Como o método de aterramento elétrico (não aterrado, uma{0}}extremidade aterrada ou central-aterrada) de um aquecedor revestido de titânio afeta o risco de corrosão por corrente parasita em um eletrólito condutor (por exemplo, 5% de NaCl)?

A compensação básica no projeto de aterramento para eletrólitos condutores
Aquecedores revestidos de titânio em eletrólitos condutores (salmoura NaCl a 5%, água do mar ou ácidos diluídos) podem estar sujeitos à corrosão por correntes parasitas quando o aterramento elétrico cria canais de corrente indesejados. Se a bainha estiver em um potencial elétrico diferente do potencial elétrico do tanque ou da solução, correntes parasitas fluirão da bainha do aquecedor para o terra através do eletrólito. Dependendo do esquema de aterramento, a bainha de titânio será um ânodo (corroído) ou um cátodo (protegido). Existem três configurações típicas de aterramento: não aterrado (flutuante), uma-extremidade aterrada (bainha ligada ao terra na caixa de junção) e derivação central-aterrada (o ponto central do fio de resistência interna aterrado). Cada um dos métodos resulta em uma distribuição de potencial distinta ao longo do comprimento da bainha e isso influencia a localização e a gravidade da corrosão por correntes parasitas. A potência eletroquímica não é impedida pela espessura da parede, embora o tempo de perfuração após o início da corrosão seja afetado.

Efeito na integridade mecânica: zonas anódicas, caminhos de correntes parasitas
Em um aquecedor não aterrado (bainha eletricamente separada do terra), não há circuito fechado para correntes parasitas e a bainha de titânio assume o potencial de circuito-aberto do eletrólito (em torno de -0,2 V vs. Ag/AgCl em 5% NaCl). Não há corrosão por corrente parasita, pois não há como a corrente fluir. No entanto, a carga estática pode acumular-se e tornar-se num perigo de faísca em atmosferas inflamáveis.

Em um-aquecedor aterrado de uma extremidade (aterrado na extremidade da caixa de junção), a extremidade aterrada está em 0 V e a extremidade imersa flutua no potencial do eletrólito. Pode existir um gradiente ao longo do comprimento da bainha. Na extremidade imersa, a corrente flui do eletrólito para a bainha (região catódica, protegida), enquanto na extremidade aterrada a corrente flui da bainha para o eletrólito (região anódica, corrói). A zona anódica está normalmente localizada a 50-150 mm da extremidade aterrada. A taxa de corrosão nesta zona pode atingir 0,5-2,0 mm/ano dependendo da condutividade do eletrólito e da tensão parasita.

Em um aquecedor aterrado com derivação central (ou seja, o meio do fio de resistência interna é aterrado, mas não a bainha), a bainha é separada do terra, mas o aterramento do fio interno gera um acoplamento capacitivo. Sob operação CA, pequenas correntes (microamperes a miliamperes) passam através do isolamento de MgO para a bainha e subsequentemente para o eletrólito. Isto causa uma quantidade modesta de corrente parasita em toda a superfície da bainha, criando uma corrosão generalizada de 0,05-0,20 mm por ano.

Efeito no desempenho térmico: Nenhum efeito direto
A transmissão de calor e o desempenho térmico são independentes do método de aterramento. O aterramento elétrico não influencia a distribuição de temperatura ao longo da bainha, que é ditada pela densidade de potência e pelas condições do fluido.

Síntese-de compensação: método de aterramento versus risco de corrente parasita
Método de aterramento Localização da zona anódica Taxa de corrosão típica (mm/ano) Espessura da parede (mm) para 5 anos de serviço Nível de risco
Flutuante (não aterrado)Nenhum 0.00 0.8 (somente mecânico) Nenhum (mas perigo estático)
Aterrado em uma extremidade (caixa de junção)Próximo à extremidade aterrada (50-150 mm) 0.5 - 2.0 mm/ano 3.5 - 10.5 mm Alto - não é possível
Isolamento dielétrico + uma extremidade aterradaNenhum (se devidamente isolado) 0.00 0.8 mm Isolamento: Nenhum
Bainha flutuante (aterrada no centro-toque)Uniforme ao longo da bainha 0,05 – 0,20 mm/ano 1,1 – 1,8 mm Baixo para mod.
Torneira central aterrada + controle de umidade MgO Uniforme 0,02 – 0,05 mm/ano 0,9 – 1,1 mm Aceitável
O aterramento-de uma extremidade sem isolamento dielétrico não é aplicável a eletrólitos condutores, devido à taxa de corrosão localizada próxima à extremidade aterrada ser superior a 0,5 mm/ano, o que requer paredes pouco espessas.

Engenharia atrás da parede: isolamento dielétrico e práticas de aterramento
Para aquecedores revestidos de titânio usados ​​em eletrólitos condutores, a prática preferida é operar sem aterramento (flutuante) com detecção de falta à terra. O aquecedor é isolado eletricamente do tanque por juntas e mangas de PTFE ou PEEK. Um monitor de falta à terra fornece um aviso quando a corrente de fuga atinge um limite seguro (geralmente 5-30 mA). Isso elimina totalmente a corrosão por correntes parasitas.

If the electrical code requires grounding (for example, for personnel safety), a dielectric union or insulated flange must be provided between the grounded junction box and tank on a one-end grounded heater. This avoids anodic sheath. The dielectric isolation shall be tested to a resistance of >100 MΩ a 500 VCC. Ou o aterramento da derivação central-com uma bainha flutuante fornece uma corrente parasita-de baixo nível controlada que causa menos corrosão se o isolamento de MgO estiver seco e de boa qualidade.

Conclusão: não aterrado com preferência pelo GFCI-a espessura da parede é irrelevante
O método de aterramento elétrico de um aquecedor revestido de titânio em um eletrólito condutor (5% NaCl) determina o risco de corrosão por correntes parasitas, que pode exigir paredes impraticavelmente espessas para atingir uma vida útil de 5 anos. O aterramento-de uma extremidade sem isolamento dielétrico leva a taxas de corrosão local de 0,5-2,0 mm por ano perto da extremidade aterrada, exigindo paredes de 3,5-10,5 mm-o que não é possível para tubos de aquecedor. A especificação deve ser para um aquecedor não aterrado (flutuante) com proteção de interruptor de circuito de falha de aterramento (GFCI) e isolamento dielétrico no flange de montagem. Isso remove a corrosão por correntes parasitas, permitindo uma espessura de parede normal de 1,0-1,2 mm. Se for necessário aterramento, instale uma união dielétrica e aterramento em uma extremidade ou utilize aterramento central com MgO seco de boa qualidade. Forneça ao fabricante o método de aterramento e a condutividade do eletrólito necessários para confirmar que a corrosão por correntes parasitas foi reduzida. A espessura da parede é uma variável secundária. O principal requisito do projeto é a prevenção de correntes parasitas.