Selección de Materiales y Componentes para Instalaciones Farmacéuticas

Consideraciones del Material

Exposición al fuego en relación a pérdida de elasticidad, degradación, punto de fusión. Aislante térmico para proteger el ambiente exterior (transmisión de energía y corrosión). Sensibilidad del material como agrietados por corrosión ante estancamientos. Empaque, sellado y lubricante no degradables para el fluido en contacto.

Propiedades Mecánicas

• Resistencia a la presión: Capacidad del material para soportar presión interna sin deformarse o romperse.
• Tenacidad: Capacidad de resistir esfuerzos sin romperse, absorbiendo la energía del esfuerzo. Ejemplo: el plomo es muy tenaz (dúctil o maleable) pero poco duro, en cambio, el vidrio es poco tenaz (frágil) y muy duro.
• Dureza: Resistencia a ser rayado o penetrado.
• Resistencia a la fatiga: Capacidad de resistir esfuerzos cíclicos y vibraciones sin romperse.
• Temperaturas extremas: Al aumentar la temperatura disminuye la tenacidad, y a temperaturas bajas el material se vuelve más frágil.

Factores que Influyen en la Corrosión

• Agentes químicos: Los iones hidrógeno donados por los ácidos y el oxígeno disuelto o atrapado dentro del fluido son oxidantes; en cambio, los cloruros facilitan la corrosión porque ayudan a disolver los metales que se están oxidando.
• Erosión-corrosión: Cuanto más elevado es el flujo, más aumenta la corrosión porque los óxidos son retirados por abrasión con el fluido.
• Temperatura: Cuanto más alta, más rápida es la corrosión.

Prevención de la Corrosión

• Inhibidores: Aditivos en pequeñas concentraciones, que reaccionan con los oxidantes como el oxígeno, o sustancias cáusticas como por ejemplo para minar la corrosión de los aceros inoxidables.
• Eliminar físicamente los agentes químicos: Desionizar el agua de proceso, eliminar los cloruros y poner válvulas de purga en el circuito para desairear el aire atrapado.
• Recubrimientos: Recobrir los materiales más sensibles como los aceros con plásticos como el teflón (TFE) o el PVC o cerámicos como el vidrio, les evita el ataque de los ácidos.

Tipos de Materiales Más Utilizados

Metálicos

Se utiliza acero inoxidable AISI 316L. Las aleaciones de cobre se encontrarían en segunda opción, especialmente aplicadas en intercambiadores de calor por su buena conductividad térmica, siendo más utilizados el bronce (Cu + Sn) y el latón (Cu + Zn). Las aleaciones de titanio o de aluminio tienen buenas propiedades mecánicas, son resistentes a la corrosión y son más ligeros que los aceros, pero son más caros.

Plásticos

Buena resistencia al ataque de compuestos inorgánicos pero no a los orgánicos. Los más utilizados son polivinilcloruro (PVC), politetrafluoroetileno (PTFE) o Teflón, polipropileno (PP) o el polietileno (PE). Se utilizan mucho como recubrimientos, para aislar metales entre sí o en sellados.

Señalización

Las cañerías estarán señalizadas correctamente para evitar accidentes según normativa. Esta normativa se basa en la norma UNE-EN 1063 de la comunidad europea.

Uniones y Accesorios

Sirven para unir cañerías entre sí, teniendo su misma resistencia a:

• Presión interna: Para evitar fracturas y escapes.
• Torsión: Que se pueda producir en tramos largos sin apoyo por una dilatación térmica.
• Incendios: Que no se deformen ni haya escapes por fracturas.
• Corrosión: Muy importante.

Sistemas de Soldadura de Metales

• Soldadura por arco (eléctrica).
• Soldadura TIG (Tungsten Inert Gas).
• Soldadura orbital.

Soldadura de Cañerías de Plástico

• Soldadura BCF.

En farmacia no se utiliza soldadura eléctrica porque deja restos y rugosidad.

Soldadura TIG

Adecuada para soldar acero inoxidable. Un gas inerte (el argón) se utiliza para proteger del aire el metal fuera de la soldadura. No deja residuos, facilitando la limpieza posterior. Se emplea en diferentes posiciones y facilita la soldadura de cañerías. No provoca variación en la composición química. Se utilizará: argón, helio o argón + hidrógeno.

Soldadura Orbital

Se realiza por fusión donde se utiliza un electrodo de tungsteno no consumible y se denomina orbital, porque se hace girar o orbitar el electrodo alrededor del material o producto a soldar.

Roscas

Son de extremos roscados y cónicos, de diámetro pequeño, hasta 1/2″. Mayoritariamente se utilizan en cañerías de diámetro de hasta 2″. A veces las roscas pueden dar problemas, ya que pueden provocar una pérdida de resistencia, aumentando el peligro de corrosión. Es decir, se utilizan, pero para cañerías a bajas presiones.

Bridas

Con diámetro a partir de 2″. Los materiales de construcción de las bridas (por ejemplo, aceros al carbono, aceros inoxidables o aleaciones con aceros) vienen reguladas por las normas ASTM. El tipo de brida dependerá del diámetro nominal de la cañería y vendrá fijado por la normativa.

Codos y Tes

Se utilizan para cambios de dirección en las cañerías, hay más cerradas o más abiertas. Generalmente las paredes de los codos son más gruesas que las de la cañería, puesto que el flujo en estos accidentes es más turbulento, de forma que se aumenta la erosión así como la corrosión.

En cuanto a las tes, se utilizan para hacer redes de cañerías. Las características son parecidas a las de los codos.

Reductores

Son accesorios que permiten pasar de una cañería de un diámetro mayor a otra de diámetro inferior.

Clamp

Cuando la conexión se realiza con mangueras, como por ejemplo entre equipos por su carga o descarga, esta conexión con racor a la industria farmacéutica se cierra con un clamp.

Válvulas

Dispositivos mecánicos con los cuales se puede iniciar, parar o regular la circulación de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye, situadas en las cañerías y se unen a ellas mediante bridas, roscas o bien soldadas en función de la frecuencia en la que se tienen que desmontar.

Pueden trabajar con presiones que van desde el vacío hasta más de 140 Mpa y temperaturas desde las criogénicas hasta 815 °C. En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto, en otros no tiene importancia.

Funciones de las Válvulas

• Regular el flujo de fluidos.
• Aislar equipos o cañerías para el mantenimiento, sin tener que interrumpir otras unidades conectadas. Por esta función, se utilizan válvulas que funcionan siempre abiertas o cerradas del todo.

Componentes de las Válvulas

• Cuerpo: Carcasa física de la válvula, por el interior de la que circula el fluido.
• Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso del fluido varíe, regulando el caudal según la posición. Según los tipos de obturadores clasificamos las válvulas: de bola, mariposa, etc.
• Eje/Vástago: Es el elemento que conduce y fija el obturador.
• Asiento: Parte fija sobre la que actúa el obturador y donde se realiza el cierre. Hace que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde está el fluido) sea estanca y no haya fugas. El diseño del cierre de las válvulas varía de un tipo a otro.
• Tapa: Cierre superior del cuerpo de la válvula.
• Bridas: Uniones de la válvula a la cañería. Pueden ser roscadas.

Tipos de Válvulas

Válvula de Bola

Una bola agujereada por el medio que puede girar. Según en qué posición está, deja pasar el fluido o no. Cuando está abierta del todo no ofrece resistencia al paso del fluido.

Ejemplo: las llaves del agua de casa son válvulas de bola.

• Abiertas del todo: la manecilla está situada paralela a la conducción.
• Cerradas del todo: la manecilla está situada perpendicular a la conducción.

Válvula de Globo o Sentado

Son muy buenas para regular caudales, pero son caras. Nos permiten ajustar de manera esmerada el caudal deseado y nos permiten hacer pequeñas variaciones de caudal.

Válvula de Mariposa

El dispositivo que impide el paso del fluido es un disco giratorio, con una rotación de 90°. Se utilizan para abrir o cerrar. Son válvulas limpias y de fácil mantenimiento.

Válvula de Diafragma

Regula el paso del fluido mediante una membrana flexible accionada por la parte superior. Esta membrana puede ser de caucho, teflón, u otros plásticos y se puede sacar para ser sustituida. Es por este motivo que las válvulas de diafragma son adecuadas para líquidos corrosivos. No se pueden utilizar con presiones muy elevadas.

Válvula de Seguridad

Impide que haya una sobrepresión en la cañería o un equipo. Constan de un muelle que se desplaza según la presión del fluido. Si la presión supera un valor determinado, se dispara y lo deja salir.

Válvula de Retención

Su función es impedir el flujo inverso en las cañerías. Junto a las bombas centrífugas se instalan válvulas de retención, puesto que el flujo inverso puede provocar averías en la bomba. Su funcionamiento se basa en que el líquido que circula a través del cuerpo de la válvula hace abrir un dispositivo (disco inclinado, pistón, asiento, etc.) que permite el paso del líquido. Por la forma de construcción de este dispositivo, si la circulación del líquido es en sentido inverso, el dispositivo no se abre.

Viscosidad

Resistencia de un fluido a moverse en la dirección de movimiento por rozamiento entre sus moléculas. Cuando es mayor la fuerza intermolecular del líquido, mayor dificultad de desplazarse. Depende de 5 parámetros: fuerzas intermoleculares, temperatura, presión, gradiente de velocidad, tiempo de cizallamiento.

Fluidos Newtonianos

Líquidos en los que la viscosidad no varía frente al gradiente de velocidad. Ejemplo: agua, aceites minerales, soluciones de azúcar.

Fluidos No Newtonianos

Líquidos que no tienen este comportamiento, en la naturaleza se encuentran muchos más.

Tensión Superficial

Fuerza en la superficie de un líquido compuesta por la interacción de partículas como una cama elástica. Las moléculas en el interior están rodeadas y atraídas en todas las direcciones por otras moléculas adyacentes. Sin embargo, en la superficie del líquido, las moléculas solo están rodeadas y atraídas hacia el interior y hacia los lados, lo que crea una fuerza neta hacia el interior. Esta fuerza neta es la responsable de la tensión superficial.

Capilaridad

Depende de su tensión superficial. Las fuerzas entre las moléculas de un líquido se llaman fuerzas de cohesión y, aquellas entre las moléculas del líquido y las de la superficie de un sólido, se denominan fuerzas de adhesión, lo cual les permite ascender por un tubo capilar (de diámetro muy pequeño).

• Cohesión: Fuerza de atracción entre moléculas iguales.
• Adhesión: Fuerza de atracción entre moléculas diferentes.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es por el hecho que la fuerza de cohesión es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo. El líquido continúa subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Este es el caso del agua y, esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar (como el caso del mercurio), la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.