En válvulas, ¿dónde está la fricción?

Descubrir dónde ocurre la fricción en los mecanismos de los equipos es un punto estratégico para llevar a cabo el plan de lubricación adecuado que nos dé mejores resultados tanto operativos como económicos. En esta ocasión, nos enfocaremos en un mecanismo crítico, aunque a veces no lo parezca.

Una válvula es un dispositivo mecánico diseñado para controlar el flujo de líquidos o gases en un sistema. Permite iniciar, detener o regular la circulación mediante componentes móviles que abren o cierran, parcial o totalmente, el paso del fluido. Su función se enmarca en instalaciones que incluyen tuberías, accesorios de conexión y bombas.

Tipos de válvulas según su función

Las válvulas se clasifican según su función y diseño. Entre los tipos principales destacan:

• Válvulas de compuerta, que abren o cierran completamente el paso.
• Válvulas de bola, que garantizan cierres herméticos.
• Válvulas de retención, que evitan el flujo inverso.
• Válvulas de alivio, que liberan presión.
• Válvulas de mariposa, usadas para controlar grandes caudales en un sentido unidireccional.

Tanto en aplicaciones domésticas como industriales, las válvulas sufren fricción en puntos que, a primera vista, no siempre son evidentes.

¿Por qué la lubricación de válvulas es compleja?

La lubricación de una válvula es un proceso técnicamente exigente por varios factores que coinciden en un mismo componente:

• El punto de fricción suele estar oculto y es de difícil acceso.
• Existe condición de película límite (el estado en que la capa de lubricante entre dos superficies es tan delgada que el contacto metálico directo es posible) derivada de la baja velocidad, el corto desplazamiento y la fricción de deslizamiento.
• El lubricante entra en contacto con un fluido que puede ser incompatible, formar parte de un alimento, o arrastrar el lubricante fuera del punto de fricción.
• Están en contacto materiales distintos entre sí, normalmente un metal y un polímero o elastómero.

Los dos puntos de fricción en una válvula

De forma general, toda válvula tiene dos puntos de fricción: el primer punto permite el movimiento de apertura y cierre, normalmente una rosca; el segundo, sella el paso del fluido, donde se emplea un material polimérico o elastómero con buena capacidad de deformación elástica para garantizar el sellado.

Figura 1: Puntos de fricción en una válvula: contacto metal-metal en el mecanismo de apertura/cierre, y contacto metal-polímero o metal-elastómero en el punto de sellado.

En aplicaciones industriales, el primer punto de contacto suele ser metal-metal, mientras que el segundo es metal-polímero o metal-elastómero. En válvulas de apertura y cierre poco frecuente, basta con lubricar los sellos durante el montaje. En válvulas de movimiento constante, en cambio, la fricción se convierte en un factor crítico para la vida útil del componente.

Propiedades que debe tener un lubricante para válvulas

1. Compatibilidad con material del sello

Los lubricantes son productos químicos y pueden degradar de forma prematura los sellos de una válvula: algunos endurecen y agrietan el material, otros lo "derriten" con poco tiempo de uso. Los aceites base sintética perfluorados ofrecen la mejor compatibilidad con polímeros y elastómeros. Las siliconas también son una buena opción, con una excepción: en sellos de silicona, el aceite de silicona puede "derretir" el propio sello por tratarse del mismo elemento base.

Interlub cuenta con una tabla de compatibilidad de sellos para consultar la relación entre un aceite específico y el material del sello.

Figura 2. Tabla de compatibilidad de sellos: Relación entre tipos de aceite y tipos de materiales de los sellos.

2. Buena lubricidad

Lubricar un contacto metal-metal es muy distinto a lubricar un contacto metal-elastómero. La combinación de aceite base y aditivos debe reducir la fricción y el desgaste del sello, tanto para extender la vida útil del componente como para mejorar la capacidad de sellado: a menor fricción, mayor deformación del sello, que "copia" la rugosidad de la superficie de contacto y evita fugas.

Dado que en estas aplicaciones predominan la baja velocidad y la película límite, el lubricante requiere alta viscosidad de aceite base y, en muchos casos, sólidos lubricantes. Para el contacto metal-elastómero es común una combinación de aceite base de silicona con sólidos de PTFE.

3. Resistencia a la remoción por el fluido

Cuando el fluido que pasa por la válvula entra en contacto con el lubricante, este es arrastrado progresivamente fuera del punto de fricción, dejando las superficies desprotegidas. La velocidad de este arrastre varía según el fluido, por lo que la selección del lubricante óptimo debe considerarlo. Al igual que para la lubricidad, se recomiendan aceites de alta viscosidad; en lubricación con grasa, son comunes consistencias más elevadas, como los grados NLGI 3 y 4 (una escala que mide la consistencia de una grasa lubricante, donde a mayor número, mayor firmeza).

4. Compatibilidad con el fluido

Cuando el fluido entra en contacto con el lubricante, debe evaluarse la compatibilidad química entre ambos. Con agua, aire o bebidas en general esto rara vez es un problema, pero existen sistemas que trabajan con fluidos altamente explosivos o que pueden reaccionar con el lubricante y generar un tercer componente peligroso. Algunos ejemplos:

• Grasas para sistemas con alta concentración de oxígeno.
• Grasas para sistemas con amoniaco, metanol, etileno, butano y propano.
• Grasas para sistemas con ácidos en general.
• Grasas para sistemas con gasolina, diésel, sosa o gas natural.

5. Grado alimenticio

Cuando el fluido de la válvula es un alimento o parte de uno, el lubricante debe estar formulado para no volverlo tóxico incluso en caso de contaminación mínima. Para estos casos se utilizan lubricantes grado alimenticio categoría H1, destinados a contacto incidental con alimentos, con un límite máximo de 1 a 10 ppm de contaminación permitida.

Además de la toxicidad, el lubricante tampoco debe alterar las propiedades del alimento o bebida. En el llenado de botellas de cerveza, en válvulas del distribuidor rotativo de llenadoras tipo carrusel la principal preocupación es la formación de espuma, ya que la mayoría de los lubricantes para válvulas son base silicona, un aditivo antiespumante conocido.

Caso de aplicación exitosa: en Interlub, una grasa de silicona + PTFE, gracias a su formulación completa y su resistencia a la remoción, demostró no afectar de forma significativa la formación de espuma de la cerveza. Ese producto es Aliplex Seal, una grasa grado alimenticio cuyas propiedades técnicas completas puede consultarse en la ficha correspondiente.

La fricción en una válvula rara vez está donde parece: se esconde en la rosca que abre y cierra el paso, en el sello que copia la rugosidad de una superficie en el instante en que un fluido arrastra el lubricante fuera de su lugar. Identificar cada uno de esos puntos, y responder con la combinación correcta de base, aditivos y consistencia, es, en el fondo, el oficio detrás de cada especificación técnica de Interlub.

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