Spożywczy-Silikon spożywczy w systemach do kawy: zarządzanie rozszerzalnością cieplną w przypadku wycieków-Swobodne parzenie

W komercyjnym ekspresie do kawy wewnętrzna ścieżka płynu to środowisko termiczne o wysokim-cyklu. Pojedyncze urządzenie może przeskoczyć ze stanu gotowości wynoszącego 20 stopni do temperatury parzenia wynoszącej 96 stopni i do 125 stopni w celu dostarczania pary setki razy dziennie. Podczas gdy projektanci skupiają się głównie na regulacji ciśnienia i stabilności temperatury w celu ekstrakcji aromatu, mechaniczne wyzwanie związane z „szczelną-hydrauliką” pozostaje drugorzędnym, ale krytycznym punktem awarii. W tych systemach główną przyczyną poluzowania się złączy i utrzymującego się „mikro-kapania” niekoniecznie jest ciśnienie-, ale niekontrolowana rozszerzalność cieplna elastomerów uszczelniających.

Podstawowe wyzwanie inżynieryjne polega naLiniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE). Większość komercyjnych ekspresów do kawy wykorzystuje hybrydową architekturę wodno-kanalizacyjną: bojlery ze stali nierdzewnej lub mosiądzu i złączki połączone silikonowymi rurkami.

Współczynnik CTE stali nierdzewnej 316 wynosi w przybliżeniu1.6×10-5/K. Dla kontrastu, typowy elastomer silikonowy-spożywczy ma współczynnik CTE w zakresie od2.0Do3.0×10-4/K. Oznacza to, że przy każdym stopniu wzrostu temperatury silikon rozszerza się z niemal szybkością15 do 20 razy większaniż metalowe łączniki, do których jest przymocowany. Kiedy kocioł nagrzewa się do 120 stopni w celu wytworzenia pary, wąż silikonowy próbuje „rosnąć” znacznie szybciej, niż jest w stanie pomieścić metalowy kolczyk lub zewnętrzny zacisk zaciskowy.

Uszczelnienie w ekspresie do kawy opiera się naDopasowanie interferencyjne. Rurka silikonowa jest naciągnięta na kolce, a mechaniczny zacisk zapewnia siłę promieniową wymaganą do utrzymania uszczelnienia.

W miarę nagrzewania się systemu wysoki współczynnik CTE silikonu stwarza scenariusz podwójnego-obciążenia. Po pierwsze, materiał rozszerza się promieniowo, zwiększając nacisk wewnętrzny na zacisk. Jeśli obejma jest sztywna (jak standardowa obejma z uchem), silikon jest w zasadzie „zgnieciony” o metalowy kolczyk. W tych warunkach silikon wykazuje działanierelaksacja stresu. Łańcuchy polimerowe wyrównują się, aby złagodzić naprężenia wewnętrzne.

Kryzys następuje podczas cyklu chłodzenia. Kiedy urządzenie przejdzie w tryb czuwania, a temperatura spadnie z powrotem do 20 stopni, silikon kurczy się 20 razy szybciej niż metal. Ponieważ materiał uległ relaksacji naprężeń w fazie nagrzewania, może już nie powrócić do pierwotnego napięcia interferencyjnego. Ciśnienie na granicy faz spada poniżej ciśnienia płynu, powodując budzący grozę „wyciek w trybie gotowości”.

Aby złagodzić te problemy, wybór pomiędzy utwardzaniem nadtlenkowym-aSilikon utwardzony platyną-to coś więcej niż tylko kwestia bezpieczeństwa żywności; jest to kwestia przewidywalności termomechanicznej.

Silikony-utwardzane nadtlenkami często zawierają szerszy rozkład mas cząsteczkowych i pozostałości lotnych (acetofenon i kwas benzoesowy). Zanieczyszczenia te powodują, że rozszerzanie się materiału jest nieliniowe-i mniej przewidywalne w ciągu tysięcy cykli.

Silikon utwardzany platyną-powstaje w wyniku-reakcji addycji, która nie pozostawia żadnych chemicznych produktów ubocznych. Oprócz tego, że jest „czystszy” i spełnia standardy FDA/BfR w zakresie braku-migracji, silikon utwardzany platyną- charakteryzuje się bardzo jednolitą-gęstością usieciowania. Dla inżyniera ta jednolitość oznacza:stabilny profil CTE. Używając materiału o stałym współczynniku rozszerzalności, projektanci mogą precyzyjnie obliczyć wymagania dotyczące obciążenia zaciskowego-, które uwzględniają cykle termiczne bez powodowania przedwczesnej relaksacji naprężeń.

Precyzyjne warzenie wymaga precyzyjnych specyfikacji. W wysokotemperaturowych-systemach do kawy standardowe tolerancje handlowe są często niewystarczające.

Klasa ISO 3302-1 M1:Uszczelki i węże powinny być produkowane zgodnie ze standardami M1 (wysoka precyzja). Biorąc pod uwagę, że wzrost temperatury o 100 stopni może spowodować:ekspansja objętościowa od 3% do 5%Rozpoczęcie od wąskiej linii bazowej jest niezbędne do utrzymania prawidłowego stopnia sprężania.

Stabilność twardości:A Shore Twardość 60-70 jest typowa dla linii pomp i kotłów. Jednakże związek musi być zaprojektowany z myślą o niskiej „twardości delta” w temperaturze, aby zapewnić, że materiał nie zmięknie tak bardzo, że wypłynie ze złączki pod ciśnieniem.

Krytyczne punkty zastosowania

Węże od bojlera-do-głowicy grupy:Linie te podlegają najczęstszym cyklom termicznym. Wzmocniony silikon utwardzany platyną- jest wymagany, aby wytrzymać ciśnienie zaparzania, a jednocześnie dostosować się do szybkich cykli rozprężania bojlera.

Uszczelki wewnętrzne różdżki parowej:Wystawiony na działanie najwyższych temperatur (120 stopni +). Wysokowydajny-silikon o niskim stopniu sprężania jest tutaj niezbędny, aby zapobiec obejściu pary, która może spowodować oparzenia operatora.

Rury wlotowe pompy wibracyjnej:Chociaż temperatury są tutaj niższe, silikon musi być odporny na „załamanie przy ssaniu”, które może wystąpić, jeśli materiał stanie się zbyt miękki z powodu ciepła otoczenia wewnątrz obudowy maszyny.

Zarządzanie rozszerzalnością cieplną to różnica pomiędzy-maszyną wysokiej klasy, która wytrzyma dziesięć lat, a urządzeniem konsumenckim, które wymaga wezwania serwisu w pierwszym roku. Dopasowując ograniczenia mechaniczne systemu do współczynnika CTE-silikonu utwardzanego platyną, producenci mogą zapewnić, że „środowisko warzenia” pozostanie hermetyczne, niezależnie od wahań temperatury.

Na brtrubberdostarczamy specjalistyczne rozwiązania silikonowe dla światowego przemysłu kawowego. Nasze związki utwardzane platyną-są zoptymalizowane pod kątem stabilności termomechanicznej i spełniają najsurowsze światowe-przepisy dotyczące kontaktu z żywnością. Aby przeprowadzić audyt techniczny profilu rozszerzalności cieplnej ścieżki płynu, skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów, podając konkretną temperaturę kotła i dane dotyczące geometrii złączki.

o wężu do ekspresu do kawy