Los empaques de compresión generalmente contienen lubricantes cuando son usados en equipos a altas velocidades donde se genera calor friccional.

Los lubricantes proporcionan una resilencia a los empaques que les permite deformarse y recobrarse bajo ligeras acciones mecánicas tales como la flexión. Pueden proveer también lubricidad entre las fibras que reduce el calor fricciona y que actúa como una barrera de fluido cerrando los huecos en las estructuras trenzadas para prevenir la fuga a través de la sección transversal del empaque. Los lubricantes en los empaques pueden perderse cuando son exprimidos mecánicamente, derretidos a altas temperaturas, disueltos o precipitados por la reacción química con el medio bombeado. La pérdida del volumen ocupado por el lubricante (el cual en algunos casos puede ser tan grande como un 40%), obliga a un continuo reapriete del empaque. Esto puede originar una masa sin vida de fibras abrasivas, particularmente en el caso del asbesto con un resultado drástico en el desgaste del eje o la manga. La presión excesiva del prensaestopas bajo tales condiciones se puede comparar a una banda de frenado en la cual es aplicada mayor presión para obtener una más rápida acción de frenado. Bajo tales condiciones, se desarrolla un extremo calor friccional y ocurre un desgaste excesivo.

A pesar del hecho que el mismo principio mecánico es aplicado para el empacado, se debe recordar que a diferencia de la banda de frenado, el empaque es meramente diseñado para sellar y crear una barrera al fluido y no para una acción de frenado como en el caso de la banda de freno. De acuerdo con esto, los empaques de compresión serán exitosos solo si son apretados a un mínimo que cree un sellado sin actuar como un freno que genere excesiva fricción y desgaste. Esto puede ser obtenido solo si el empaque seleccionado posee la habilidad de retener sus dimensiones bajo las condiciones de operación existentes. Cuando esto puede lograrse, el apriete del prensaestopas puede ser reducido a un mínimo. Obviamente el empaque sufrirá desgaste debido a que está en contacto con el eje, no importando del material utilizado, la elección del lubricante y del acabado del eje. Sin embargo, la apropiada combinación y selección de materiales ayudará en gran medida a reducir el desgaste a un mínimo y a prolongar la vida útil del empaque Debido a que la preservación del volumen total de lubricante es difícil bajo condiciones térmicas y químicas severas, los lubricantes deben ser seleccionados cuidadosamente para conseguir este objetivo. El PTFE coloidal en portador acuoso ha sido el más valioso desarrollo a la industria del empaque. Las finas partículas de PTFE suspendidas son forzadas dentro de tejido bajo presión, y a medida que el portador acuoso es evaporado y secado, las partículas sólidas de PTFE, las cuales se han depositado por sí mismas a través de todo el empaque, se convierten en un lubricante que posee todas las características del PTFE sólido, tales como resistencia a la alta temperatura, excelente inercia química, un coeficiente de fricción extremadamente bajo y propiedades autolubricantes. En adición, el lubricante de PTFE puede reducir en gran medida la naturaleza áspera y abrasiva de las fibras que son usadas en la industria de las empaquetaduras. El PTFE tiene la desventaja de poseer muy altas propiedades de retención del calor. Consecuentemente, se le puede agregar un lubricante para “asentamiento” y así prevenir una generación excesiva de calor bajo altas velocidades del eje.
Este lubricante debe ser cuidadosamente seleccionado y distribuido a través de toda la fibra de tal forma que permita al empaque trabajar bajo condiciones de alta velocidad sin quemarse. Existen situaciones donde los empaques impregnados de PTFE no pueden usarse aun cuando esté presente un lubricante de “asentamiento” debido a su relativa sensibilidad al calor a altas velocidades. Bajo tales condiciones se debe seleccionar otro lubricante o empaque. El tema de los lubricantes es extenso y las relaciones entre los procesos de fricción, y los lubricantes y sus ambientes son muy complejos. La siguiente es una introducción básica.

TIPOS DE LUBRICANTES

Los lubricantes son disponibles en líquidos, sólidos y semi-líquidos (grasas, emulsiones y dispersiones). Pueden también clasificarse de acuerdo a su modo de funcionar y pueden clasificarse como lubricantes hidrodinámicos, marginales, de presión extrema y lubricantes sólidos. Históricamente, los lubricantes jugaron un papel menor hasta la Revolución Industrial. Muchas necesidades fueron entonces satisfechas por varios aceites y grasas derivados de aceites vegetales, animales y de peces. En la ultima parte del siglo XIX, sin embargo, el mérito de los lubricantes a base de aceites minerales, con respecto a una superior resistencia a la temperatura y oxidación fue reconocida y su uso se extendió.

LUBRICANTES ANIMALES Y VEGETALES

Los lubricantes son derivados de animales y vegetales en forma de substancias grasosas que varían en consistencia desde aceites muy fluidos a baja temperatura hasta duros sólidos que se funden alrededor de los 50°C. Es común identificar a un aceite como cualquier sustancia grasosa que fluye abajo de 20°C y como grasa cualquiera que es sólida arriba de esa temperatura. Junto al extenso número de esos aceites y grasas, productos tales como el aceite de castor, de semilla de nava y de semilla de algodón, representan productos típicos derivados de vegetales, mientras que el cebo, aceite y grasa, cera de abeja, etc., son productos representativos derivados de animales. Estos productos se refieren a aceites y grasas compuestas debido a que no pueden destilarse sin descomposición, son parcialmente insolubles en agua y con la excepción del aceite de castor, también son insolubles en alcohol a temperatura ambiente.
Son por otro lado, con excepción del aceite de castor, completamente solubles en éter, bisulfuro de carbón, cloroformo, tetracloruro de carbón, petróleo, benceno y aceites minerales lubricantes. Las grasas y aceites compuestos se considera que poseen más grasa que los aceites minerales y en otras cosas son iguales, el lubricante con mayor aceitosidad causará menos calor, por lo tanto reducirá el desgaste. Sin embargo los aceites y compuestos de grasas fueron probablemente los primeros lubricantes del hombre y a pesar de que poseen algunas excelentes propiedades como lubricantes, ciertas características los hacen objecionables y han sido prácticamente eliminados de este objetivo: Más caros que los aceites minerales. Se oxidan más rápidamente que los aceites minerales, y como resultado se forman dañinos depósitos de resinas gomosas y ácidos, mismos que se acumulan. No pueden obtenerse en un amplio rango de viscosidades.

LUBRICANTES DE PETROLEO

(MINERALES) Muchos lubricantes están hechos de petróleo, que consisten de los elementos carbono e hidrógeno combinados químicamente para formar compuestos llamados hidrocarburos.

LUBRICANTES SINTETICOS

La Revolución Industrial creó una demanda de nuevos lubricantes que satisficiera las altas especificaciones de funcionabilidad. Estos lubricantes sintéticos son en muchas formas comparables a los lubricantes minerales y poseen excelentes características de viscosidad y temperatura. Tienen un extenso uso como lubricantes a alta temperatura debido a que se descomponen y se oxidan en productos volátiles, sin dejar residuos de carbono. Acordemente son especialmente adecuados cuando se desean condiciones de no-manchado.

SILICONES

Los silicones varían desde fluidos de bajo punto de ebullición a fluidos viscosos y gomas. Como lubricantes, pueden resistir cargas extremas de esfuerzo. Son químicamente inertes y térmicamente estables a 360°C.
Debido a sus favorables propiedades físicas y químicas, los silicones cubren muchos de los requerimientos de un lubricante ideal.

CLOROFLUORO CARBONOS

Estos lubricantes poseen una resistencia extraordinaria a la oxidación y estabilidad térmica. Pueden calentarse a 300°C sin descomponerse.

LUBRICANTES SÓLIDOS

Los lubricantes sólidos más ampliamente usados son el grafito, mica y el bisulfuro de molibdeno.

GRAFITO

La clasificación de grafito natural es muy variada, pero hay tres propiedades físicas que lo distinguen; amorfo, terrón y escama. Cuando se usa en contacto con materiales a altas temperaturas, el grafito muestra una baja fricción inherente a temperaturas superiores de 1500°C.

BISULFURO DE MOLIBDENO

El bisulfuro de molibdeno ha sido usado como lubricante por algún tiempo, y frecuentemente ha sido confundido con el grafito debido a su apariencia similar. Los dos materiales sin embargo, son muy diferentes en funcionalidad como lubricantes sólidos, especialmente con respecto a las condiciones ambientales. En lubricantes sofisticados, el grafito y el bisulfuro de molibdeno pueden mezclarse con finas partículas de resinas de fluorocarbono y, ocasionalmente con sólidos inorgánicos en aceites minerales detergentes. Esto puede dar como resultado lubricantes altamente eficientes y extremadamente estables química y térmicamente a muy altas temperaturas. Otros sólidos, tales como el cloruro de cromo y el nitruro de boro, los cuales como el grafito presentan características de baja fricción a altas temperaturas, por lo que dentro de un límite, se usan como lubricantes.

GRASAS

La definición de una grasa puede ser dada como un lubricante sólido o semisólido consistente de un grueso agente gelatinoso en un lubricante líquido. Este incluye no solo los tipos jabonosos sino también los no-jabonosos. Los fluidos usados en las grasas compuestas son comparables con los usados para lubricación.
En muchos casos las grasas compuestas tienen aceite en un rango SAE de 20 a 30. La mayoría de todas las grasas industriales están compuestas de jabón o jabones y aceite de petróleo. También pueden contener materiales de relleno y aditivos.

BISULFURO DE TUGSTENO

Un lubricante no tóxico, no corrosivo, inorgánico y de alta temperatura. Algunos fabricantes lo identifican como un inhibidor de corrosión.

MICA

Es un lubricante resistente a la alta temperatura, no erosiona o daña a los vástagos de acero inoxidable de las válvulas de vapor. Es térmicamente resistente hasta 600°C (1112°F).

INHIBIDORES DE CORROSION

La corrosión galvánica es una reacción electroquímica, la cual puede ocurrir entre dos metales diferentes o entre un metal y un material de carbón y/o grafito. Con objeto de que la reacción ocurra, los dos materiales diferentes deben de estar en contacto con un fluido eléctricamente conductivo. Cuando estas condiciones están presentes el material que esta más cerca del ánodo en la escala galvánica puede ser corroído. El grado de separación en la escala galvánica de los dos materiales determina que tan rápido ocurrirá la reacción de corrosión, mientras más grande es la separación, el rango potencial de corrosión es más rápido. En la industria de los empaques de compresión la corrosión galvánica es más comúnmente encontrada cuando una válvula, con un vástago de acero inoxidable de la serie 400, es empacado con juego de empaques de carbón o grafito y es expuesta a agua en estado líquido por un período de tiempo. Debido a que el acero es más anódico que los materiales de carbón o grafito el vástago de acero inoxidable 410 será corroído.

La corrosión puede ser controlada o eliminada por algunos métodos:
1) Cambiando el material del vástago a un material austenítico (comúnmente serie 300) , en lugar de un acero inoxidable martensítico serie 400, ya que estos son muy susceptibles a la corrosión galvánica.

2) Eliminar la exposición al agua. La corrosión galvánica puede suceder solo si un fluido eléctricamente conductivo está presente.

3) El uso de empaques de compresión que tienen un sistema de inhibición de corrosión galvánica como parte de su construcción. Los sistemas de inhibidores de corrosión galvánica pueden ser clasificados en dos tipos: Inhibidores activos y pasivos. Ambos tipos funcionan modificando o interfiriendo con la reacción, y cualquiera de los dos pueden ser usados para eliminar o reducir drásticamente la cantidad de corrosión que pueda ocurrir.

A)Sistemas inhibidores activos (de sacrificio). Cuando materiales diferentes están presentes en un fluido eléctricamente conductivo, el material que es más anódico será el que sufra el ataque corrosivo. Sistemas inhibidores pasivos (recubrimiento protector)

B) Los sistemas inhibidores pasivos proporcionan protección a la corrosión mediante la construcción de una película de recubrimiento protectivo sobre la superficie de uno de los metales diferentes. En el caso de válvulas, este recubrimiento se forma sobre la superficie del vástago. Una vez que esta película se ha formado, el contacto eléctrico entre los dos materiales diferentes se rompe y la reacción de corrosión se detiene. Aunque existen muchos compuestos inhibidores pasivos disponibles en el mercado, las dos opciones más comunes son fosfato y molibdeno de bario. Las pruebas conducidas por una amplia variedad de fuentes han validado la confiabilidad y la longevidad en servicio de ambas opciones.

1) Fosfato: este sistema es usado ampliamente en combinación con anillos de grafito flexible y trenzados. La tecnología para aplicar el fosfato a los trenzados convencionales como una solución de recubrimiento no existe aun. Como una característica secundaria el fosfato tiene también la capacidad de aumentar la resistencia a la temperatura de oxidación de los anillos de grafito flexible.

2) Molibdeno de bario: este sistema es aplicado a los materiales mediante un proceso separado de recubrimiento de solución. Como resultado; este sistema puede ser usado con virtualmente cualquier tipo de empaque de compresión de cualquier material. A diferencia del fosfato, el molibdeno de bario, no aporta ninguna resistencia a la oxidación adicional a los materiales que fue aplicado. No es fuera de lo común que las dos clases de inhibidores pasivos sean usadas juntas en el mismo juego de empaque. Por ejemplo, anillos de grafito flexible inhibidos con fosfato en combinación con anillos trenzados inhibidos con molibdeno de bario. Es frecuente también que anillos trenzados cubiertos con zinc sean combinados con cinta de grafito flexible inhibidos con agente pasivo. Las tres elecciones que han sido discutidas son compatibles para usarse entre sí.