Un taller de acabado de metales sacó un calentador de inmersión de PTFE de un tanque de limpieza alcalino después de cinco meses de servicio. La superficie de la vaina estaba cubierta con una película dura y vítrea que resistía la eliminación con ácido diluido. El equipo de mantenimiento tuvo que utilizar un cincel para romper la película, lo que rasgó el PTFE en varios lugares. La película no tenía incrustaciones de carbonato de calcio ordinarias. Era un vidrio de silicato que se había fundido en la superficie del calentador.
Las películas de vidrio de silicato se encuentran entre los depósitos más tenaces que se encuentran en los calentadores de inmersión de PTFE. Se forman en baños de limpieza alcalinos que contienen silicato de sodio, un aditivo común utilizado para amortiguar, inhibir la corrosión y suspender la suciedad. El silicato se polimeriza en superficies calientes para formar una capa similar al vidrio-que se une químicamente al PTFE.
Por qué se forman películas de silicato en superficies calientes
El silicato de sodio es una mezcla de óxido de sodio y dióxido de silicio. En solución, existe como iones de silicato. Cuando la solución entra en contacto con una superficie caliente, el silicato se polimeriza-los iones de silicato se unen para formar largas cadenas y redes. La polimerización es impulsada por la temperatura y por la evaporación del agua en la superficie caliente.
El silicato polimerizado forma una película dura, químicamente resistente y firmemente adherida a la superficie. La película crece a medida que se acumulan más depósitos de silicato. Se vuelve más grueso y parecido al vidrio-con el tiempo. A diferencia de las incrustaciones de carbonato, que se adhieren mediante entrelazado mecánico, las películas de silicato se unen químicamente a la superficie de PTFE.
| Concentración de silicato | Temperatura del baño | Temperatura de la superficie de la funda | Tasa de formación de película | Tiempo para película de 1 mm |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 grados | 75 grados | Bajo | 6 a 12 meses |
| 2–4% | 70 grados | 85 grados | Moderado | 3 a 6 meses |
| 4–6% | 75 grados | 95 grados | Alto | 6 a 12 semanas |
| >6% | 80 grados | 105 grados + | muy alto | 3 a 6 semanas |
Tasas de formación de películas de silicato en función de la concentración y la temperatura de la vaina.
Por qué las películas de silicato son más dañinas que las incrustaciones de carbonato
Las incrustaciones de carbonato son relativamente blandas y porosas. Se adhiere mediante enclavamiento mecánico y fuerzas débiles de Van der Waals. El ácido diluido lo disuelve y la superficie de PTFE que se encuentra debajo suele estar intacta.
Las películas de silicato son diferentes. Son duros, densos y están unidos químicamente al PTFE. La red de silicato forma enlaces covalentes con la superficie del polímero. La película no se disuelve en ácido. Requiere limpieza alcalina o eliminación mecánica.
La eliminación mecánica-raspado, cincelado o chorro abrasivo-daña el PTFE y crea sitios de nucleación para la futura formación de películas. Las áreas dañadas son más receptivas a la unión de silicatos que la superficie lisa original.
El papel de la temperatura de la superficie de la vaina
La velocidad de polimerización del silicato aumenta con la temperatura. Cada aumento de 10 grados aproximadamente duplica la tasa. Un calentador que funciona a una temperatura superficial de 95 grados forma una película de silicato dos veces más rápido que uno a 85 grados.
La temperatura de la superficie depende de la densidad de vatios y de las condiciones de flujo. Un calentador que funcione a 1,4 W/cm² en un baño moderadamente agitado puede tener una temperatura superficial de 15 a 20 grados por encima de la masa. Un calentador de 0,9 W/cm² puede tener una temperatura superficial de sólo 10 a 12 grados por encima del volumen total. La menor densidad de vatios reduce la temperatura de la superficie y ralentiza la formación de la película.
Prevención de la formación de películas de silicato
La prevención más eficaz es reducir la temperatura de la superficie de la vaina. Una densidad de vatios más baja mantiene la superficie más fría y reduce la velocidad de polimerización. Un calentador que funciona a 0,9 W/cm² puede tardar el doble en formar una película de 1 mm que uno a 1,4 W/cm².
Una superficie pulida reduce la fuerza de adhesión de la película de silicato. Una superficie lisa proporciona menos sitios de nucleación y menos entrelazamiento mecánico. Las superficies pulidas prolongan el intervalo de limpieza entre un 30 y un 50 % en comparación con las superficies estándar.
La limpieza regular elimina la película antes de que se vuelva espesa y tenaz. Una película fina es más fácil de eliminar que una gruesa. El intervalo de limpieza debe basarse en los resultados de la inspección, no en un calendario fijo.
| Medida de Prevención | Efecto sobre la formación de películas | Implementación |
|---|---|---|
| Menor densidad de vatios, 0,9 W/cm² | Polimerización más lenta | Diseño de calentador |
| Superficie pulida | Adhesión reducida | Acabado del calentador |
| Limpieza regular | Previene la película gruesa | Programa de mantenimiento |
| Concentración reducida de silicato | Menor tasa de deposición | Control de la química del baño. |
Medidas de prevención de la formación de películas de silicato en limpiadores alcalinos.
Limpieza de películas de silicato sin dañar el calentador
Las películas de silicato no se disuelven en ácido. Requieren limpieza alcalina o eliminación mecánica.
Una solución de limpieza alcalina-normalmente entre un 5 y un 10 % de hidróxido de sodio a una temperatura de 50 a 60 grados -puede ablandar la película de silicato y permitir que se elimine con el cepillo. La solución limpiadora debe circular o agitarse para mantener el contacto con la película. Se debe inspeccionar el calentador después de la limpieza para confirmar que se haya quitado la película.
La eliminación mecánica debería ser el último recurso. Si es necesaria la eliminación mecánica, utilice un raspador de plástico o un cepillo suave. No utilice cepillos de alambre, raspadores de metal ni almohadillas abrasivas, ya que dañarán el PTFE.
Cuando la película de silicato indica un problema de especificación
Un calentador que desarrolla películas gruesas de silicato a pesar de una limpieza regular indica que el calentador está funcionando a una densidad de vatios demasiado alta para la química del baño. Una configuración de calentador de inmersión de PTFE personalizada con menor densidad de vatios, una superficie pulida y una superficie más grande aborda la causa fundamental de la deposición de silicato. El proceso de especificación requiere la química del baño, la concentración de silicato, la temperatura de funcionamiento y la potencia requerida. Para instalaciones con limpiadores alcalinos que contienen silicato-, este enfoque específico de aplicación-reduce la formación de película y extiende la vida útil del calentador.
