Para secadores-mezcladores de vacío con cambios rápidos de temperatura son adecuadas sobre todo las juntas mecánicas asistidas por fuelle metálico, así como los sistemas de junta mecánica doble con medio de barrera controlado. En caso de requisitos elevados de pureza, o cuando debe excluirse la entrada de un líquido de barrera en el producto, entran en consideración las juntas con barrera de gas o, bajo condiciones de servicio adecuadas, las juntas lubricadas por gas. Sin embargo, la selección nunca debe basarse únicamente en la temperatura máxima. Son determinantes el perfil de temperatura completo, el nivel de vacío, la velocidad de giro y el movimiento axial del eje mezclador, la resistencia química frente al producto, el disolvente y los medios de limpieza, la estanqueidad requerida, la necesidad de protección ATEX e inertización, así como el concepto de limpieza y mantenimiento.

La junta de eje dinámica es, en el secador-mezclador de vacío, el punto de estanqueidad más exigente. Debe sellar el eje mezclador rotativo frente al espacio de vacío y, al mismo tiempo, absorber los movimientos relativos entre el eje, la carcasa de la junta, el apoyo y el recipiente. Cuando la camisa o el material de mezcla se calientan o enfrían rápidamente, estos componentes se dilatan en distinta medida y con retardo temporal entre sí. El eje puede alargarse axialmente, la carcasa puede deformarse radialmente, y en la zona de la junta pueden producirse gradientes de temperatura elevados. Una junta inadecuada puede, por ello, desalinearse, perder pretensión, desgastarse excesivamente o provocar fugas.

Para tales aplicaciones es especialmente adecuada una junta mecánica con fuelle metálico. El fuelle metálico plegado asume la movilidad axial y proporciona la pretensión de las superficies deslizantes. Con ello puede absorber las variaciones de longitud térmicas del eje sin necesidad de anillos tóricos elastoméricos deslizantes dinámicos sobre el eje. Precisamente estos anillos tóricos elastoméricos dinámicos pueden resultar problemáticos con cambios de temperatura intensos, disolventes agresivos, adherencias de producto o depósitos. Pueden hincharse, encogerse, endurecerse o verse obstaculizados en su movimiento por la fricción y los depósitos. Las juntas de fuelle metálico evitan en gran medida este riesgo y, por ello, se emplean para vacío, temperaturas elevadas, productos químicos agresivos y condiciones de proceso muy variables.

El propio fuelle metálico debe estar fabricado con un material resistente frente al medio correspondiente y a los cambios de temperatura que se produzcan. Según la aplicación, entran en consideración aceros inoxidables de alta aleación o aleaciones base níquel. La selección depende, entre otros factores, de ácidos, álcalis, cloruros, disolventes, temperatura, humedad, posible corrosión bajo tensión y del número esperado de ciclos térmicos. Igualmente importante es la elección de las superficies deslizantes. Según el estado de lubricación, la abrasividad, el vacío, la temperatura y la contaminación admisible, pueden emplearse combinaciones de materiales duros como carburo de silicio, carburo de wolframio o materiales de carbono. No existe una combinación de materiales universalmente válida, porque la idoneidad depende en gran medida del producto, la velocidad de giro y las condiciones de servicio.

Para secadores-mezcladores de vacío exigentes, una junta mecánica de doble efecto suele ser la solución global más robusta. Consta de dos etapas de estanqueidad dispuestas en serie con un espacio intermedio controlado. Este espacio de barrera puede operarse con un líquido de barrera o con gas de barrera. La segunda etapa de estanqueidad mejora la seguridad del proceso, dificulta la entrada de aire ambiental en el proceso al vacío y limita, en caso de fallo, una posible fuga de producto al entorno. Esto es especialmente relevante en productos tóxicos, inflamables, de olor intenso o de alto valor.

En una junta doble con barrera líquida, el medio de barrera cumple varias funciones. Lubrica y refrigera las superficies deslizantes, evacúa el calor de fricción y puede amortiguar las variaciones de temperatura en la zona de la junta. Un termosifón o una unidad de circulación externa se encargan de que la presión, la temperatura, el nivel de líquido y, en su caso, el caudal se mantengan en el rango requerido. Precisamente con cambios de temperatura rápidos, el atemperado controlado del medio de barrera puede mejorar notablemente la vida útil de la junta. Se reduce la carga térmica en las superficies deslizantes internas, se protegen los elementos de estanqueidad secundarios y disminuye el riesgo de deformaciones en la zona de la junta. Las juntas dobles con fuelle metálico combinan así la capacidad de compensación térmica del fuelle metálico con la función adicional de seguridad y supervisión de un sistema de barrera.

La presión de barrera debe adecuarse al concepto de junta y a la presión de proceso. En una barrera líquida presurizada, la presión de barrera se conduce habitualmente por encima de la presión de proceso. En el funcionamiento al vacío debe comprobarse especialmente si, ante una fuga interna, podría entrar líquido de barrera en el producto. Por ello, en procesos farmacéuticos, de química fina o de alta pureza, el medio de barrera debe evaluarse en el marco del análisis de contención, limpieza y riesgo. Según la aplicación, pueden emplearse, por ejemplo, un aceite térmico adecuado, una mezcla de agua y glicol o un fluido de barrera aceptable farmacéuticamente. La elección depende de qué consecuencia tendría una posible entrada de trazas en el producto.

Cuando la entrada de un líquido de barrera es indeseada o no está permitida, puede resultar razonable una junta mecánica doble con barrera de gas. Aquí se emplea con frecuencia nitrógeno como gas de barrera. La corriente de gas forma una barrera definida entre el proceso y el entorno y puede contribuir al mismo tiempo a la inertización. Esto es ventajoso en productos sensibles a la oxidación o a la humedad, así como en disolventes inflamables. No obstante, con cambios de temperatura rápidos, el suministro de gas debe regularse de forma especialmente estable, porque la presión y el volumen del gas cambian al calentar y enfriar. Deben supervisarse la presión del gas de barrera, el consumo, la temperatura en el espacio de la junta y la evacuación de posibles corrientes de fuga. Un sistema de junta de secador-mezclador operado en seco con barrera de nitrógeno o aire puede utilizar la presión en el espacio de la junta como indicador de estado, y está disponible específicamente para aplicaciones con grandes variaciones de temperatura y dilataciones térmicas.

Las juntas lubricadas por gas y sin contacto —a menudo denominadas dry-gas-seals— son una forma especial de la técnica de barrera de gas. Superficies deslizantes especialmente estructuradas generan, con una rotación adecuada, un fino colchón de gas. En servicio normal, las superficies deslizantes apenas se tocan entonces entre sí. Con ello disminuyen la fricción, el desgaste y el aporte de calor. Tales sistemas pueden resultar atractivos con requisitos de pureza muy elevados y condiciones de servicio adecuadas. Sin embargo, requieren superficies de estanqueidad fabricadas con precisión, un suministro de gas estable, una regulación de presión segura y condiciones de servicio suficientes. En órganos mezcladores de marcha lenta y alto par motor, no toda junta lubricada por gas es igualmente adecuada. Por ello, la idoneidad concreta debe evaluarse con el fabricante de la junta y teniendo en cuenta los estados de arranque, parada y servicio de emergencia.

Además de la junta de eje dinámica, todas las conexiones estáticas deben ser estancas al vacío. Entre ellas se cuentan las tapas de bocas de hombre, las puertas de inspección, las mirillas, las bridas, las conexiones de sensores, las carcasas de filtro, las conexiones de la camisa calefactora y los órganos de descarga. Para estas aplicaciones se dispone de distintos materiales de junta. El FFKM es adecuado para productos químicos muy agresivos, temperaturas elevadas y medios de limpieza exigentes. El FKM es una solución muy extendida y económica para muchos disolventes orgánicos, aceites y temperaturas moderadas a elevadas. El EPDM es especialmente adecuado para agua caliente, vapor y medios de limpieza acuosos, pero no es apto para muchos aceites, grasas y disolventes apolares. El PTFE y el PTFE modificado poseen una resistencia química muy amplia y una baja reactividad, pero, debido a su comportamiento de fluencia en frío, requieren un apoyo constructivo adecuado. Los anillos en C, en E metálicos o las juntas espirometálicas pueden resultar razonables con temperaturas elevadas, altas diferencias de presión o requisitos especialmente altos de estabilidad dimensional, pero plantean mayores exigencias a la geometría de la brida, la calidad superficial y las fuerzas de montaje.

En las juntas estáticas, la geometría de la ranura correcta es tan importante como el material. La junta debe permanecer suficientemente comprimida en todo el rango de temperatura, pero no debe solicitarse tan intensamente como para resultar dañada por cambios de temperatura, hinchamiento o deformación permanente. Un grado de compresión definido, una profundidad y anchura de ranura adecuadas, superficies limpias, un atornillado de brida uniforme y pares de apriete controlados son, por ello, requisitos esenciales para una estanqueidad al vacío duradera. En uniones críticas, las juntas revestidas de PTFE con núcleo elástico o las juntas con soporte metálico pueden combinar las ventajas de una elevada resistencia química con una estabilidad dimensional adicional.

La integración constructiva de la junta en el secador-mezclador de vacío es al menos tan importante como la propia junta. La zona de la junta debería atemperarse de la forma más uniforme posible, para que el eje, la carcasa de la junta y la brida no trabajen con temperaturas muy distintas. Una refrigeración o atemperado dirigido de la carcasa de la junta puede mantener la temperatura de las juntas secundarias, los apoyos y las superficies deslizantes dentro del rango admisible. Al mismo tiempo deben tenerse en cuenta constructivamente las dilataciones térmicas axiales y radiales. Los ejes mezcladores grandes pueden alargarse notablemente con diferencias de temperatura elevadas. Las juntas de fuelle metálico son especialmente adecuadas para ello, porque pueden absorber elásticamente el movimiento axial. Un ejemplo de junta para secadores y reactores horizontales está diseñado explícitamente para mantener el vacío de forma segura durante grandes cambios de temperatura y dilataciones térmicas.

Un concepto de junta sólido requiere además una supervisión de estado continua. En los sistemas de barrera líquida deberían supervisarse como mínimo la presión de barrera, la temperatura, el nivel y, en su caso, el caudal. En los sistemas con barrera de gas son relevantes la presión del gas, el consumo de gas, la calidad del gas y la conducción de los gases residuales. Además, la presión diferencial entre el proceso, el espacio de barrera y la atmósfera, la temperatura en la carcasa de la junta, la temperatura del apoyo, las vibraciones y el par motor de accionamiento pueden proporcionar indicios importantes de desgaste, fugas, adherencias de producto o desalineación del eje. Los límites de alarma, la lógica de desconexión, los intervalos de inspección y un concepto de mantenimiento preventivo deberían fijarse ya en la fase de diseño.

En la práctica, para un secador-mezclador de vacío con cambios de temperatura frecuentes y rápidos, una junta mecánica doble con fuelle metálico y sistema de barrera supervisado suele ser la solución de partida preferida. Absorbe los movimientos térmicos del eje, evita los anillos tóricos elastoméricos deslizantes dinámicos y ofrece, con la segunda etapa de estanqueidad, una elevada seguridad de proceso. Una ejecución con barrera líquida resulta ventajosa cuando la refrigeración y la lubricación de las superficies deslizantes son especialmente importantes y puede tolerarse un medio de barrera compatible. Se prefiere una ejecución con barrera de gas cuando el líquido de barrera es indeseado en el producto o cuando el proceso ya se inertiza con nitrógeno. Para cambios de temperatura extremos, medios agresivos y requisitos de vacío elevados, las ejecuciones con fuelle metálico suelen ser más robustas que las juntas clásicas de tipo pusher con elastómeros de movimiento dinámico.