Un taller de enchapado sacó un calentador de inmersión de PTFE de un tanque de enchapado de zinc después de nueve meses de servicio. El calentador mostró una grieta horizontal a lo largo de la línea de líquido-el límite entre las secciones sumergida y expuesta. La grieta había penetrado el PTFE y había dejado al descubierto la funda metálica. El tanque estaba equipado con un interruptor de flotador que controlaba el nivel del líquido, pero el interruptor tenía una banda muerta de aproximadamente 40 mm y el nivel subía y bajaba en la parte superior del calentador.
Los interruptores de flotador son dispositivos de control de nivel comunes en tanques de procesamiento de químicos y enchapado. Son simples, confiables y económicos. Pero tienen una banda muerta-un rango entre los niveles de encendido-encendido y apagado-apagado-que permite que el nivel del líquido fluctúe. Si el calentador se coloca de manera que la línea de líquido caiga dentro de la banda muerta, el calentador alterna entre los estados sumergido y expuesto, y el PTFE se agrieta a lo largo de la línea de líquido.
Por qué la línea de líquido es una zona de concentración de tensiones
La línea de líquido es el límite entre las partes sumergida y expuesta del calentador. La parte sumergida es enfriada por el fluido de proceso. La parte expuesta se enfría con aire, lo que es mucho menos eficiente. La diferencia de temperatura entre las dos porciones puede ser de 50 a 100 grados.
La parte sumergida se expande menos que la parte expuesta. La expansión diferencial crea un esfuerzo cortante en la línea de líquido. La tensión se concentra en la superficie de PTFE, donde el polímero se une a la funda metálica. Los ciclos repetidos provocan grietas por fatiga.
| Ciclo de nivel de líquido | Diferencia de temperatura en la línea de líquido | Amplitud de estrés | Es hora de romper |
|---|---|---|---|
| <10 mm | 40-60 grados | Bajo | >36 meses |
| 10-25 milímetros | 50–80 grados | Moderado | 18 a 30 meses |
| 25-40 milímetros | 60-100 grados | Alto | 8 a 16 meses |
| 40-60 milímetros | 80-120 grados | muy alto | 4 a 10 meses |
| >60mm | >120 grados | Severo | 2 a 6 meses |
Ciclos de nivel de líquido y su efecto sobre el craqueo de PTFE en la línea de líquido
Por qué los interruptores de flotador crean ciclos en las líneas de líquido
Un interruptor de flotador funciona abriendo o cerrando un circuito cuando el nivel del líquido alcanza un punto establecido. El interruptor tiene una banda muerta-el nivel debe bajar una cierta cantidad antes de que el interruptor cierre la válvula de llenado. La banda muerta suele ser de 20 a 50 mm, según el diseño del interruptor.
Si el calentador está colocado de manera que la línea de líquido caiga dentro de la banda muerta, el calentador alterna entre los estados sumergido y expuesto con cada ciclo de llenado. El número de ciclos depende de la tasa de evaporación y arrastre-. En un tanque con alta evaporación, el nivel puede circular varias veces al día.
Por qué se forma la grieta en la línea de líquido
La grieta se forma en la línea de líquido porque es allí donde la tensión es mayor. El PTFE en la línea de líquido está sujeto a la diferencia total de temperatura entre las secciones húmeda y seca. El esfuerzo cortante se concentra en la interfaz metálica de PTFE-.
La grieta se propaga horizontalmente a lo largo de la línea de líquido. Puede permanecer como una grieta en la superficie durante meses o puede penetrar el PTFE y exponer el metal. Una vez que el metal queda expuesto, comienza la corrosión y el calentador falla.
Prevención del agrietamiento de la línea de líquido
La prevención más eficaz es colocar el calentador de modo que la línea de líquido esté muy por debajo de la banda muerta del interruptor de flotador. La parte superior de la sección calentada debe estar al menos 75 mm por debajo del nivel mínimo de líquido. Esto asegura que el calentador permanezca completamente sumergido incluso cuando el nivel esté en el punto bajo de la banda muerta.
Un bloqueo-de bajo nivel proporciona protección adicional. El enclavamiento corta la energía al calentador si el nivel cae por debajo del umbral seguro. El enclavamiento debe ser independiente del interruptor de flotador y debe requerir reinicio manual.
Un calentador con una sección calentada más corta que se mantiene muy por debajo de la línea de líquido normal proporciona un margen contra las fluctuaciones de nivel. Si el tanque es lo suficientemente profundo, colocar la sección calentada en la mitad inferior del tanque la mantiene sumergida incluso durante caídas de nivel significativas.
| Medida de Prevención | Efecto sobre el agrietamiento de la línea de líquido | Implementación |
|---|---|---|
| Posición inferior del calentador | Evita banda muerta | Montaje del calentador |
| Enclavamiento de bajo-nivel | Corta la energía a bajo nivel. | Sensor de nivel y relé |
| Sección calentada más corta | Mantiene el calentador sumergido | Diseño de calentador |
| Banda muerta reducida | Ciclismo menos nivelado | Actualización del interruptor de flotador |
Medidas de prevención de fisuras en líneas de líquido en tanques con interruptores de flotador
Cuando el agrietamiento de la línea de líquido indica un problema de diseño
Un calentador que se agrieta en la línea de líquido a pesar de una posición de montaje baja y un bloqueo de nivel-bajo indica que la banda muerta del interruptor de flotador es demasiado grande para la aplicación. Una configuración personalizada del calentador de inmersión de PTFE con una sección calentada más corta, una posición de montaje más baja y un bloqueo de bajo nivel- aborda la causa raíz del agrietamiento de la línea de líquido. El proceso de especificación requiere las dimensiones del tanque, la banda muerta del interruptor de flotador, los niveles de líquido normal y mínimo y la potencia requerida. Para instalaciones con control de nivel de interruptor de flotador, este enfoque-específico para la aplicación reduce el agrietamiento de la línea de líquido y extiende la vida útil del calentador.
