El sello de grafito sobrevive 2.300 horas en prueba con sal fundida

Ingenieros de la Universidad de Michigan hicieron funcionar un sello de eje de grafito disponible comercialmente durante 2.300 horas en condiciones diseñadas para asemejarse a las del interior de un reactor de sales fundidas. Al final de la prueba, el componente no mostró degradación apreciable, un resultado dirigido a uno de los problemas de ingeniería más difíciles de la tecnología: contener fluidos calientes y químicamente agresivos alrededor de equipos rotatorios.

Prueba del sello en sal FLiNaK fundida

El experimento se realizó en la Instalación de Pruebas de Sellos de Eje de la universidad, construida para evaluar sistemas de sellado para componentes de bombas rotativas. En un reactor futuro, dicho sello tendría que mantener la sal fundida dentro del circuito y evitar que vapores agresivos y gases tóxicos —incluido el fluoruro de hidrógeno— se escaparan.

El montaje de prueba utilizó dos tanques de acero inoxidable conectados por tuberías. El tanque inferior contenía 32 kilogramos de FLiNaK, una mezcla de fluoruros de litio, sodio y potasio que se usa comúnmente como sustituto no radiactivo de las sales fundidas consideradas para sistemas de energía nuclear. Un motor hizo girar el eje a 1,500 revoluciones por minuto, mientras el sello operaba a altas temperaturas y en una atmósfera que contenía diferentes gases protectores.

Los primeros días se dedicaron a rodar el sello. Se necesitaron alrededor de 10 días para alcanzar una condición de funcionamiento estable. La fricción creó una brecha microscópica en el sello, permitiendo que la presión dentro del sistema se igualara. Los investigadores evaluaron entonces el componente en condiciones estables y compararon su respuesta conforme cambiaba el entorno de operación.

El argón funcionó mejor que el helio y el nitrógeno

Tras 2.300 horas, el equipo no encontró corrosión significativa ni fallos estructurales en el sello de grafito. Los cambios en la temperatura y la velocidad del eje tuvieron poco efecto en los resultados generales. La composición del gas protector influyó en mucho mayor medida.

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A igual caudal, el argón produjo una presión más alta en el tanque que el helio o el nitrógeno. Esa diferencia importa en un sistema de reactor, donde la elección de la atmósfera inerte puede afectar cómo se comporta todo el circuito sellado.

La duración y la escala del experimento también lo distinguen. Según los investigadores, menos de 10 instalaciones en todo el mundo han realizado ensayos con más de 10 kilogramos de sales fluoradas a alta temperatura durante más de 100 horas. Por tanto, la corrida de 2.300 horas ofrece una demostración sustancial de que los componentes para reactores de sales fundidas (MSRs) pueden evaluarse en condiciones operativas realistas, en lugar de hacerlo solo mediante modelado o ensayos de laboratorio cortos.

Los MSR operan a altas temperaturas y baja presión, pero sus entornos químicamente reactivos plantean dudas difíciles sobre la vida útil de sellos, válvulas y conjuntos de bombas. Los investigadores dicen que sus datos podrían respaldar el diseño y la ampliación de los MSR, así como de otros sistemas energéticos que requieren componentes de sellado duraderos en condiciones adversas. El próximo desafío es probar conjuntos de mayor tamaño durante periodos todavía más largos sin mantenimiento.