Come sapere se l'elemento riscaldante all'interno del tubo in PTFE è bruciato o in cortocircuito

Due dei guasti più critici e finali nei tubi riscaldanti in PTFE sono il cortocircuito e il circuito aperto dell'elemento riscaldante interno. In entrambi i casi, il danno comporta un danno elettrico permanente al filo resistivo incorporato nell'isolamento di ossido di magnesio (MgO). A questo punto il riscaldatore non è più in grado di svolgere il proprio lavoro, né in modo sicuro né affidabile, e deve essere sostituito immediatamente.

In un contesto industriale è importante conoscere i sintomi ed essere in grado di eseguire una diagnostica elettrica di base con un voltmetro per determinare con precisione i guasti.

Modalità di guasto: cortocircuito, circuito aperto
Ciò si verifica quando il filo riscaldante interno entra in contatto elettrico con la guaina metallica, provocando un cortocircuito. Questo bypassa-il canale resistivo specificato e fornisce un percorso a bassa resistenza per il flusso di elettricità. Ciò si traduce in un assorbimento di corrente rapido ed elevato.

Durante il funzionamento, un cortocircuito generalmente provoca l'immediato intervento dell'interruttore. Nei sistemi dotati di dispositivi di protezione, il circuito è in grado di staccarsi immediatamente dopo l'-accensione. Se è grave si può sentire un forte "esplosione" o vedere un arco mentre l'energia viene scaricata rapidamente. Questo tipo di guasto è pericoloso perché può causare il surriscaldamento della zona del guasto e può anche sollecitare i componenti elettrici a monte.

Se invece il filo riscaldante si brucia o si rompe fisicamente all'interno dell'isolamento in MgO, si forma un circuito aperto. Ciò interrompe la continuità elettrica dell'elemento. Questa è una situazione in cui la corrente non passa attraverso il riscaldatore, quindi non viene generato calore, anche se il sistema sembra alimentato. Di solito il sistema di controllo indica la potenza erogata ma la temperatura del processo non aumenta e questo è lo stato che osserviamo.

Utilizzo di un multimetro per la diagnosi
Entrambi gli scenari di guasto possono essere rilevati utilizzando il tipico multimetro utilizzato per la misurazione della resistenza e il test di continuità. Prima del test, il tubo riscaldante deve essere ben isolato dalla fonte di alimentazione.

Passaggio 1: testare la resistenza sui cavi di alimentazione
La misurazione diagnostica iniziale viene eseguita sui due terminali di potenza dell'elemento riscaldante.

Un buon riscaldatore dovrebbe essere una resistenza costante sul multimetro nell'intervallo della potenza del riscaldatore in watt. Ma il fallimento è indicato da due condizioni aberranti:

Circuito aperto (resistenza infinita o lettura OL): il filo di riscaldamento interno è bruciato o rotto. Perdita completa della continuità elettrica, confermando la rottura dell'elemento. Non c'è corrente che scorre attraverso il circuito.

Resistenza molto bassa (circa 0 Ω): mostra un cortocircuito diretto nell'elemento, il che significa che il filo resistivo non fa più quello che dovrebbe. Può anche significare fusione interna o fusione del conduttore in circostanze estreme.

Entrambi sono danni interni permanenti.

2. Misurazione da ciascun conduttore alla guaina metallica
Il secondo test importante viene eseguito tra ciascun cavo di alimentazione e la guaina metallica del tubo riscaldante in PTFE.

Un normale sistema funzionante dovrebbe avere un'elevata resistenza (più della capacità rilevabile di un multimetro convenzionale). Se è presente resistenza o continuità rilevabile, si tratta di un guasto isolante.

Bassa resistenza tra cavo e guaina: indica una condizione di cortocircuito verso massa, filo riscaldante in contatto elettrico con guaina metallica. Questa è una situazione molto pericolosa ed è tipica di uno stato di guasto a terra.

Resistenza elevata stabile (nessuna continuità): ciò indica che il sistema di isolamento è intatto e non vi è alcun percorso di perdita.

Questi due test insieme forniscono un quadro completo dell'integrità elettrica interna.

Ragioni per i fallimenti della fase finale
I guasti da circuito aperto e da cortocircuito sono generalmente causati da stress o condizioni operative a lungo termine-e non da guasti spontanei e imprevisti.

Un motivo molto tipico è la "combustione a secco", ovvero l'eccitazione del riscaldatore senza immersione in un mezzo di trasferimento del calore. Se non raffreddato, l'elemento può riscaldarsi rapidamente fino a raggiungere temperature superiori ai limiti di progettazione. Ciò causerà il surriscaldamento locale, la fusione del filo della resistenza interna o la disintegrazione della struttura isolante in MgO.

Gli sbalzi di tensione sono un altro elemento importante. Picchi di tensione (o circostanze di alimentazione instabili) potrebbero sovraccaricare l'elemento resistivo. Ciò può causare stress termico ed eventuale bruciatura del filo.

Anche gli impatti dell’invecchiamento sono importanti. Poiché il ciclo termico si ripete nel tempo, l’integrità meccanica del filo riscaldante e dell’isolamento circostante viene compromessa. Si formano micro-fratture fino alla perdita della continuità elettrica o della rottura dell'isolamento.

A volte, il guasto precoce è accelerato da difetti di fabbricazione, come la compattazione irregolare di MgO, cavità interne o scarsa tenuta dei terminali. Tali difetti potrebbero non essere scoperti finché il riscaldatore non viene portato al pieno carico di lavoro.

Limitazioni della riparazione sul campo
I problemi di circuito aperto o cortocircuito non sono riparabili sul campo. L'elemento riscaldante è inserito in una matrice isolante ermetica di MgO ed è racchiuso in una guaina di PTFE o metallica. Se si perde l'integrità del cavo interno o si verifica una rottura dell'isolamento, la struttura non può essere ricostruita senza metodi di riparazione a livello di fabbrica.

La riparazione o il proseguimento del funzionamento dopo un guasto possono comportare più scatti dell'interruttore, riscaldamento incontrollato o problemi di sicurezza dovuti ad attività elettrica imprevedibile. L'unica procedura correttiva sicura e accettabile è la tempestiva sostituzione del tubo di riscaldamento.

Strategie di prevenzione
Le misure chiave per prevenire il guasto nell'ultima fase sono gestire le circostanze di lavoro e garantire la stabilità dell'ingresso elettrico.

Il miglior metodo preventivo è evitare la cottura a secco. Il tubo riscaldante deve essere sempre adeguatamente immerso o in contatto con un mezzo di trasferimento del calore adeguato prima della messa sotto tensione. È molto facile bruciare rapidamente gli elementi rimanendo a secco.

La corretta tensione operativa è altrettanto importante. Il riscaldatore deve essere utilizzato entro l'intervallo di tensione nominale. Le circostanze di sovratensione determinano un aumento del flusso di corrente e un deprezzamento termico più rapido dell'elemento resistivo, mentre la sottotensione può comportare un riscaldamento dispendioso e un funzionamento instabile.

Sistemi di alimentazione stabili, compresi i dispositivi di protezione da sovratensione, possono fornire un’ulteriore riduzione del rischio di sovraccarico elettrico. L'ispezione regolare dei sistemi di controllo garantisce che le fluttuazioni di tensione rimangano entro limiti operativi sicuri.

Conclusioni
Le ultime fasi di guasto dei tubi riscaldanti in PTFE sono i cortocircuiti e i circuiti aperti, causati da danni permanenti all'elemento riscaldante all'interno del tubo. Un cortocircuito si verifica quando il conduttore tocca direttamente la guaina, provocando l'intervento immediato dell'interruttore o problemi di corrente elevata. Un circuito aperto si verifica quando la continuità viene interrotta, causando una perdita totale di riscaldamento.

Con un test multimetro, hai una diagnosi chiara: la resistenza tra i cavi indica un'interruzione o un cortocircuito e il test dei cavi-alla-guaina certifica l'integrità dell'isolamento. Qualsiasi lettura anomala indica una condizione che non può essere riparata e deve essere sostituita immediatamente.

Solitamente sono causati da accensioni a secco-, sovratensioni elettriche, invecchiamento o difetti di fabbricazione. La prevenzione dipende da pratiche operative corrette, da un'alimentazione elettrica coerente e dalla rigorosa prevenzione delle condizioni di funzionamento a secco-. L'utilizzo e il monitoraggio corretti possono ridurre considerevolmente la possibilità di guasti catastrofici all'elemento riscaldante.