Wasserstoff-Effekt auf Piezo-Wandler (biofouling)
BIOFOULING
Unter Biofouling oder biologischem Bewuchs versteht man die Ansammlung von Mikroorganismen, Pflanzen, Algen oder Tieren auf benetzten Oberflächen, Geräten wie z.B. Wassereinläufen, Rohrleitungen, Rosten, Teichen und natürlich auch auf Messgeräten, wodurch der primäre Zweck dieser Gegenstände beeinträchtigt wird.
ANTIFOULING
Antifouling ist der Prozess, diese Ablagerungen zu entfernen bzw. deren Bildung zu verhindern. Es gibt verschiedene Lösungen, um Bewuchsvorgänge an Schiffsrümpfen und in See- oder Brackwassertanks zu reduzieren / zu verhindern.
Spezielle toxische Beschichtungen, die die Biofouling-Organismen abtöten; mit der neuen EU-Biozid-Richtlinie wurden viele Beschichtungen aus Gründen der Umweltsicherheit untersagt.
- Ungiftige Anti-Haft-Beschichtungen, die das Anhaften von Mikroorganismen auf den Oberflächen verhindern. Diese Beschichtungen basieren meist auf organischen Polymeren. Sie setzen auf geringe Reibung und niedrige Oberflächenenergien.
- Antifouling mit Ultraschall. Ultraschallwandler können bei kleinen bis mittelgroßen Booten im oder um den Rumpf herum montiert werden. Die Systeme basieren auf einer Technologie, die sich bei der Bekämpfung von Algenblüten bewährt hat.
- Gepulste Laserbestrahlung. Die Plasma-Impuls-Technologie ist wirksam gegen Zebramuscheln und wirkt durch Betäubung oder Abtötung der Organismen mit Mikrosekunden dauernden, energiereichen Hochspannungsimpulsen auf das Wasser.
- Antifouling durch Elektrolyse
- Organismen können in einer Umgebung mit Kupferionen nicht überleben.
- Kupferionen entstehen durch Elektrolyse mit einer Kupferanode.
- In den meisten Fällen dient das Tankgehäuse oder der Schiffsrumpf als Kathode.
- Eine in der Konfiguration eingebaute Kupferanode erzeugt eine Elektrolyse zwischen Anode und Kathode.
Wasserstoff kann durch Ballastwasser-Behandlungssysteme (Elektrolyse und UV-Systeme) entstehen.
Spaltkorrosion, die durch die Ansammlung von Chlor zwischen O-Ring und Sensorkörper verursacht wird, kann durch die Verwendung von Titansensoren vermieden werden.
AUSWIRKUNG DER ELEKTROLYSE AUF DEN PIEZO-WIDERSTANDSWANDLER
- Ein Ergebnis der Elektrolyse sind positive Wasserstoff-Ionen
- Aufgrund ihrer Polarisation bewegen sich die Wasserstoffionen in Richtung der Kathode (Tankgehäuse oder Schiffsrumpf), an der der Messwertaufnehmer installiert ist.
- Bei direktem Kontakt zwischen Tank und Schallwandler dringen die Wasserstoffionen durch das dünnste Bauteil der Anode, nämlich das Diaphragma des Schallwandlers.
- Nach dem Durchdringen der Wasserstoffionen durch die Membran nehmen die Wasserstoffionen ein Elektron auf und wandeln sich in molekularen Wasserstoff (H2) um. Der Wasserstoff reichert sich in der Füllflüssigkeit des Messwertaufnehmers an.
- Hält dieser Effekt über einen längeren Zeitraum an, steigt die Wasserstoffkonzentration in der Füllflüssigkeit an und die Membran wird aufgebläht, wodurch der Sensor driftet und einen falschen Wert ausgibt.
FESTSTELLUNGEN
Drucktransmitter aus Edelstahl, die seit 2-3 Jahren in Ballasttanks von Schiffen eingesetzt werden, wurden analysiert und die Untersuchungen ergaben folgende Ergebnisse.
Ergebnisse von Materialuntersuchungen
Drucktransmitter aus Edelstahl, die seit 2-3 Jahren in Ballasttanks von Schiffen eingesetzt werden, wurden analysiert und die Untersuchungen ergaben folgende Ergebnisse:
Für diese Anwendung sollte der Sensor aus einem korrosionsbeständigeren Material wie Titan bestehen.
Durch die Verwendung von Titan verhindern wir auch die durch Chlor verursachte Spaltkorrosion.
EMPFEHLUNG
Nach diesen Erkenntnissen setzt die STS Sensor Technik Sirnach AG seit über 10 Jahren erfolgreich piezoresistive, elastomerfreie Sensoren mit Gehäuse und Membran aus Titan für Anwendungen im Marine-, Brackwasser- und Meerwasserbereich ein.
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