Um aquecedor PFA com uma malha de metal incorporada na camada externa pode fornecer-detecção de falhas de aterramento sem expor o metal?

O método usual de detecção de faltas à terra em aquecedores PFA é medir a corrente de fuga do elemento de aquecimento para o líquido do processo. Se a bainha de PFA estiver rachada ou permeável, o líquido encontra o núcleo metálico e uma rota condutora é formada. No entanto, quando isso acontece, o aquecedor já está gravemente danificado. As falhas podem ser detectadas mais cedo, sem expor o metal descoberto ao processo corrosivo, usando um aquecedor de PFA com uma malha metálica implantada na camada externa (entre duas camadas de PFA). A malha geralmente é de aço inoxidável ou níquel e é acoplada a um monitor de falha à terra. Quando a camada externa de PFA é quebrada (desgastada, atacada quimicamente ou rachada), o líquido do processo entra em contato com a malha embutida, completando um circuito para a terra e causando um alerta ou desligamento. A camada interna de PFA permanece no lugar, para que o núcleo metálico não entre em contato com o banho e o contamine. Esta configuração permite a detecção da deterioração da bainha enquanto a barreira principal (PFA interna) permanece completamente funcional. Ele detecta com segurança danos mecânicos, abrasão e ataque químico, mas não detecta penetração (difusão molecular através de PFA intacto).

Princípio de Construção e Detecção
O aquecedor tem uma estrutura de três{0}}camadas: PFA interno (1,0-1,5 mm) sobre o núcleo de metal, uma malha condutora (0,1-0,3 mm de espessura, 50-80% de área aberta) e PFA externo (0,3-0,5 mm) sobre a malha. A malha é conectada a um monitor de falta à terra (GFCI dedicado ou regular com um limite inferior, 1–5 mA). Durante a operação normal, a malha é isolada do líquido do processo pelo PFA externo. A malha está flutuando no solo (ou na tensão de referência). Se a camada externa for rompida por um arranhão, desgaste ou rachadura, o líquido condutor toca a malha. A corrente de fuga (geralmente 0,5-5mA) passa do elemento de aquecimento (120-480VAC) através do PFA interno (acoplamento capacitivo ou falha) através da malha até o terra. O monitor vê esta corrente e desliga o aquecedor ou emite um alarme. A camada interna de PFA permanece no lugar e o fluido do processo não toca o núcleo metálico. O aquecedor pode ser substituído antes que ocorra uma falha catastrófica ou contaminação do banho.

A malha deve ser construída de modo que não seja formado nenhum caminho de acoplamento capacitivo que possa gerar disparos espúrios. Para um aquecedor de 1 m² com malha de aço inoxidável (50% de cobertura), a capacitância entre o elemento de aquecimento e a malha é da ordem de 50-200 pF. A corrente de fuga capacitiva é de 0,5-2 μA a 60 Hz, o que está muito abaixo dos limites de disparo convencionais (1-5 mA). Falsos disparos através de acoplamento capacitivo não são um problema. A malha, entretanto, deve ser isolada eletricamente do núcleo metálico. Qualquer contato direto gera uma falta permanente à terra. Durante a fabricação, a camada interna de PFA deve estar livre de furos e a malha deve ser colocada sem perfurar a camada interna.

Sucesso na detecção do modo de falha
Modo de falha Falha externa do PFA Violação interna do PFA? Possibilidade de detecção de malha? Vantagem de tempo versus GFCI convencional
Abrasão (camada externa desgastada) Sim Não Sim Meses a anos
Arranhar por ferramenta ou detritosSim Não Sim Meses a anos
Ataque químico (deterioração da superfície) Sim (com o tempo)Não (no início) Sim Semanas a meses
Fissuração térmica (ciclagem)Sim (propagação da fissura para fora)Ainda não Sim Semanas a meses
Danos por impacto (ding)Sim (se houver violação externa) Não Talvez Meses
Permeação (difusão molecular) Não (integridade) Não Não (sem contato com líquido) Nenhuma (igual ao padrão)
Pinhole em duas camadas (defeito de fabricação) Sim Sim Sim (mas núcleo exposto) Nenhum (o antigo GFCI dispara ao mesmo tempo)
Rachadura na camada interna (externa fina) Não Sim Não (o líquido chega ao núcleo, não à malha) Nenhum (o GFCI convencional detecta a exposição do núcleo)
Desempenho e limitações em campo
Experimentos de campo de aquecedores PFA embutidos com malha em serviço de lama abrasiva (areia de sílica, 2 m/s, 80 graus) durante 2 anos resultaram em Durante o teste, 12 dos 50 aquecedores tiveram uma ruptura na camada externa (verificada pelo declínio na resistência de isolamento entre a malha e o solo). A camada interna de PFA estava intacta em todos os 12 casos. O detector de malha teria disparado 1-2 horas após a violação da camada externa, mas um GFCI padrão (que detecta vazamentos do núcleo) não teria disparado, porque o núcleo ainda estava isolado. A espessura média restante do PFA interno em alerta era de 1,1-1,4 mm (iniciada em 1,5 mm) - restava muita barreira. Sem a malha, estes aquecedores teriam estado activos até à ruptura da camada interna (estimada 3-9 meses mais tarde), altura em que ocorreria a contaminação do banho. A malha deu um aviso prévio de 3 a 9 meses.

No serviço químico (30% HCl, 90 graus), cinco aquecedores tiveram rachaduras na camada externa devido à ciclagem térmica. A malha foi capaz de detectar todos os cinco em 1-2 ciclos após o início da trinca. Um GFCI padrão não teria disparado até que a trinca se propagasse para a camada interna (20 a 50 ciclos depois). A malha novamente deu um bom aviso antecipado. Como esperado, nenhuma falha de permeação (difusão molecular do ácido através do PFA intacto) foi observada pela malha. Para aplicações onde a permeação é o principal modo de falha (por exemplo, HF concentrado em alta temperatura), a malha oferece pouca vantagem.

Instalação e Monitoramento
A malha precisa de sua própria conexão elétrica – um terceiro fio no cabo do aquecedor (além da linha, neutro e aterramento central). Você deseja que o aterramento da malha seja separado do aterramento central para não confundir. É prática padrão conectar a malha ao monitor e o monitor ao aterramento do sistema.

A malha acrescenta 15-30% ao custo do aquecedor.