Un fabricante de piezas de precisión instaló un calentador de inmersión de PTFE en un tanque de limpieza a base de solvente-. El disolvente era un hidrocarburo clorado utilizado para eliminar aceites de mecanizado y residuos de fundente. El calentador fue clasificado según la temperatura y la densidad de vatios. Falló después de tres meses-no por un ataque químico al PTFE, sino por la permeación de solvente que degradó el aislamiento de MgO y causó una falla a tierra. El polímero estaba intacto. El calentador no lo era.
Los fluidos de limpieza a base de solventes-presentan un desafío diferente a los químicos acuosos. La mayoría de los disolventes no atacan químicamente al PTFE, pero penetran el polímero más fácilmente que el agua. Su baja viscosidad y alta difusividad les permiten penetrar la funda más rápido, alcanzando el aislamiento de MgO en meses en lugar de años. El resultado es una rápida disminución de la resistencia del aislamiento y una eventual falla eléctrica.
Por qué los disolventes permean el PTFE más rápido que el agua
La permeación es un proceso de difusión. Las moléculas se mueven a través de la matriz polimérica apretándose entre las cadenas. Las moléculas más pequeñas se difunden más rápido. Las moléculas que tienen afinidad por el polímero-parámetros de solubilidad similares-también se difunden más rápido.
El agua es una molécula pequeña, pero es polar y tiene baja afinidad por la matriz de PTFE no polar. Se impregna lentamente. La mayoría de los disolventes orgánicos son no polares o ligeramente polares y tienen mayor afinidad por el PTFE. Se disuelven más fácilmente en la superficie del polímero y se difunden a través de la matriz más rápidamente.
Los disolventes clorados como el cloruro de metileno, el tricloroetileno y el percloroetileno son permeantes particularmente agresivos. Su pequeño tamaño molecular y su moderada afinidad por el PTFE les permiten penetrar la vaina en semanas o meses.
| Tipo de solvente | Tamaño molecular | Afinidad por el PTFE | Tasa de permeación | Tiempo hasta la falla del aislamiento |
|---|---|---|---|---|
| Agua | Pequeño | Bajo | muy bajo | 2 a 5 años |
| alcoholes | Pequeño | Moderado | Bajo-Moderado | 1 a 3 años |
| Cetonas | Pequeño | Moderado | Moderado | 8 a 18 meses |
| Solventes clorados | Pequeño | Moderado-alto | Alto | 3 a 8 meses |
| Disolventes aromáticos | Moderado | Alto | Alto | 2 a 6 meses |
| hidrocarburos alifáticos | Moderado | Alto | Moderado-alto | 4 a 12 meses |
Tasas de permeación de disolventes a través del PTFE y su efecto sobre la resistencia del aislamiento.
El efecto de la temperatura sobre la permeación del disolvente
La temperatura acelera la permeación del disolvente de la misma manera que acelera la permeación del agua. Cada aumento de 10 grados aproximadamente duplica la velocidad de difusión. Un disolvente que tarda doce meses en penetrar una funda a 40 grados puede penetrarla en seis meses a 50 grados y tres meses a 60 grados.
Los tanques de limpieza con solventes a menudo funcionan a temperaturas elevadas para mejorar la eficiencia de la limpieza. Un tanque a 60-70 grados es particularmente exigente para los calentadores de inmersión de PTFE porque la combinación de alta difusividad y temperatura elevada acelera la permeación.
| Temperatura de funcionamiento | Tasa de permeación relativa | Tiempo hasta la falla del aislamiento | Vida útil esperada |
|---|---|---|---|
| 30 grados | 1× | 12 a 18 meses | 2-3 años |
| 40 grados | 2× | 6 a 12 meses | 1-2 años |
| 50 grados | 4× | 3 a 6 meses | 6 a 12 meses |
| 60 grados | 8× | 6 a 12 semanas | 3 a 6 meses |
| 70 grados | 16× | 3 a 6 semanas | 4 a 8 semanas |
Permeabilidad del disolvente y vida útil en función de la temperatura de funcionamiento.
Por qué la permeación de disolventes es más dañina que la permeación de agua
La permeación de agua reduce la resistencia del aislamiento pero no ataca químicamente al MgO. La permeación del disolvente es diferente. Muchos disolventes orgánicos reaccionan con el relleno de MgO o lo disuelven, creando vías conductoras y especies corrosivas.
Los disolventes clorados pueden descomponerse a temperaturas elevadas en contacto con MgO, liberando ácido clorhídrico. El ácido ataca al MgO y al elemento de resistencia, provocando una rápida degradación. El calentador falla desde adentro hacia afuera, a pesar de que la funda de PTFE parece intacta.
El disolvente que llega al MgO también genera riesgo de incendio. Los solventes orgánicos son inflamables y un calentador que ha absorbido solvente en su aislamiento puede encenderse si el elemento se sobrecalienta. Este es un problema de seguridad además de un problema de confiabilidad.
Directrices prácticas para el servicio de disolventes
Los calentadores de inmersión de PTFE no son adecuados para todas las aplicaciones de limpieza basadas en disolventes-. Para disolventes con bajas tasas de permeación-como agua-alcoholes miscibles en agua y cetonas suaves a temperaturas moderadas-el PTFE puede ser aceptable con un control cuidadoso. Para solventes clorados, solventes aromáticos y operaciones a alta-temperatura, no se recomienda el PTFE.
En estas aplicaciones, se deben considerar materiales alternativos. El cuarzo es resistente a la mayoría de los disolventes y tiene menor permeabilidad. El acero inoxidable 316L es resistente a muchos solventes pero puede corroerse en ambientes clorados. El titanio es resistente a la mayoría de los disolventes pero es caro.
| Tipo de solvente | Idoneidad del PTFE | Alternativa recomendada | Notas |
|---|---|---|---|
| Limpiadores acuosos | Excelente | - | El PTFE es ideal |
| alcoholes,<50°C | Bien | - | Monitorear la resistencia de aislamiento |
| cetonas,<50°C | Moderado | Cuarzo | Vida útil más corta |
| Solventes clorados | No recomendado | Cuarzo, acero inoxidable | Riesgo de incendio, permeación |
| Disolventes aromáticos | No recomendado | Cuarzo, acero inoxidable | Alta permeación |
| hidrocarburos alifáticos | Marginal | Cuarzo, acero inoxidable | Permeación moderada |
Idoneidad del PTFE y alternativas para fluidos de limpieza a base de solventes-
Monitoreo y Mantenimiento en Servicio Solvente
Si se utiliza PTFE en servicio solvente, el monitoreo de la resistencia del aislamiento es esencial. Una prueba mensual de megaóhmetro revela la tendencia de permeación. Una disminución de más del 20% desde el valor inicial indica que el solvente está alcanzando el MgO.
La caja del terminal debe estar sellada y ventilada para evitar que se acumule vapor de solvente. Los vapores de solventes son más pesados que el aire y pueden acumularse en recintos bajos-. Una ventilación o purga adecuada reduce el riesgo de ingreso de vapor e incendio.
La limpieza regular de la funda elimina los residuos de disolventes y los depósitos que pueden acelerar la permeación. Basta con un paño suave y un disolvente compatible. La limpieza abrasiva daña la superficie de PTFE y crea sitios de nucleación para una mayor permeación.
Cuando el PTFE no es la opción correcta
El PTFE no es la opción correcta para fluidos de limpieza a base de solventes-a temperaturas elevadas, para solventes clorados o aromáticos, o para aplicaciones donde el riesgo de incendio es una preocupación. En estos casos, el cuarzo o el acero inoxidable pueden ser más adecuados, dependiendo del disolvente y de la temperatura de funcionamiento.
Una configuración de calentador de inmersión de PTFE personalizada con fundas más gruesas y cajas de terminales selladas extiende la vida útil en servicio con solventes suaves, pero no puede superar las limitaciones fundamentales de permeación del PTFE en solventes agresivos. El proceso de especificación requiere la composición del solvente, la temperatura de funcionamiento y el historial de permeación de calentadores anteriores.
