ফিটকে আপস করতে পারে, তরল বা বাষ্প প্রবেশের অনুমতি দেয়।
এটা গুরুত্বপূর্ণ যে 110 ডিগ্রী সীমা PTFE খাপের তাপমাত্রায় প্রযোজ্য, অগত্যা বাল্ক তরল তাপমাত্রা নয়। একটি ভাল-ডিজাইন করা হিটারে, খাপের তাপমাত্রা তরল তাপমাত্রার থেকে সামান্য বেশি কারণ তাপ প্রতিরোধের তার থেকে তরলে দক্ষতার সাথে স্থানান্তরিত হয়। যাইহোক, যদি ওয়াটের ঘনত্ব (প্রতি ইউনিট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের শক্তি) খুব বেশি হয়, বা যদি তরল স্তর উত্তপ্ত অংশের নীচে নেমে যায়, তবে তরল নিজেই 110 ডিগ্রির নিচে থাকলেও খাপের তাপমাত্রা তরল তাপমাত্রার অনেক উপরে উঠতে পারে।
উচ্চ-তাপমাত্রা পরিষেবার জন্য ওয়াট ঘনত্ব কমানো৷
কারণPTFE যান্ত্রিক শক্তি তাপমাত্রা প্রভাবস্ট্রেস সহ্য করার উপাদানের ক্ষমতা হ্রাস করে, 110 ডিগ্রির কাছাকাছি পরিষেবার জন্য নিমজ্জন হিটারগুলিকে নিম্ন তাপমাত্রায় ব্যবহৃত হিটারের চেয়ে কম ওয়াটের ঘনত্বে কাজ করতে হবে। ওয়াট ঘনত্ব হল হিটিং পৃষ্ঠের প্রতি ইউনিট এলাকায় পাওয়ার আউটপুট, সাধারণত ওয়াট প্রতি বর্গ ইঞ্চি (W/in²) বা ওয়াট প্রতি বর্গ সেন্টিমিটার (W/cm²) দ্বারা প্রকাশ করা হয়।
PTFE নিমজ্জন হিটারের জন্য সাধারণ নির্দেশিকা হল:
60 ডিগ্রি (140 ডিগ্রি ফারেনহাইট) পর্যন্ত– 25-30 W/in² (3.9–4.7 W/cm²) পর্যন্ত ওয়াটের ঘনত্ব গ্রহণযোগ্য।
60-90 ডিগ্রি (140-194 ডিগ্রি ফারেনহাইট)– ওয়াটের ঘনত্ব 15-20 W/in² (2.3–3.1 W/cm²) এ কমিয়ে আনতে হবে।
90-110 ডিগ্রী (194-230 ডিগ্রী ফা)– ওয়াটের ঘনত্ব আরও কমিয়ে 10-15 W/in² (1.6–2.3 W/cm²) এ নামিয়ে আনতে হবে।
110 ডিগ্রির উপরে (230 ডিগ্রি ফারেনহাইট)- PTFE নিমজ্জন উনান সাধারণত ক্রমাগত অপারেশন জন্য সুপারিশ করা হয় না.
অনুশীলনে, এই মানগুলি নির্দিষ্ট প্রয়োগের উপর ভিত্তি করে সমন্বয় করা আবশ্যক। উচ্চ তাপ স্থানান্তর সহগ সহ উত্তেজিত স্নান উচ্চ ওয়াট ঘনত্ব সহ্য করতে পারে। স্থবির বা সান্দ্র তরল কম ওয়াট ঘনত্ব প্রয়োজন. লক্ষ্য হল অভ্যন্তরীণ রেজিস্ট্যান্স তারের নিকটবর্তী উষ্ণ দাগ সহ PTFE খাপের তাপমাত্রা কখনই 110 ডিগ্রির বেশি না হয় তা নিশ্চিত করা।
একটি প্রতিরক্ষামূলক ব্যবস্থা হিসাবে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ
110 ডিগ্রি সীমাকে সম্মান করার জন্য সঠিক তাপমাত্রা পরিমাপ এবং নির্ভরযোগ্য নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। নিমজ্জন উনানগুলিকে একটি তাপমাত্রা সেন্সর (থার্মোকল বা RTD) দিয়ে সজ্জিত করা উচিত যতটা সম্ভব গরম করার উপাদানের কাছাকাছি বা PTFE খাপের মধ্যে রাখা। কন্ট্রোলারটি সর্বোচ্চ অনুমোদিত তাপমাত্রা সীমা সহ সেট করা উচিত এবং ব্যাকআপ হিসাবে একটি উচ্চ-সীমা নিরাপত্তা কাটআউট প্রদান করা উচিত।
এটা দেখা যায় যে অনেক অকাল পিটিএফই হিটারের ব্যর্থতা সেটপয়েন্ট তাপমাত্রা খুব বেশি হওয়ার কারণে নয়, বরং স্থানীয়ভাবে অতিরিক্ত গরম হওয়ার কারণে ঘটে। স্থানীয়ভাবে অতিরিক্ত গরম করার কারণগুলির মধ্যে রয়েছে:
নিম্নতর তরল স্তর উত্তপ্ত খাপের একটি অংশকে বাতাসে উন্মুক্ত করে।
স্কেল বা খাপ পৃষ্ঠে ফাউলিং তাপ স্থানান্তর হ্রাস.
খারাপ সঞ্চালন হিটারের চারপাশে স্থবির অঞ্চল তৈরি করে।
উচ্চ ওয়াট ঘনত্ব অভ্যন্তরীণ তার এবং খাপ পৃষ্ঠের মধ্যে একটি বড় তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে।
এই কারণগুলির প্রত্যেকটি খাপের তাপমাত্রাকে ক্ষতিকর মাত্রায় বাড়িয়ে তুলতে পারে এমনকি যখন বাল্ক তরল তাপমাত্রা 110 ডিগ্রির নিচে থাকে।
উপসংহার
অপারেটিং তাপমাত্রা সরাসরি PTFE খাপের যান্ত্রিক অখণ্ডতাকে প্রভাবিত করে। দPTFE যান্ত্রিক শক্তি তাপমাত্রা প্রভাবএটি উপাদানটিকে প্রসার্য শক্তি হারায়, হামাগুড়ি দেওয়ার জন্য আরও সংবেদনশীল হয়ে ওঠে এবং তাপমাত্রা পরিবেষ্টনের উপরে বৃদ্ধির সাথে সাথে এর চাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে। 110 ডিগ্রীর ক্রমাগত পরিষেবা সীমাতে, PTFE তার ঘরের প্রায় 40%-তাপমাত্রার প্রসার্য শক্তি ধরে রাখে এবং ক্রীপ রেটগুলি দীর্ঘ-মেয়াদী বিকৃতি ঘটাতে যথেষ্ট তাৎপর্যপূর্ণ হয়ে ওঠে।
110 ডিগ্রী সীমা অবশ্যই একটি বিমূর্ত স্পেসিফিকেশন হিসাবে নয় বরং একটি যান্ত্রিক প্রয়োজনীয়তা হিসাবে সম্মান করা উচিত। এই সীমা অতিক্রম করলে খাপ ভেঙে যাওয়া, বেলুনিং, পাতলা হয়ে যাওয়া, সিল ব্যর্থতা এবং শেষ পর্যন্ত বৈদ্যুতিক ভাঙ্গনের ঝুঁকি থাকে। তাই হিটারের জীবন রক্ষার জন্য তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ এবং সঠিক ওয়াটের ঘনত্ব অপরিহার্য। পরিকল্পিত তাপমাত্রা খামের মধ্যে কাজ করে এবং পর্যাপ্ত তাপ স্থানান্তর পরিস্থিতি নিশ্চিত করে, PTFE খাপ তার যান্ত্রিক শক্তি বজায় রাখতে পারে এবং বছরের পর বছর নির্ভরযোগ্য পরিষেবার জন্য অভ্যন্তরীণ গরম করার উপাদান রক্ষা করতে পারে।
