Perché dovresti evitare di utilizzare fascette stringitubo metalliche direttamente sulla sezione fredda di un riscaldatore PFA in ambienti umidi?

La parte fredda di un riscaldatore PFA, ovvero la regione sopra la linea del liquido dove la guaina polimerica copre la terminazione elettrica, sembra meccanicamente sana e impermeabile agli attacchi ambientali. Ma in ambienti umidi, le fascette stringitubo metalliche serrate direttamente su questo segmento freddo producono una sequenza di guasti prevista. Il morsetto esercita una forza di compressione localizzata sul PFA, che presenta uno scorrimento viscoelastico a temperatura ambiente. Il PFA scorre via dal morsetto nel corso di settimane o mesi, riducendo la forza di serraggio e producendo un minuscolo spazio. L'aria umida entra in questa apertura e si condensa sulla terminazione metallica più fredda all'interno. L'umidità intrappolata nell'isolamento porta a tracciamenti elettrici, a una riduzione della resistenza di isolamento e, in definitiva, a problemi di messa a terra. Il metodo del fallimento è subdolo. Il riscaldatore viene utilizzato regolarmente finché la corrente di dispersione non supera la soglia di intervento, molti mesi dopo l'installazione della pinza.

Meccanica del rilassamento del creep e della formazione di gap
Il PFA ha un modulo di trazione di circa 600–800 MPa a 20–40 gradi ma si deforma sensibilmente sotto sollecitazione di compressione continua. Una fascetta stringitubo con trasmissione a vite senza fine convenzionale-serrata a una coppia di 2–3 N·m esercita una pressione di contatto di 5–10 MPa sulla superficie del PFA, che è significativamente superiore alla resistenza alla compressione a lungo termine del polimero. Lo scorrimento primario del PFA sotto la fascia del morsetto si verifica durante le prime 24 ore dopo l'installazione del morsetto e determina una perdita di spessore compresa tra 0,1 e 0,3 mm. Il successivo scorrimento secondario, a un ritmo più lento, si verifica per 500-1.000 ore (da 3 a 6 settimane) portando ad una riduzione totale dello spessore da 0,3 a 0,8 mm, a seconda della temperatura e dell'umidità. Questo scorrimento non è reversibile. La fascetta di fissaggio è in acciaio inossidabile o acciaio al carbonio zincato e non si deforma. Ciò si traduce in una perdita di forza di serraggio. Il morsetto, inizialmente serrato per garantire una tenuta resistente all'acqua, diventa sufficientemente allentato da potersi muovere liberamente sulla guaina in PFA dopo 2–4 mesi di servizio umido.

Lo spazio sotto il morsetto non è uniforme. Lo scorrimento massimo avviene in prossimità dei bordi della fascetta di bloccaggio, generando uno spazio rastremato che funziona come uno stoppino capillare. Il ciclo termico (l'area fredda si riscalda quando il motore è in funzione e si raffredda quando non lo è) aspira l'aria umida in questo spazio e deposita umidità. Un singolo ciclo di 24 ore con 80% di umidità relativa a 30 gradi con il riscaldatore acceso per 8 ore può portare 0,5–1,0 milligrammi di acqua nello spazio vuoto. In più di 100 cicli si accumula umidità sui contatti elettrici nella zona fredda. La guaina in PFA stessa è impermeabile nella porzione fredda (temperature < 60 gradi), tuttavia lo spazio sotto il morsetto consente un percorso diretto attorno alla barriera polimerica.

Tracciamento elettrico e rottura dell'isolamento
Il tracciamento elettrochimico inizia quando l'umidità attraversa il morsetto (che può essere messo a terra se tocca il serbatoio) fino alla terminazione metallica interna. La corrente di dispersione scorre attraverso la pellicola di umidità quando è presente una tensione applicata (120-480 V CA). Anche se la corrente di dispersione è continua a 0,5 mA, provoca un riscaldamento localizzato che carbonizza gli inquinanti organici sulla superficie del PFA. Le vie carbonizzate hanno una resistenza minore, quindi la corrente aumenta ed il processo accelera. La resistenza isolante tra l'elemento riscaldante e il terreno diminuisce da > 1.000 MΩ a < 10 MΩ dopo 200-500 ore dalla prima penetrazione di umidità. Un interruttore automatico per guasto a terra (GFCI) scatta in caso di dispersione di 5-30 mA, diseccitando il riscaldatore. Negli impianti non protetti da GFCI, la corrente di dispersione può persistere fino a quando il morsetto o il terminale metallico non si corrode al punto da creare un circuito aperto o pericolo di incendio.

Il problema è più grave negli impianti di galvanica e di lavorazione chimica dove l'umidità ambientale è superiore al 70% e prevalgono sali o nebbie acide presenti nell'aria. Il collegamento dell'umidità alla terminazione metallica accelera la corrosione della terminazione metallica da parte degli ioni cloruro provenienti dai bagni galvanici vicini. Il morsetto in acciaio inossidabile non si corroderà, ma i terminali in rame o nichel all'interno dell'area fredda si corroderanno rapidamente in presenza di umidità carica di cloruro. L'esame dei riscaldatori che hanno fallito con questo meccanismo mostra invariabilmente prodotti di corrosione del rame verde sulla terminazione e un deposito bianco o marrone sulla superficie interna del PFA sotto la posizione del morsetto-evidenza diretta di infiltrazione di umidità nel sito del morsetto.

Alternative al metodo di montaggio diretto con morsetto metallico Sicurezza meccanica Affidabilità della tenuta antiumidità Idoneità per ambienti umidi
Fascetta stringitubo in metallo diritta su PFA Moderato (iniziale)Cattivo (si rompe dopo lo scorrimento)Non appropriato
Striscia, PFA/PTEE-rivestita con morsetto metallicoModerato (meno scorrimento) Moderato (il rivestimento riduce ma non elimina lo spazio)Marginale; controllare trimestralmente.
Morsetto (PVDF o PFA) plasticaModerato (basso scorrimento su PFA) Moderato (la plastica-su-plastica riduce la traspirazione capillare) Umidità moderata
Compression fitting with elastomeric seal (e.g., EPDM or FKM)HighExcellent (seal accommodates creep)Recommended for >70% UR
Guaina termorestringente sul morsetto, rivestita di adesivo Bassa (solo guarnizione) Buona (prima) La guaina termorestringente striscia, col tempo perde la tenuta
Protezione in PFA stampata o terminazione sovrastampata Alta Eccellente (non è necessario alcun bloccaggio meccanico) Ideale per umidità elevata e lavaggi
Morsetto in acciaio con cuscino in silicone (2 mm) Elevato Buono (compressione del cuscinetto 30-50%, assorbimento dello scorrimento) Consigliato; cambiare pad ogni anno
Migliori pratiche per l'installazione in condizioni umide
Se il riscaldatore PFA deve essere collocato in un'umidità ambientale superiore al 60% per più di 1.000 ore all'anno, le specifiche dovrebbero limitare le fascette stringitubo metalliche dirette sulla parte fredda del riscaldatore PFA. Una flangia in PFA stampata o un raccordo a compressione che distribuisce il carico su un'ampia area (larghezza minima 20 mm) e utilizza una guarnizione elastomerica (FKM o EPDM) che mantiene la compressione nonostante lo scorrimento del PFA è il modo preferito per fissare staffe o bracci di supporto. Tre attenuazioni riducono la probabilità di guasto se un morsetto è inevitabile. Metti un cuscino di gomma siliconica spesso 1-2 mm sotto l'intera larghezza della fascetta. Il recupero elastico del cuscinetto (compressione del 60–80%) compensa lo scorrimento del PFA nell'arco di 12–18 mesi. In secondo luogo, prima di fissare il cuscinetto, applicare un piccolo strato di grasso dielettrico (a base di silicone-) sulla superficie PFA; il grasso chiude le fessure microscopiche e inibisce l'assorbimento dell'umidità. In terzo luogo, dopo il serraggio, sigillare i bordi della fascia del morsetto con silicone RTV -indurente con l'umidità per fornire una barriera secondaria contro l'ingresso di aria umida. Nessuna di queste soluzioni è efficace quanto rimuovere semplicemente il morsetto metallico. Specificare staffe o flange di montaggio stampate integralmente che eliminano qualsiasi fissaggio a morsetto sulla sezione fredda per le nuove specifiche del riscaldatore. Il costo incrementale di una staffa stampata (20-50) è insignificante rispetto al costo di un guasto a terra che arresta una linea di processo per quattro ore (20-50) è insignificante rispetto al costo di un guasto a terra che arresta una linea di processo per quattro ore (2.000-10.000).

Conclusione: i morsetti si piegano allo scorrimento e all'umidità combinati
Le fascette stringitubo metalliche a contatto con la parte fredda di un riscaldatore PFA si guastano in ambienti umidi quando il PFA scivola sotto una compressione prolungata lasciando uno spazio che trasporta l'umidità verso la terminazione elettrica. La diagnosi è complicata, poiché l'errore si verifica solitamente 3-12 mesi dopo l'installazione. L'operatore in genere sostituirà il riscaldatore senza diagnosticare la pinza come motivo principale e ne conseguirà una serie di guasti. La soluzione è specificare il montaggio senza fascetta-con flange stampate, raccordi a compressione con guarnizioni elastomeriche o fascette in plastica che imitano il comportamento di scorrimento del PFA. Sebbene la durata di un'installazione esistente possa essere prolungata sostituendo i morsetti metallici con morsetti imbottiti in silicone-e sigillando i bordi, il rischio non viene eliminato. In qualsiasi luogo in cui l'umidità relativa è costantemente superiore al 70%, qualsiasi morsetto sulla parte fredda deve essere considerato un raccordo temporaneo che deve essere sostituito ogni 12 mesi indipendentemente dalle sue condizioni apparenti. La migliore soluzione a lungo termine-è fare in modo che il produttore del riscaldatore fornisca elementi di montaggio stampati integralmente in modo che non siano necessari morsetti installati sul campo.