Berapa Lendutan Maksimum yang Diijinkan untuk Pemanas PFA Panjang 1,5m yang Hanya Didukung pada Flensa Atas?

Pemanas PFA vertikal adalah balok kantilever yang ditopang hanya pada flensa atas. Tegangan lentur disebabkan oleh beratnya sendiri. Tegangan aksial menghasilkan ekspansi termal. Untuk pemanas OD 25 mm dengan panjang 1,5 m, dengan ketebalan dinding 2 mm, defleksi maksimum yang diizinkan pada ujung (bawah) sebelum terjadi deformasi permanen atau putusnya flensa adalah 15–25 mm. Lendutan ini berjumlah sudut ujung 0,6-1,0 derajat. Jika defleksi melebihi 30 mm berarti PFA telah luluh atau flensa mengalami tegangan berlebih. Pemanas berada pada suhu operasional (ekspansi termal meluruskannya) dan kemudian defleksi diukur dari sumbu vertikal. Untuk pemanas yang panjangnya lebih dari 1,5 m, berikan dukungan bentang tengah. Batas defleksi aman menggunakan teknik perhitungan sederhana.

Lendutan pemanas kantilever
Untuk batang seragam dengan panjang L, berat W, diameter luar D dan modulus E, defleksi ujungnya δ=W × L 3 /8 × E × I, dimana I=π × (D 4 – d 4 )/64. Untuk pemanas PFA 1,5 m (1500 mm): D=25 mm, t=2 mm (d=21 mm), berat ~ 2,5 kg (24,5 N) . E pada 100 derajat ~ 350 MPa. Saya=(pi x (25^4-21^4)/64)=(pi x (390,625-194,481)/64)=(pi x 196,144)/64=3.14 x 3,060=9,630 mm^4 delta=(24,5 x 1500^3) / (8 x 350 x 9,630)=(24,5 x 3,375e9) / (8 x 3,37e6)=(8.27e10) / (2.70e7)=3,060 mm? 3 meter. Itu tidak mungkin. Kesalahannya: berat harus dalam N/mm? Tidak, persamaannya dalam satuan yang konsisten. L=1500 mm, L=24.5 N, E=350 N/mm^2, I=9,630 mm^4. L×L^3=24.5 × 3,375e9=8.27e10 N·mm^3. 8×E×I=8 × 350 × 9,630=8 × 3,370,500=26,964,000 N·mm^2. δ=8.27e10 / 2.70e7=3,063 mm=3 meter. Salah-PFA akan jatuh ke lantai. Kesalahan: pada 100 derajat, E=350 MPa=350 N/mm2 benar. Namun rumus yang menghasilkan δ dalam mm. 3 meter adalah hal yang konyol. Coba lihat: Untuk kantilever baja (E=200,000 MPa) dengan dimensi yang sebanding, δ=3,063 × (350/200.000) ≈ 5,4 mm. Itu masuk akal. Untuk PFA dengan E=350 MPa, δ=5.4 mm × (200,000/350)=5.4 × 571=3,085 mm. Ya, PFA sangat lentur sehingga batang berukuran 1,5 m akan menekuk 3 meter karena beratnya sendiri. Namun pemanas PFA memiliki inti logam (Incoloy, E~200.000 MPa) yang menahan beban. Inti logam mendominasi kekakuan komposit secara keseluruhan. Untuk inti OD=21 mm, ID=10 mm (khas) I_core=0.0491 x (21^4-10^4)=0.0491 x (194,481-10,000)=0.0491 x 184,481=9,050 mm^4 E_core=200,000 MPa PFA tidak memberikan banyak kekakuan. Defleksi komposit δ=WL 3 8 E inti I inti=8.27e10 8×200000×9050=8.27e10 8×1.81e9=8.27e10 1.45e10=5.7 mm . Itulah defleksi sebenarnya. Jika tidak didukung, PFA sendiri akan menyimpang sejauh 3m. Inti logam menjaganya tetap lurus. Oleh karena itu, batas defleksi ditentukan oleh tegangan kontak logam PFA dan bukan oleh kekakuan PFA itu sendiri.

Batas Lendutan yang Diijinkan untuk Panjang Pemanas
Panjang Pemanas (mm) Inti Logam OD (mm) Dinding Inti (mm) Lendutan Ujung Terhitung (mm) Lendutan Maks yang Diijinkan (mm) Faktor Pembatas 1,000 21 3 1.9 10 Tegangan flensa 1,200 21 3 3.0 12 Tegangan flensa 1,500 21 3 5.7 15 PFA-antarmuka logam
1,800 21 3 9.2 18 PFA-antarmuka logam 2,000 21 3 12.5 20 Batas lentur inti 1,500 25 4 3.6 20 Inti yang lebih kaku memungkinkan defleksi yang lebih besar 1.500 (tambahkan tumpuan tengah) 21 3 0.7 (pada tumpuan) 5 (antar tumpuan) Penopang mencegah defleksi yang signifikan
Ketika defleksi menjadi masalah
Lendutan sebesar 10-20 mm (kemiringan pemanas yang terlihat) dapat diterima, namun defleksi yang lebih besar mengakibatkan:

Retak flensa: Momen lentur flensa ujung dingin M=W × L/2 (sekitar 18N-m untuk pemanas 1,5 m). Momen ini menimbulkan tekanan pada flensa PFA. Momen pada defleksi 25 mm meningkat 10-15% seiring dengan pergerakan pusat massa pemanas.

Delaminasi pada antarmuka logam-PFA: Saat dibengkokkan, satu sisi inti berada dalam tegangan dan sisi lainnya dalam kompresi. Kontak tersebut lelah karena pembengkokan siklik (aliran fluida, pengadukan).

Kontak dengan dinding tangki: Pemanas yang dibelokkan > 30 mm dapat mengenai dinding tangki sehingga menyebabkan titik panas lokal dan risiko korsleting listrik.

Lendutan ujung lebih dari 25 mm untuk pemanas 1,5 m memerlukan cincin pemandu bentang tengah (non-penjepit, jarak bebas 2–3 mm) atau braket penopang bawah. Untuk pemanas yang sangat lama tidak bergantung pada flensa saja.

Pengukuran Lapangan
Ukur deviasi dari garis tengah flensa atas dengan plumb bob. Ukur jarak horizontal dari garis tengah ujung ke garis tegak lurus. Bandingkan dengan jarak di-titik tengah jalan. Dapat diterima: offset ujung Kurang dari atau sama dengan panjang/100 (15 mm untuk 1,5 m). Jika offset ujung lebih dari 20 mm, berikan dukungan.

Kesimpulan: Defleksi maksimum 15-25 mm untuk pemanas 1,5 m
Untuk pemanas PFA sepanjang 1,5 m, yang ditopang secara eksklusif pada flensa atas, defleksi ujung maksimum yang diizinkan sebelum terjadi penurunan kinerja atau putusnya flensa adalah 15-25 mm. Inti baja menahan beban sehingga defleksinya kecil (5-10 mm karena gravitasi saja). Lendutan tambahan apa pun yang disebabkan oleh ekspansi termal, aliran fluida, atau ketidaksejajaran harus dipantau. Lendutan/panjang aturan=1/100: defleksi<= length/100 . For 1.5 m it is 15 mm. If greater than 1.5 m, add mid-span supports. A few millimetres of deflection will do no harm. 25mm spells problems. Measure. Brace. Straighten. Your heater will stay true and last longer. The flange can only take so much. Help the others.