Tras 2,300 horas, este sello de reactor resistió

Ingenieros de la Universidad de Michigan han sometido un sello de eje comercial estándar de grafito a 2,300 horas de pruebas en condiciones diseñadas para imitar de cerca un reactor de sales fundidas. El resultado: sin degradación significativa, un hallazgo práctico para un campo donde el calor extremo y los entornos químicamente agresivos suelen definir los problemas de ingeniería más difíciles.

La prueba se realizó en la Instalación de Pruebas de Sellos de Eje, un banco construido específicamente para evaluar sellos de componentes de bombas giratorias. En estos sistemas, el sello debe hacer dos trabajos a la vez: mantener el material fundido dentro del circuito y evitar que vapores agresivos y gases tóxicos, incluido el fluoruro de hidrógeno, escapen.

La configuración fue sencilla. Los investigadores conectaron dos tanques de acero inoxidable con tuberías y llenaron el tanque inferior con 32 kg de sal FLiNaK, una mezcla de fluoruros de litio, sodio y potasio. FLiNaK suele usarse como un análogo cercano de las sales fundidas empleadas en sistemas nucleares, aunque no contiene componentes radiactivos. Un eje accionado por motor giró a 1,500 rpm mientras el sello operaba bajo altas temperaturas, exposición a vapores y distintos gases de cubierta.

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La primera fase fue, en efecto, un periodo de rodaje. Al sello le tomó alrededor de 10 días alcanzar una operación estable mientras la fricción generaba un microespacio y la presión del sistema se igualaba. Después de eso, el equipo pudo observar cómo se comportaba el conjunto en condiciones más estables y comparar su respuesta a cambios en los parámetros de operación.

Lo que destacó no fue solo el tiempo de funcionamiento sino el estado del sello al final. Tras 2,300 horas, los investigadores no observaron corrosión notable ni descomposición del sello de grafito. Los cambios en la temperatura y en la velocidad del eje tuvieron poco efecto en el panorama general. El factor más determinante fue la composición del gas protector: el argón se comportó mejor, produciendo una mayor presión en el tanque al mismo caudal que el helio y el nitrógeno.

Eso importa porque, en un sistema real, incluso la composición de una atmósfera inerte puede afectar de forma material cómo se comporta todo el circuito.

Según los investigadores, menos de 10 instalaciones en todo el mundo han llevado a cabo pruebas usando más de 10 kg de fluoruros a alta temperatura durante más de 100 horas. En ese contexto, una corrida de 2,300 horas es más que una prueba de banco rutinaria. Es una demostración sustancial de que los componentes de reactores de sales fundidas pueden validarse en hardware, no solo modelarse en papel.

Los reactores de sales fundidas se han discutido durante mucho tiempo como una alternativa a los diseños nucleares convencionales porque combinan altas temperaturas de operación con baja presión. Pero su entorno químicamente reactivo plantea preguntas difíciles sobre cuánto tiempo pueden sobrevivir sellos, válvulas y conjuntos de bombas, y si se les puede confiar en sistemas comerciales. Los autores dicen que los datos deberían ayudar con el diseño y la escalabilidad no solo de los sistemas de reactores de sales fundidas, sino también de otras instalaciones energéticas que necesitan componentes de sellado duraderos en condiciones duras. El siguiente cuello de botella probablemente serán bancos de ensayo más grandes y componentes diseñados para un funcionamiento sin mantenimiento aún más prolongado.