Por que você deve evitar o uso de braçadeiras de mangueira de metal diretamente na seção fria de um aquecedor PFA em ambientes úmidos?

A parte fria de um aquecedor PFA, ou seja, a região acima da linha de líquido onde o revestimento de polímero cobre a terminação elétrica, parece mecanicamente sólida e imune a ataques ambientais. Mas em ambientes úmidos, braçadeiras de mangueira metálicas apertadas diretamente neste segmento frio produzem uma sequência de falha prevista. A braçadeira exerce força compressiva localizada no PFA, que apresenta fluência viscoelástica à temperatura ambiente. O PFA flui para longe da pinça ao longo de semanas ou meses, diminuindo a força de fixação e produzindo uma lacuna minúscula. O ar úmido entra nesta abertura e se condensa na terminação metálica mais fria interna. A umidade retida no isolamento leva ao rastreamento elétrico, à redução da resistência do isolamento e, em última análise, a problemas de aterramento. O método de falha é sutil. O aquecedor é operado regularmente até que a corrente de fuga ultrapasse o limite de disparo, muitos meses após a instalação do grampo.

Mecânica de relaxamento de fluência e formação de lacunas
O PFA tem um módulo de tração de cerca de 600–800 MPa a 20–40 graus, mas se arrasta apreciavelmente sob tensão de compressão contínua. Uma braçadeira de mangueira-de rosca sem-fim convencional apertada com um torque de 2–3 N·m exerce uma pressão de contato de 5–10 MPa na superfície do PFA, o que é significativamente superior à resistência à compressão-de longo prazo do polímero. A fluência primária do PFA sob a cinta de fixação ocorre durante as primeiras 24 horas após a instalação da pinça e resulta numa perda de espessura de 0,1 a 0,3 mm. A fluência secundária subsequente, a uma taxa mais lenta, ocorre durante 500 a 1.000 horas (3 a 6 semanas), levando a uma redução total da espessura de 0,3 a 0,8 mm, dependendo da temperatura e da humidade. Essa fluência não é reversível. A faixa de fixação é de aço inoxidável ou aço carbono revestido de zinco e não se deforma. Isto resulta numa perda de força de fixação. A braçadeira, que foi inicialmente apertada para fornecer uma vedação resistente à água, fica frouxa o suficiente para se mover livremente na bainha de PFA após 2 a 4 meses de serviço úmido.

A folga sob a braçadeira não é uniforme. A fluência máxima ocorre próximo às bordas da faixa de fixação, gerando uma folga cônica que funciona como um pavio capilar. O ciclo térmico (a área fria aquece quando o motor está funcionando e esfria quando não está) suga o ar úmido para essa lacuna e deposita umidade. Um único ciclo de 24 horas com 80% de umidade relativa a 30 graus com o aquecedor ligado por 8 horas pode trazer de 0,5 a 1,0 miligramas de água para a lacuna. Em mais de 100 ciclos, a umidade se acumula nos contatos elétricos da região fria. A própria bainha de PFA é impermeável na porção fria (temperaturas <60 graus), porém a folga sob a braçadeira permite um caminho direto ao redor da barreira de polímero.

Rastreamento elétrico e quebra de isolamento
O rastreamento eletroquímico começa quando a umidade atravessa a braçadeira (que pode ser aterrada se tocar o tanque) até a terminação metálica interna. A corrente de fuga flui através da película de umidade quando uma tensão aplicada (120-480 VCA) está presente. Mesmo que a corrente de fuga seja contínua a 0,5 mA, conduz a um aquecimento localizado que carboniza os poluentes orgânicos na superfície do PFA. As rotas carbonizadas têm menor resistência, portanto a corrente aumenta e o processo acelera. A resistência de isolamento entre o elemento de aquecimento e o solo diminui de > 1.000 MΩ para < 10 MΩ após 200 a 500 horas a partir da primeira penetração de umidade. Um interruptor de circuito de falha à terra (GFCI) desarma com vazamento de 5-30 mA, desenergizando o aquecedor. Em instalações não protegidas pelo GFCI, a corrente de fuga pode persistir até que o grampo metálico ou terminal corroa até o ponto em que seja criado um circuito aberto ou perigo de incêndio.

O problema é mais grave em instalações de galvanoplastia e processamento químico, onde a umidade ambiente é superior a 70% e os sais transportados pelo ar ou névoas ácidas são predominantes. A ponte de umidade para a terminação metálica acelera a corrosão da terminação metálica por íons cloreto de banhos de revestimento vizinhos. A braçadeira de aço inoxidável em si não corroerá, mas os terminais de cobre ou níquel dentro da área fria corroerão rapidamente na presença de umidade carregada-de cloreto. O exame de aquecedores que falharam por esse mecanismo invariavelmente mostra produtos de corrosão de cobre verde na terminação e um depósito branco ou marrom na superfície interna do PFA sob a localização da braçadeira-evidência direta de infiltração de umidade no local da braçadeira.

Alternativas ao método de montagem direta com braçadeira de metal Segurança mecânica Confiabilidade da vedação contra umidade Adequação para ambientes úmidos
Braçadeira de mangueira de metal reta em PFA Moderado (inicial) Ruim (quebra após fluência) Não apropriado
Tira, PFA/PTEE-revestida com braçadeira de metalModerado (menos deformação) Moderado (o revestimento diminui, mas não elimina a lacuna)Marginal; verifique trimestralmente.
Plástico de fixação (PVDF ou PFA) Moderado (baixa fluência em PFA) Moderado (plástico-em-plástico diminuirá a absorção capilar) Umidade moderada
Compression fitting with elastomeric seal (e.g., EPDM or FKM)HighExcellent (seal accommodates creep)Recommended for >70% UR
Tubo termorretrátil sobre braçadeira, revestido com adesivoBaixo (somente vedação) Bom (primeiro)O termorretrátil se arrasta, com o tempo ele perde a vedação
Bota PFA moldada ou terminação sobremoldada AltaExcelente (sem necessidade de fixação mecânica)Melhor para alta umidade e lavagem
Grampo inoxidável com almofada de silicone (2 mm)Alto Bom (30-50% de compressão da almofada, absorção de fluência) Recomendado; troque a almofada anualmente
Melhores práticas para instalação em condições úmidas
Se o aquecedor PFA for colocado em umidade ambiente superior a 60% por mais de 1.000 horas por ano, a especificação deve restringir braçadeiras de mangueira metálicas diretas na parte fria do aquecedor PFA. Um flange PFA moldado ou acessório de compressão que distribui a carga por uma grande área (mínimo de 20 mm de largura) e usa uma vedação elastomérica (FKM ou EPDM) que mantém a compressão apesar da deformação do PFA é a forma preferida de fixar suportes ou braços de suporte. Três mitigações reduzem a probabilidade de falha se um grampo for inevitável. Coloque uma almofada de borracha de silicone com 1-2 mm de espessura sob toda a largura da faixa de fixação. A recuperação elástica da almofada (60–80% de compressão) compensa a fluência do PFA ao longo de 12–18 meses. Segundo, antes de fixar a almofada, aplique uma pequena camada de graxa dielétrica (à base de silicone) na superfície do PFA; a graxa fecha fendas microscópicas e inibe a absorção de umidade. Terceiro, depois de apertar, sele as bordas da faixa de fixação com silicone RTV-de cura por umidade para fornecer uma barreira secundária contra a entrada de ar úmido. Nenhuma dessas atenuações é tão boa quanto simplesmente remover a braçadeira de metal. Especifique suportes de montagem integralmente moldados ou flanges que eliminem qualquer fixação na seção fria para novas especificações de aquecedores. O custo incremental de um suporte moldado (20-50) é trivial comparado ao custo de uma falha de falta à terra que desliga uma linha de processo por quatro horas (20-50) é trivial comparado ao custo de uma falha de falta à terra que desliga uma linha de processo por quatro horas (2.000-10.000).

Conclusão: as braçadeiras se curvam à fluência e à umidade combinadas
As braçadeiras de mangueira de metal em contato com a parte fria de um aquecedor PFA falham em ambientes úmidos quando o PFA desliza sob compressão sustentada, deixando uma lacuna que absorve a umidade para a terminação elétrica. O diagnóstico é complicado, pois a falha geralmente ocorre 3-12 meses após a instalação. O operador normalmente substituirá o aquecedor sem diagnosticar a braçadeira como a causa raiz e uma série de falhas ocorrerá. A solução é especificar a montagem-sem grampos com flanges moldados, acessórios de compressão com vedações elastoméricas ou grampos de plástico que imitam o comportamento de fluência do PFA. Embora a vida útil de uma instalação existente possa ser estendida substituindo os grampos de metal por grampos acolchoados de silicone e vedando as bordas, o risco não é eliminado. Em qualquer local onde a umidade relativa esteja constantemente acima de 70%, qualquer braçadeira na parte fria deve ser considerada como um acessório temporário que deve ser substituído a cada 12 meses, independentemente do seu estado aparente. A melhor solução-de longo prazo é fazer com que o fabricante do aquecedor forneça recursos de montagem integralmente moldados para que não sejam necessários grampos instalados em campo.