Causas essenciais de curto-circuito do aquecedor: quebra do isolamento e mecanismo de colapso do fio de aquecimento
Todas as falhas de curto-circuito do tubo de aquecimento elétrico são causadas, em última análise, por duas falhas estruturais principais: quebra da camada de isolamento de óxido de magnésio e colapso do fio de resistência interna. Não importa as manifestações externas, como falha de desarme e eletrificação do invólucro, a causa raiz interna é a falha no isolamento do isolamento e no suporte estrutural. Compreender o mecanismo de micro-falha desses dois componentes principais pode ajudar as empresas a otimizar fundamentalmente a operação de equipamentos e os padrões de manutenção, evitar falhas repetidas de curto-circuito e resolver completamente o problema de queima frequente de aquecedores na produção industrial. Os dados de monitoramento de-temperatura de longo prazo do termopar podem verificar com eficácia a correlação entre a operação-sobretemperatura e a falha na quebra do isolamento.
A ruptura da camada de isolamento é o indutor mais comum de curto-circuito no tubo de aquecimento. Os tubos de aquecimento industrial contam com pó de óxido de magnésio compacto de alta-pureza como meio de isolamento entre o fio de aquecimento interno e o revestimento metálico. O isolamento qualificado de óxido de magnésio tem excelente resistência à pressão e desempenho de isolamento, o que pode isolar completamente o fio de aquecimento ativo do invólucro aterrado sob condições nominais de trabalho. No entanto, a operação em-ultra{5}}temperatura de longo prazo, a invasão de umidade e a fadiga térmica causarão alterações estruturais no pó de isolamento. A carbonização em alta-temperatura transforma o óxido de magnésio isolante em material carbonizado condutor, enquanto a absorção de umidade reduz drasticamente a resistência do isolamento.
Quando a camada de isolamento falha completamente, o fio de aquecimento perde a proteção de isolamento. Sob condições operacionais de alta-temperatura, os minúsculos pontos condutores formados pela carbonização e absorção de umidade penetrarão em toda a camada de isolamento, formando um canal condutor entre o fio de aquecimento e a carcaça. A condução elétrica instantânea leva ao curto-circuito de aterramento do tubo de aquecimento, provocando disparo do circuito e falha do equipamento. Este tipo de curto-circuito por quebra de isolamento é principalmente uma falha progressiva, com sinais de alerta precoce de atenuação contínua da resistência de isolamento no estágio inicial, que podem ser encontrados através da detecção regular.
A deformação por colapso do fio de aquecimento é outra causa importante de falhas de curto-circuito. O fio de resistência interna do tubo de aquecimento é fixado e suportado por pó compacto de óxido de magnésio. Quando a estrutura de isolamento se afrouxa devido à fadiga do ciclo térmico, impacto de vibração ou superaquecimento por queima a seco, o fio de aquecimento perde suporte estável. Sob a ação da expansão térmica e da gravidade em alta-temperatura, o fio de aquecimento em espiral deforma-se, colapsa e afunda, resultando em contato entre espiras adjacentes do fio de aquecimento. O contato direto de fios energizados forma um curto-circuito entre polos-a{6}}polos, levando à falha de resistência zero do tubo de aquecimento.
O curto-circuito de colapso do fio de aquecimento tem características de surto repentino. Diferente da quebra gradual do isolamento, a deformação e o colapso do fio ocorrem instantaneamente durante o aumento da temperatura e a operação, sem sinais de alerta precoce óbvios. Assim que os fios entram em contato, é gerada uma corrente de curto-circuito instantânea, que queima diretamente o fio de aquecimento e causa falha permanente do equipamento. Condições de trabalho com vibração e condições de trabalho frequentes com alternância de frio-quente aumentam significativamente a probabilidade de curto-circuito de colapso do fio.
Ambos os mecanismos-de curto-circuito são falhas estruturais irreversíveis sem valor de reparo. Quer se trate de quebra de carbonização da camada de isolamento ou deformação por colapso do fio de aquecimento, os componentes internos sofreram danos permanentes e a secagem, limpeza e manutenção não podem restaurar o desempenho original. Os padrões de manutenção industrial estipulam claramente que todos os tubos de aquecimento com falhas de curto-circuito devem ser substituídos diretamente, e o uso secundário é estritamente proibido para evitar acidentes de segurança secundários.
Medidas de otimização direcionadas evitam falhas estruturais centrais. Evite operação de-temperatura excessiva-de longo prazo para evitar a carbonização do isolamento; fortalecer medidas anti{3}}vibração para fixar tubos de aquecimento e evitar deslocamento interno dos fios; detectar regularmente a resistência do isolamento para rastrear alterações no desempenho do isolamento. Cooperado com o controle do limite de temperatura do termopar, elimina fundamentalmente os perigos ocultos de curto-circuito causados por falha de isolamento e colapso do fio.
