Preguntas frecuentes sobre el comportamiento de sellado de los elastómeros en válvulas de diafragma

Las válvulas de diafragma desempeñan una función de sellado fundamental en aplicaciones higiénicas e industriales. Esta función se basa esencialmente en las propiedades del elastómero utilizado. Sin embargo, bajo cargas térmicas y mecánicas continuas, por ejemplo, debido a ciclos SIP repetidos, las propiedades típicas de este material cambian.
Estos cambios dependientes del tiempo pueden provocar a largo plazo una pérdida de la función de sellado. Por lo tanto, las fugas no se producen necesariamente debido a un montaje defectuoso, sino que pueden ser el resultado de efectos de envejecimiento y relajación típicos del material.
 

Si un elastómero se somete a una tensión mecánica durante un periodo prolongado, su deformación no permanece constante, sino que aumenta gradualmente. Este comportamiento se describe mediante los efectos de fluencia y relajación de tensión. La causa radica en la interacción de influencias físicas y químicas. En este sentido, son decisivos el comportamiento viscoelástico del material y su estructura molecular. Otro valor característico relevante es el denominado «deformado residual por compresión» (compression set), que indica en qué medida un elastómero recupera su forma original tras una deformación permanente.
 

Los elastómeros son básicamente viscoelásticos. Esto significa que, cuando se deforman, una parte de la energía aplicada se almacena en el material, mientras que otra parte se disipa.Las cadenas poliméricas de un elastómero están entrelazadas entre sí y parcialmente entrelazadas. Esta estructura permite, por un lado, un comportamiento elástico, pero al mismo tiempo limita la movilidad de las cadenas. La velocidad y el tipo de reordenación molecular dependen, en particular, de:

• la estructura química del elastómero
• la duración de la carga
• la temperatura
• la tasa de deformación

Estos factores determinan la intensidad y la rapidez con la que cambian las propiedades mecánicas a lo largo del tiempo.

La relajación de tensión describe la reducción dependiente del tiempo de la tensión mecánica almacenada en el elastómero. En una válvula de diafragma, este efecto provoca que la tensión previa aplicada originalmente a la membrana disminuya continuamente. La fuerza de sellado por contacto disminuye con el aumento de la duración de funcionamiento, lo que puede reducir el efecto de sellado. Por lo tanto, pueden producirse fugas incluso si la válvula se ha montado y diseñado correctamente al principio.

Tras el primer ciclo térmico, volver a apretar la unión puede compensar parcialmente la pérdida de fuerza de sellado. De este modo, se reduce a corto plazo el riesgo de fugas externas. Sin embargo, esto no resuelve el problema fundamental. La relajación de la tensión del elastómero continúa. Por lo tanto, a medida que aumenta el tiempo de funcionamiento, se requieren fuerzas de reajuste cada vez mayores para mantener el efecto de sellado.
 

El ajuste repetido o excesivo aumenta considerablemente la carga mecánica del diafragma. Se producen tensiones locales elevadas, especialmente en las transiciones estructurales y las zonas de sujeción. Si se supera el límite de carga del elastómero, comienza la fatiga del material. En primer lugar, se forman microfisuras que se extienden con el tiempo. Como consecuencia, se producen grietas visibles que, finalmente, pueden provocar el fallo del diafragma.

La deformación residual por compresión indica en qué medida un elastómero recupera su forma original tras una deformación permanente. Un valor bajo significa una buena capacidad de recuperación. A menudo, una deformación residual baja va acompañada de un mayor grado de reticulación del material. Sin embargo, esta estructura puede reducir la resistencia al agrietamiento bajo una carga mecánica elevada. En ese caso, el material reacciona menos con una flexión elástica y más con la formación de grietas.

Un material con muy buena capacidad de recuperación puede ser al mismo tiempo más rígido y menos amortiguador. Esto reduce la capacidad de reducir los picos de tensión locales. Especialmente durante el apriete, se producen tensiones locales muy elevadas. Si un elastómero no puede absorber y distribuir esta energía de manera suficiente, la carga se concentra en el material. La consecuencia puede ser la formación de grietas. Por lo tanto, un bajo índice de deformación por compresión no significa automáticamente una mayor resistencia a largo plazo en todas las condiciones de carga. 
 

Una función de sellado segura y duradera no puede garantizarse únicamente mediante el apriete o la elección de un único valor característico del material. Lo decisivo es un diseño constructivo del sistema de sellado en la válvula de diafragma, como la solución patentada de las válvulas de diafragma GOETZE. Solo así se pueden evitar de forma sostenible las fugas y los daños prematuros de la membrana.