Como saber se o elemento de aquecimento dentro do tubo de PTFE está queimado ou em curto

Duas das falhas mais críticas e finais nos tubos de aquecimento de PTFE são o curto-circuito e o circuito aberto do elemento de aquecimento interno. Em ambos os casos, o dano envolve danos elétricos permanentes ao fio resistivo embutido no isolamento de Óxido de Magnésio (MgO). Neste ponto de falha, o aquecedor não é mais capaz de cumprir sua função, de forma segura ou confiável, e deve ser substituído imediatamente.

Num contexto industrial é importante conhecer os sintomas e ser capaz de fazer diagnósticos elétricos básicos com um voltímetro para determinar falhas com precisão.

Modos de falha: curto-circuito, circuito aberto
Isso ocorre quando o fio de aquecimento interno entra em contato elétrico com a bainha metálica, resultando em um curto-circuito. Isso-passa pelo canal resistivo especificado e fornece um caminho de baixa resistência para o fluxo de eletricidade. Isso resulta em um consumo de corrente rápido e alto.

Em operação, um curto-circuito geralmente leva ao desarme imediato do disjuntor. Em sistemas com dispositivos de proteção, o circuito é capaz de se desconectar imediatamente após a inicialização-. Se estiver ruim você poderá ouvir um forte “bang” ou ver um arco enquanto a energia é descarregada rapidamente. Este tipo de falha é perigoso porque pode causar superaquecimento no local da falha e também pode causar tensão nos componentes elétricos a montante.

Por outro lado, se o fio de aquecimento queimar ou quebrar fisicamente dentro do isolamento de MgO, forma-se um circuito aberto. Isso interrompe a continuidade elétrica do elemento. Esta é uma situação em que nenhuma corrente passa pelo aquecedor, portanto nenhum calor é gerado, mesmo que o sistema pareça energizado. Normalmente o sistema de controle indica a saída de potência, mas a temperatura do processo não aumenta e este é o estado que observamos.

Usando um multímetro para diagnóstico
Ambos os cenários de falha podem ser detectados usando o multímetro típico usado para medição de resistência e testes de continuidade. Antes do teste, o tubo de aquecimento precisa estar bem isolado da fonte de energia.

Passo 1: Teste a resistência nos cabos de alimentação
A medição de diagnóstico inicial é realizada nos dois terminais de potência do elemento de aquecimento.

Um bom aquecedor deve ter uma leitura de resistência constante no multímetro na faixa da classificação do aquecedor em watts. Mas o fracasso é indicado por duas condições aberrantes:

Circuito aberto (resistência infinita ou leitura OL): O fio de aquecimento interno queimou ou quebrou. A continuidade elétrica completa é perdida, confirmando a queima do elemento. Não há corrente fluindo pelo circuito.

Resistência muito baixa (cerca de 0 Ω): Isto mostra um curto direto no elemento, significando que o fio resistivo não está mais fazendo o que deveria. Também pode significar fusão interna ou fusão de condutores em circunstâncias extremas.

Ambos são danos internos permanentes.

2. Fazendo medições de cada cabo até a bainha de metal
O segundo teste importante é realizado entre cada cabo de alimentação e a bainha metálica do tubo de aquecimento de PTFE.

Um sistema normal de funcionamento deve ter alta resistência (mais do que a capacidade detectável de um multímetro convencional). Se houver alguma resistência ou continuidade detectável, você terá uma falha de isolamento.

Baixa resistência entre o condutor e a bainha: Indica condição de curto-circuito com a terra, fio de aquecimento em contato elétrico com bainha metálica. Esta é uma situação muito perigosa e típica de um estado de falta à terra.

Alta resistência estável (sem continuidade): Isso mostra que o sistema de isolamento está intacto e não há vazamento.

Esses dois testes juntos fornecem uma imagem completa da integridade elétrica interna.

Razões para falhas no estágio final
Falhas de circuito aberto e curto-circuito geralmente são causadas por estresse-ou condições operacionais de longo prazo, e não por falhas espontâneas inesperadas.

Um motivo muito típico é a “queima a seco”, energizando o aquecedor sem imersão em um meio de transferência de calor. Se não for resfriado, o elemento pode aquecer rapidamente a temperaturas acima das limitações do projeto. Isto causará superaquecimento local, derretimento do fio de resistência interna ou desintegração da estrutura de isolamento de MgO.

Os picos de energia são outro elemento importante. Picos de tensão (ou circunstâncias de alimentação instáveis) podem sobrecarregar o elemento resistivo. Isto pode causar estresse térmico e eventual queima do fio.

Os impactos do envelhecimento também são importantes. À medida que o ciclo térmico se repete ao longo do tempo, a integridade mecânica do fio de aquecimento e do isolamento circundante fica comprometida. Micro-fraturas se formam até que a continuidade elétrica ou a quebra do isolamento sejam perdidas.

Às vezes, a falha precoce é acelerada por falhas de fabricação, como compactação irregular de MgO, cavidades internas ou má vedação dos terminais. Tais falhas podem não ser descobertas até que o aquecedor seja colocado em plena carga de trabalho.

Limitações do reparo em campo
Problemas de circuito aberto ou curto-circuito não podem ser reparados em campo. O elemento de aquecimento é colocado em uma matriz isolante hermética de MgO e é envolvido por uma bainha de PTFE ou metal. A integridade interna do fio é perdida ou ocorre quebra de isolamento, a estrutura não pode ser reconstruída sem métodos de reparo de fábrica.

O reparo ou a operação contínua após uma falha pode resultar em múltiplos disparos do disjuntor, aquecimento descontrolado ou problemas de segurança devido à atividade elétrica imprevisível. O único procedimento corretivo seguro e aceitável é a substituição imediata da tubulação de aquecimento.

Estratégias de Prevenção
As principais medidas para evitar a falha na última fase são gerir as circunstâncias de trabalho e garantir a estabilidade da entrada elétrica.

O melhor método preventivo é evitar a queima a seco. O tubo de aquecimento deve estar sempre devidamente imerso ou em contato com um meio de transferência de calor adequado antes da energização. É muito fácil queimar os elementos rapidamente ao secar.

A tensão operacional adequada é igualmente importante. O aquecedor deve funcionar dentro da faixa de tensão nominal. Circunstâncias de sobretensão resultam em aumento do fluxo de corrente e depreciação térmica mais rápida do elemento resistivo, enquanto a subtensão pode resultar em desperdício de aquecimento e funcionamento instável.

Sistemas de fornecimento de energia estáveis, incluindo dispositivos de proteção contra surtos, podem proporcionar uma redução adicional do risco de sobrecarga elétrica. A inspeção regular dos sistemas de controle garante que as flutuações de tensão permaneçam dentro dos limites operacionais seguros.

Conclusões
Os últimos estágios de falha dos tubos de aquecimento de PTFE são curtos-circuitos e circuitos abertos, causados ​​por danos permanentes ao elemento de aquecimento dentro do tubo. Um curto-circuito ocorre quando o condutor toca diretamente a bainha, causando o disparo imediato do disjuntor ou problemas de alta corrente. Um circuito aberto ocorre quando a continuidade é interrompida, causando perda total de aquecimento.

Com um teste de multímetro , você tem um diagnóstico claro : a resistência entre os fios indica abertura ou curto e o teste do fio-à-bainha certifica a integridade do isolamento . Qualquer leitura anormal significa uma condição que não pode ser reparada e deve ser substituída imediatamente.

Eles geralmente são causados ​​por combustão-seca, surtos elétricos, envelhecimento ou falhas de fabricação. A prevenção depende de práticas corretas de operação, fornecimento de energia consistente e prevenção rigorosa de condições de-funcionamento a seco. O uso e o monitoramento adequados podem reduzir consideravelmente a chance de falha catastrófica do elemento do aquecedor.