sellos mecánicosdesempeñan un papel muy importante para evitar fugas en muchas industrias diferentes. En la industria marítima haysellos mecánicos de bomba, sellos mecánicos de eje giratorio. Y en la industria del petróleo y el gas haysellos mecánicos de cartucho,Sellos mecánicos divididos o sellos mecánicos de gas seco. En la industria automotriz se utilizan sellos mecánicos de agua. Y en la industria química existen sellos mecánicos para mezcladores (sellos mecánicos para agitadores) y sellos mecánicos para compresores.
Dependiendo de las diferentes condiciones de uso, se requiere una solución de sellado mecánico con diferentes materiales. Hay muchos tipos de materiales utilizados en elsellos mecánicos de eje tales como sellos mecánicos de cerámica, sellos mecánicos de carbono, sellos mecánicos de carburo de silicio,Sellos mecánicos SSIC ySellos mecánicos TC.
sellos mecánicos de cerámica
Los sellos mecánicos cerámicos son componentes esenciales en diversas aplicaciones industriales, diseñados para evitar fugas de fluidos entre dos superficies, como un eje giratorio y una carcasa fija. Estos sellos son muy valorados por su excepcional resistencia al desgaste, a la corrosión y a temperaturas extremas.
La función principal de los sellos mecánicos cerámicos es mantener la integridad de los equipos, evitando la pérdida de fluidos o la contaminación. Se utilizan en numerosas industrias, como la petrolera y gasística, la química, la de tratamiento de aguas, la farmacéutica y la alimentaria. Su amplio uso se debe a su construcción duradera; están fabricados con materiales cerámicos avanzados que ofrecen características de rendimiento superiores en comparación con otros materiales.
Los sellos mecánicos cerámicos constan de dos componentes principales: una cara mecánica fija (generalmente de cerámica) y una cara mecánica giratoria (comúnmente de grafito de carbono). El sellado se produce cuando ambas caras se presionan entre sí mediante la fuerza de un resorte, creando una barrera eficaz contra las fugas de fluido. Durante el funcionamiento del equipo, la película lubricante entre las caras de sellado reduce la fricción y el desgaste, manteniendo un sellado hermético.
Un factor crucial que distingue a los sellos mecánicos cerámicos de otros tipos es su excepcional resistencia al desgaste. Los materiales cerámicos poseen una dureza superior que les permite soportar condiciones abrasivas sin sufrir daños significativos. Esto se traduce en sellos más duraderos que requieren reemplazo o mantenimiento menos frecuentes que los fabricados con materiales más blandos.
Además de su resistencia al desgaste, la cerámica también presenta una estabilidad térmica excepcional. Puede soportar altas temperaturas sin degradarse ni perder su eficacia de sellado. Esto la hace idónea para su uso en aplicaciones de alta temperatura donde otros materiales de sellado podrían fallar prematuramente.
Por último, los sellos mecánicos cerámicos ofrecen una excelente compatibilidad química y resistencia a diversas sustancias corrosivas. Esto los convierte en una opción atractiva para las industrias que trabajan habitualmente con productos químicos agresivos y fluidos corrosivos.
Los sellos mecánicos de cerámica son esencialessellos de componentesDiseñados para prevenir fugas de fluidos en equipos industriales. Sus propiedades únicas, como la resistencia al desgaste, la estabilidad térmica y la compatibilidad química, los convierten en la opción preferida para diversas aplicaciones en múltiples industrias.
| propiedad física cerámica | ||||
| Parámetro técnico | unidad | 95% | 99% | 99,50% |
| Densidad | g/cm3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Dureza | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Tasa de porosidad | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Resistencia a la fractura | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Coeficiente de dilatación térmica | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Conductividad térmica | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Sellos mecánicos de carbono
Los sellos mecánicos de carbono tienen una larga historia. El grafito es un isómero del carbono. En 1971, Estados Unidos estudió el exitoso material de sellado mecánico de grafito flexible, que resolvió el problema de fugas en las válvulas de energía atómica. Tras un procesamiento exhaustivo, el grafito flexible se convierte en un excelente material de sellado, con el que se fabrican diversos sellos mecánicos de carbono que actúan como componentes de sellado. Estos sellos mecánicos de carbono se utilizan en las industrias química, petrolera y eléctrica, por ejemplo, para el sellado de fluidos a alta temperatura.
Debido a que el grafito flexible se forma por la expansión del grafito expandido a altas temperaturas, la cantidad de agente intercalante que queda en el grafito flexible es muy pequeña, pero no se elimina por completo, por lo que la existencia y composición del agente intercalante influyen enormemente en la calidad y el rendimiento del producto.
Selección del material de la cara del sello de carbono
El inventor original utilizó ácido sulfúrico concentrado como oxidante y agente intercalante. Sin embargo, después de aplicarlo al sellado de un componente metálico, se encontró que una pequeña cantidad de azufre que quedaba en el grafito flexible corroía el metal de contacto después de un uso prolongado. En vista de este punto, algunos académicos nacionales han intentado mejorarlo, como Song Kemin, quien eligió ácido acético y ácido orgánico en lugar de ácido sulfúrico. ácido, lentamente en ácido nítrico, y bajar la temperatura a temperatura ambiente, hecho a partir de una mezcla de ácido nítrico y ácido acético. Usando la mezcla de ácido nítrico y ácido acético como agente insertante, el grafito expandido libre de azufre se preparó con permanganato de potasio como oxidante, y el ácido acético se agregó lentamente al ácido nítrico. La temperatura se reduce a temperatura ambiente, y se hace la mezcla de ácido nítrico y ácido acético. Luego se agregan el grafito en escamas naturales y permanganato de potasio a esta mezcla. Bajo agitación constante, la temperatura se mantiene a 30 °C. Tras 40 minutos de reacción, se lava el agua hasta alcanzar un pH neutro y se seca a 50-60 °C. El grafito expandido se obtiene mediante expansión a alta temperatura. Este método evita la vulcanización, siempre que el producto alcance un cierto volumen de expansión, lo que garantiza la estabilidad del material de sellado.
| Tipo | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Marca | Impregnado | Impregnado | Fenol impregnado | Carbono de antimonio(A) | |||||
| Densidad | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Resistencia a la fractura | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Resistencia a la compresión | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Dureza | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Porosidad | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperaturas | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Sellos mecánicos de carburo de silicio
El carburo de silicio (SiC), también conocido como carborundo, se obtiene a partir de arena de cuarzo, coque de petróleo (o coque de carbón), virutas de madera (que se añaden en la producción de carburo de silicio verde), entre otros. En la naturaleza, el carburo de silicio también se encuentra en la morera, un mineral poco común. Entre las materias primas refractarias de alta tecnología, sin óxidos, como el C, el N y el B, el carburo de silicio es uno de los materiales más utilizados y económicos, considerado una valiosa opción para la industria siderúrgica. Actualmente, la producción industrial china de carburo de silicio se divide en carburo de silicio negro y carburo de silicio verde. Ambos presentan cristales hexagonales con una granulometría de 3,20 a 3,25 y una microdureza de 2840 a 3320 kg/m².
Los productos de carburo de silicio se clasifican en diversos tipos según su aplicación. Generalmente se utilizan en aplicaciones mecánicas. Por ejemplo, el carburo de silicio es un material ideal para sellos mecánicos debido a su buena resistencia a la corrosión química, alta resistencia mecánica, alta dureza, buena resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y alta resistencia a la temperatura.
Los anillos de sellado de SiC se pueden clasificar en anillos estáticos, móviles, planos, etc. El silicio SiC se puede transformar en diversos productos de carburo, como anillos giratorios, asientos fijos y casquillos, según los requisitos específicos de cada cliente. También se puede utilizar en combinación con grafito, y su coeficiente de fricción es menor que el de la cerámica de alúmina y las aleaciones duras, por lo que se puede emplear en aplicaciones con alto valor PV, especialmente en entornos ácidos y alcalinos fuertes.
La baja fricción del SIC es una de las principales ventajas de su uso en sellos mecánicos. Por lo tanto, el SIC resiste mejor el desgaste que otros materiales, prolongando la vida útil del sello. Además, su menor fricción reduce la necesidad de lubricación. La falta de lubricación disminuye la posibilidad de contaminación y corrosión, mejorando la eficiencia y la fiabilidad.
El SIC también posee una gran resistencia al desgaste. Esto indica que puede soportar un uso continuo sin deteriorarse ni romperse. Por ello, es el material ideal para aplicaciones que exigen un alto nivel de fiabilidad y durabilidad.
También se puede rectificar y pulir, lo que permite reacondicionar la junta varias veces a lo largo de su vida útil. Generalmente se utiliza en aplicaciones mecánicas, como en juntas mecánicas, debido a su buena resistencia a la corrosión química, alta resistencia mecánica, alta dureza, buena resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y alta resistencia a la temperatura.
Cuando se utiliza en las caras de los sellos mecánicos, el carburo de silicio mejora el rendimiento, aumenta la vida útil del sello, reduce los costos de mantenimiento y disminuye los costos operativos de equipos rotativos como turbinas, compresores y bombas centrífugas. El carburo de silicio puede presentar diferentes propiedades según su proceso de fabricación. El carburo de silicio obtenido por reacción química se forma mediante la unión de partículas de carburo de silicio entre sí.
Este proceso no afecta significativamente la mayoría de las propiedades físicas y térmicas del material; sin embargo, sí limita su resistencia química. Los productos químicos que suelen causar problemas son las sustancias cáusticas (y otros productos químicos con pH elevado) y los ácidos fuertes, por lo que el carburo de silicio unido por reacción no debe utilizarse en estas aplicaciones.
Infiltrado por sinterización reactivaCarburo de silicio. En este material, los poros del SiC original se rellenan durante el proceso de infiltración mediante la combustión del silicio metálico, lo que da lugar a la formación de SiC secundario y confiere al material propiedades mecánicas excepcionales, volviéndolo resistente al desgaste. Gracias a su mínima contracción, puede utilizarse en la fabricación de piezas grandes y complejas con tolerancias ajustadas. Sin embargo, el contenido de silicio limita la temperatura máxima de funcionamiento a 1350 °C, y la resistencia química también se limita a un pH de aproximadamente 10. No se recomienda su uso en entornos alcalinos agresivos.
SinterizadoEl carburo de silicio se obtiene mediante la sinterización de un granulado de SiC muy fino previamente comprimido a una temperatura de 2000 °C para formar enlaces fuertes entre los granos del material.
Primero, la red cristalina se engrosa; luego, la porosidad disminuye; y finalmente, los enlaces entre los granos se sinterizan. Durante este proceso, se produce una contracción significativa del producto, de aproximadamente un 20 %.
Anillo de sellado SSIC Es resistente a todos los productos químicos. Dado que no contiene silicio metálico en su estructura, puede utilizarse a temperaturas de hasta 1600 °C sin que ello afecte a su resistencia.
| propiedades | R-SiC | SiC-S |
| Porosidad (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Densidad (g/cm³) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Dureza | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Módulo de elasticidad (GPa) | ≥400 | ≥410 |
| Contenido de SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Contenido de Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Resistencia a la flexión (MPa) | ≥350 | 450 |
| Resistencia a la compresión (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Coeficiente de dilatación térmica (1/℃) | 4,5×10⁻⁶ | 4,3×10⁻⁶ |
| Resistencia al calor (en la atmósfera) (℃) | 1300 | 1600 |
Sello mecánico TC
Los materiales TC poseen características de alta dureza, resistencia, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión. Se les conoce como "dientes industriales". Gracias a su rendimiento superior, se han utilizado ampliamente en la industria militar, aeroespacial, procesamiento mecánico, metalurgia, perforación petrolera, comunicaciones electrónicas, arquitectura y otros campos. Por ejemplo, en bombas, compresores y agitadores, los anillos de carburo de tungsteno se utilizan como sellos mecánicos. Su buena resistencia a la abrasión y alta dureza los hacen idóneos para la fabricación de piezas resistentes al desgaste en entornos de alta temperatura, fricción y corrosión.
Según su composición química y características de uso, el TC se puede dividir en cuatro categorías: tungsteno-cobalto (YG), tungsteno-titanio (YT), tungsteno-titanio-tantalio (YW) y carburo de titanio (YN).
La aleación dura de tungsteno-cobalto (YG) está compuesta de WC y Co. Es adecuada para el procesamiento de materiales frágiles como hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no metálicos.
La estelita (YT) está compuesta de WC, TiC y Co. Gracias a la adición de TiC a la aleación, su resistencia al desgaste mejora, pero su resistencia a la flexión, su rendimiento de rectificado y su conductividad térmica disminuyen. Debido a su fragilidad a bajas temperaturas, solo es apta para el mecanizado a alta velocidad de materiales comunes y no para el procesamiento de materiales frágiles.
La aleación de tungsteno, titanio, tantalio, niobio y cobalto (YW) se incorpora para aumentar su dureza a altas temperaturas, su resistencia mecánica y su resistencia a la abrasión mediante la adición de la cantidad adecuada de carburo de tantalio o niobio. Asimismo, mejora su tenacidad y su rendimiento de corte general. Se utiliza principalmente para el corte de materiales duros y para cortes intermitentes.
La aleación base de titanio carbonizado (YN) es una aleación dura con fases duras de TiC, níquel y molibdeno. Sus ventajas son su alta dureza, resistencia a la adherencia, al desgaste por deformación y a la oxidación. Se puede mecanizar incluso a temperaturas superiores a 1000 °C. Es apta para el acabado continuo de aceros aleados y aceros templados.
| modelo | contenido de níquel (% en peso) | densidad (g/cm²) | dureza (HRA) | resistencia a la flexión (≥N/mm²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | 1800 |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87,5-90,0 | 2000 |
| modelo | contenido de cobalto (% en peso) | densidad (g/cm²) | dureza (HRA) | resistencia a la flexión (≥N/mm²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14,5-14,9 | 88,0-90,5 | 1980 |
| YG12 | 11.7-12.2 | 13,9-14,5 | 87,5-89,5 | 2400 |
| YG15 | 14.6-15.2 | 13.9-14.2 | 87,5-89,0 | 2480 |
| YG20 | 19.6-20.2 | 13.4-13.7 | 85,5-88,0 | 2650 |
| YG25 | 24,5-25,2 | 12.9-13.2 | 84,5-87,5 | 2850 |