Lubricación en entornos químicamente agresivos
La industria química de proceso continuo (refino, petroquímica, química fina, farmacéutica, agroquímica) opera con equipos rotativos y recipientes a presión donde la lubricación tiene un papel dual: garantizar la fiabilidad mecánica y, al mismo tiempo, actuar como barrera de contaminación entre el proceso y la atmósfera o entre diferentes fluidos de proceso.
A diferencia de otras industrias, aquí un fallo lubricante no solo implica la avería de un rodamiento o engranaje: puede significar la liberación de un agente tóxico, una reacción incontrolada por contaminación del lubricante en el reactor, o una ignición en zona clasificada ATEX. La selección del lubricante es, en este contexto, un elemento de ingeniería de proceso.
1. Agitadores de reactores: sello mecánico y lubricación de barrera
El agitador de un reactor químico introduce el eje de agitación desde el exterior al interior del reactor presurizado. El punto crítico es el sello de eje: debe impedir la fuga del contenido del reactor (tóxico, inflamable o a presión) mientras permite la rotación del eje. Los diseños más comunes son:
1.1 Sello mecánico doble (double mechanical seal) con fluido barrera
El sello mecánico doble es el estándar en reactores con contenidos peligrosos. Consta de dos pares de caras de sello (cara rotante + cara estacionaria), y entre ambos pares circula un fluido barrera que cumple funciones de:
- Lubricación de las caras del sello (carburo de silicio, carburo de tungsteno, o carbono grafito)
- Refrigeración de la zona de sello (temperatura cara de carburo: típicamente 50-80°C en operación)
- Barrera de presión: el fluido barrera se mantiene a presión 1,5-2 bar superior a la presión del reactor, impidiendo que el producto salga al exterior
- Detección de fuga: la contaminación del fluido barrera por producto de proceso es señal de avería del sello interior
| Tipo fluido barrera | Temp. operación | Compatibilidad química | Limitaciones |
|---|---|---|---|
| Aceite mineral blanco (parafínico) | hasta 80°C | Ácidos débiles, alcalinos diluidos | No compatible con solventes clorados, oxidantes fuertes |
| Aceite PAO sintético | hasta 120°C | Amplia, mayor que mineral | No compatible con ácido nítrico concentrado, F₂, Cl₂ gaseoso |
| Aceite PFPE (perfluoropoliéter) | hasta 280°C | Casi universal: ácidos concentrados, HF, oxidantes, solventes | Muy caro. No compatible con metales alcalinos, AlCl₃ fundido |
| Aceite de silicona (PDMS) | hasta 200°C | Ácidos diluidos, alcalinos, solventes no clorados | No compatible con benceno concentrado, cetonas fuertes, steam |
| Polietilenglicol (PEG) acuoso | hasta 60°C | Buena en muchos procesos acuosos | No compatible con oxidantes fuertes, solventes apolares |
Crítico — PFPE y metales alcalinos: Los aceites PFPE se descomponen violentamente en presencia de metales alcalinos (Li, Na, K) a temperatura elevada. En reactores de síntesis organolithium o con sodio metálico, el PFPE está absolutamente contraindicado. Consultar con el fabricante del sello y el proceso químico antes de cualquier cambio de fluido barrera.
1.2 Sello de empaquetadura y prensaestopas (stuffing box)
En reactores de baja presión (hasta 5 bar) con productos menos peligrosos, el prensaestopas con empaquetadura de PTFE trenzado sigue siendo una solución económica. La lubricación en este caso es la del prensaestopas mismo: se inyecta un lubricante compatible entre las vueltas de empaquetadura para reducir el desgaste y la fricción sobre el eje. En productos alimentarios o farmacéuticos: lubricante NSF H1 o USP grado.
1.3 Rodamientos del agitador
Los rodamientos de soporte del eje del agitador (upper y lower bearing) están generalmente fuera del reactor, pero expuestos al entorno de la planta química: vapores corrosivos, temperaturas variables y en ocasiones riesgo de contacto con el fluido barrera. Sus requisitos:
- Rodamiento superior (thrust bearing): soporta el peso del eje y la fuerza hidrodinámica del agitador. Grasa NLGI 2 de poliurea o litio complejo para alta carga y temperatura moderada (60-90°C)
- Rodamiento inferior (radial): cerca del sello, puede estar en contacto con vapores del proceso. Grasa con buena resistencia química o bien aceite de circulación
- En atmósferas corrosivas (cloro, HCl, SO₂ gaseoso): grasa con inhibidores de corrosión potentes, con espesante de jabón de litio complejo resistente
2. Bombas de proceso químico: API 610 y ATEX
Las bombas centrífugas de proceso en refinerías y plantas petroquímicas siguen la norma API 610 (ISO 13709). Esta norma define, entre otros aspectos, las configuraciones de sello mecánico (API 682) y los sistemas de sellos auxiliares (seal support systems o flush plans). La lubricación de rodamientos en bombas API 610 difiere significativamente de las bombas industriales estándar:
| Plan API 682 | Descripción | Fluido barrera/flush | Uso típico |
|---|---|---|---|
| Plan 11 | Recirculación desde descarga al sello | Producto bombeado (filtrado) | Fluidos limpios no vaporizantes |
| Plan 32 | Inyección de fluido externo limpio | Agua limpia, producto compatible | Fluidos sucios o con sólidos |
| Plan 52 | Sello doble, barrera sin presión (buffer) | Aceite mineral/PAO, compatible | Productos tóxicos, barrera sin presión |
| Plan 53A | Sello doble, barrera presurizada (acumulador N₂) | Aceite mineral/PAO/PFPE | Productos peligrosos, presión barrera |
| Plan 53B | Sello doble, barrera presurizada (vessel) | Aceite mineral/PAO/PFPE | Alta presión proceso, continua |
| Plan 54 | Barrera externa presurizada (sistema central) | Aceite de barrera del sistema central | Múltiples bombas, plantas grandes |
| Plan 72 | Gas barrera inerte (N₂), sin presión | Nitrógeno seco | Sellos de gas, volátiles o corrosivos |
| Plan 74 | Gas barrera inerte presurizado | Nitrógeno seco a presión | Sellos de gas en gases o vapores |
2.1 Lubricación de rodamientos en bombas API 610
Las bombas API 610 especifican la lubricación de rodamientos en la cámara de cojinetes (bearing housing). Hay dos configuraciones estándar:
- Lubricación por baño de aceite (oil mist o oil bath): El estándar API 610 permite oil mist (niebla de aceite) para bombas de alta velocidad. La viscosidad prescrita suele ser ISO VG 32 (oil mist) o ISO VG 46-68 (baño). El aceite debe ser turbina (R&O) sin aditivos EP que puedan atacar metales de color (bronce de los rodamientos).
- Lubricación por grasa: Para bombas de menor velocidad o en localizaciones donde el sistema de oil mist no está disponible. Grasa NLGI 2 de litio complejo o poliurea, con intervalos de reengrase según API 610 Annex O.
En ambiente corrosivo (planta de ácido sulfúrico, cloro-álcali), el aceite del cojinete debe ser resistente a la contaminación por vapores ácidos: se prefieren aceites sin aditivos de zinc (zinc-free) con inhibidores de corrosión robustos, o aceites sintéticos PAO que ofrecen mayor inercia química.
3. Lubricación en zonas ATEX: requisitos y selección
La Directiva ATEX 2014/34/UE (equipos) y la Directiva de Lugar de Trabajo ATEX 1999/92/CE (instalaciones) clasifican las atmósferas explosivas en zonas según la probabilidad de presencia de la atmósfera peligrosa. La lubricación en estas zonas debe considerar:
| Zona ATEX | Tipo atmósfera | Probabilidad | Ejemplos en química |
|---|---|---|---|
| Zona 0 | Gaseosa / vapor | Permanente o larga duración | Interior de reactores, interior de depósitos con disolventes |
| Zona 1 | Gaseosa / vapor | Probable en operación normal | Entorno de reactores abiertos, salas de solventes, estaciones de carga |
| Zona 2 | Gaseosa / vapor | Poco probable, solo en anomalía | Alrededores de equipos en operación normal estanca |
| Zona 20 | Nube de polvo | Permanente o larga duración | Interior de silos de resinas, pigmentos, fertilizantes |
| Zona 21 | Nube de polvo | Probable en operación normal | Entorno de equipos de manejo de polvo (ciclones, filtros) |
| Zona 22 | Nube de polvo | Poco probable, solo en anomalía | Alrededores de silos con cierre hermético |
3.1 Requisitos lubricantes en zonas ATEX Zona 1 y Zona 2
Los lubricantes utilizados en equipos instalados en zonas ATEX no son directamente objeto de certificación ATEX (la certificación es del equipo, no del lubricante). Sin embargo, las propiedades del lubricante tienen implicaciones directas en la seguridad:
- Punto de inflamación (flash point): Los lubricantes utilizados en zonas ATEX deben tener un punto de inflamación significativamente superior a la temperatura máxima de superficie del equipo (temperatura clase T según ATEX). Si el equipo está clasificado T3 (200°C superficie), el aceite debe tener flash point mínimo de 250°C.
- Temperatura máxima de superficie del equipo: La temperatura del equipo (carcasa del motor, cojinete caliente) no debe superar la temperatura máxima de la clase T del equipo certificado ATEX. Un lubricante degradado que genera calor adicional puede elevar la temperatura de superficie por encima del límite.
- Compatibilidad con la atmósfera peligrosa: En atmósferas ricas en O₂ (proceso de producción de O₂, plantas oxigenadas), los lubricantes de base mineral o PAO pueden inflamarse espontáneamente. Se requieren lubricantes ignífugos o de base PFPE.
- Carga electrostática: Algunas grasas y aceites pueden acumular carga electrostática. En zonas ATEX, preferir lubricantes con conductividad eléctrica medida (ASTM D2624) o formulados con agentes antiestáticos.
| Situación ATEX | Lubricante recomendado | Flash point mínimo | Notas |
|---|---|---|---|
| Zona 1/2 atmósfera solventes (Grupo IIA) | PAO VG 46-68 con flash point >250°C | >250°C | Estándar, monitorizar temperatura equipo |
| Zona 1/2 atmósfera H₂ o acetileno (Grupo IIC) | PAO o éster, flash point >260°C | >260°C | Verificar temperatura superficial máx. |
| Zona 1/2 + atmósfera O₂ enriquecida | PFPE certificado para O₂ | >Ninguno (ignífugo) | PAO/mineral prohibido en O₂ enriquecido |
| Zona 20/21 polvo combustible | Grasa compacta NLGI 2-3, sin emisión de vapores | >250°C | Evitar grasas líquidas que emitan niebla |
| Alta temp. proceso + Zona 1 | Éster sintético VG 32-46, flash point >280°C | >280°C | Mejor estabilidad oxidativa a alta temp. |
4. Compatibilidad de lubricantes con agentes químicos
La compatibilidad del lubricante con los productos que manipula la maquinaria es fundamental tanto para la seguridad como para la integridad del lubricante. Las incompatibilidades más relevantes:
| Agente químico | Mineral paraf. | PAO | Éster sint. | Silicona | PFPE |
|---|---|---|---|---|---|
| Ácidos inorgánicos concentrados (H₂SO₄, HCl) | Malo | Malo | Malo | Regular | Excelente |
| Ácidos orgánicos (acético, fórmico) | Regular | Bueno | Malo (hidrólisis) | Bueno | Excelente |
| Álcalis fuertes (NaOH, KOH) | Regular | Bueno | Malo (saponificación) | Bueno | Excelente |
| Solventes apolares (hexano, tolueno) | Malo (dilución) | Regular | Regular | Bueno | Excelente |
| Solventes polares (acetona, MEK) | Bueno | Bueno | Regular | Regular | Excelente |
| Oxidantes fuertes (H₂O₂, HNO₃, Cl₂) | Muy malo | Malo | Malo | Malo | Excelente |
| Vapor de agua (steam) | Regular | Bueno | Malo (hidrólisis) | Regular | Excelente |
| Aminas (MEA, DEA) | Bueno | Bueno | Regular | Bueno | Excelente |
| Fluoro-químicos (HF, F₂) | Muy malo | Muy malo | Muy malo | Muy malo | Excelente |
Ésteres sintéticos y agua/ácidos: Los ésteres (adipatos, sebacatos, ésteres complejos) tienen excelentes propiedades lubricantes y alta biodegradabilidad, pero son susceptibles a la hidrólisis en presencia de agua (especialmente a alta temperatura y pH extremo). En ambientes húmedos o con vapor de agua, los ésteres pierden viscosidad y forman ácidos orgánicos que aceleran la corrosión. Siempre verificar la tasa de hidrólisis del éster específico.
5. Compresores de gases de proceso en industria química
Los compresores de proceso en química manejan gases muy distintos al aire: cloro, amoníaco, ácido clorhídrico, etileno, propileno, hidrógeno, CO₂, SO₂ y gas de síntesis. Cada gas impone restricciones severas al lubricante:
| Gas de proceso | Problema lubricante | Lubricante recomendado | Norma ref. |
|---|---|---|---|
| Cl₂ (cloro gaseoso) | Mineral/PAO se degradan, HCl interno | PFPE, lubricante para cloro certificado | — |
| NH₃ (amoníaco) | Ataques a metales de color (cobre, bronce) | Aceite ashless sintético, sin Cu en aditivos | — |
| HCl (ácido clorhídrico) | Corrosión extrema, degradación mineral | PFPE o aceite especial para HCl | — |
| H₂ (hidrógeno) | Alta difusividad, dilución mínima pero explosividad | PAO sintético, flash point alto, sin Zn | API 618 |
| C₂H₄/C₃H₆ (olefinas) | Dilución del aceite (similares a hidrocarburos) | Aceite ashless sin aditivos polimerizables | API 618 |
| CO₂ (dióxido de carbono) | Alta solubilidad en mineral, baja viscosidad efec. | PAO o éster con baja solubilidad CO₂ | — |
| SO₂ (dióxido de azufre) | Forma H₂SO₄ con agua, corrosión ácida | PFPE o aceite altamente alcalino (TBN alto) | — |
| Gas de síntesis (H₂+CO) | CO puede carbonizarse (efecto diesel) | Aceite ashless, temperatura controlada | API 618 |
6. Gestión y análisis de lubricantes en planta química
El programa de análisis de lubricantes en una planta química debe adaptarse a los riesgos específicos de cada punto. Los parámetros críticos difieren de los de una planta mecánica convencional:
| Parámetro | Método | Límite de alarma | Qué indica |
|---|---|---|---|
| Viscosidad cinemática a 40°C | ASTM D445 | ±15% del original | Dilución por gas de proceso o degradación |
| Número ácido (TAN) | ASTM D664 | >2,0 mg KOH/g (o +1 sobre nuevo) | Oxidación o contaminación ácida |
| Número base (TBN) | ASTM D2896 | <50% del original | Agotamiento de reserva alcalina (ácidos del gas) |
| FTIR (infrarrojo) | ASTM E2412 | Picos de oxidación, contaminación | Oxidación, productos de reacción con el gas |
| Contenido en agua (KF) | ASTM D1744 | >200 ppm | Condensación o fuga de refrigerante/vapor |
| Metales desgaste (Fe, Cr, Ni, Cu) | ICP-OES | >200 ppm Fe, >50 ppm Cu | Desgaste de carcasa, rodamientos |
| Metales proceso (contaminación) | ICP-OES | Depende del proceso | Fuga de catalizador, sello, producto |
| Punto de inflamación | ASTM D92 / D93 | Descenso >30°C | Dilución por solvente o gas licuado |
Frecuencia de análisis en planta química: A diferencia de las plantas mecánicas (análisis trimestral o semestral), en industria química los aceites de compresores y agitadores de reactores críticos deben analizarse con frecuencia mensual o incluso quincenal en puesta en marcha. La degradación puede ser mucho más rápida por la presencia de gases reactivos. Un aceite degradado en un compresor de cloro puede costar vidas.
Envasado técnico de lubricantes para industria química
FILLCORE INDUSTRIAL envasa lubricantes especiales para industria química: fluidos barrera PFPE, aceites PAO para compresores de gases de proceso y grasas ATEX. Pequeño formato, alta trazabilidad y documentación técnica completa.