La elección del material para su sello es fundamental, ya que determinará la calidad, la vida útil y el rendimiento de una aplicación, además de reducir problemas futuros. A continuación, analizamos cómo el entorno afecta la selección del material del sello, así como algunos de los materiales más comunes y sus aplicaciones más adecuadas.
Factores ambientales
El entorno al que estará expuesto un sello es crucial a la hora de seleccionar el diseño y el material. Los materiales de sellos deben poseer diversas propiedades clave para cualquier entorno, como la estabilidad de la superficie del sello, la capacidad de conducir el calor, la resistencia química y una buena resistencia al desgaste.
En algunos entornos, estas propiedades deberán ser más resistentes que en otros. Otras propiedades del material que deben tenerse en cuenta al considerar el entorno incluyen la dureza, la rigidez, la expansión térmica, el desgaste y la resistencia química. Tenerlas en cuenta le ayudará a encontrar el material ideal para su sello.
El entorno también puede determinar si se debe priorizar el coste o la calidad del sello. En entornos abrasivos y hostiles, los sellos pueden ser más caros debido a que los materiales deben ser lo suficientemente resistentes para soportar estas condiciones.
En estos entornos, invertir en un sello de alta calidad se amortizará con el tiempo, ya que ayudará a evitar las costosas paradas, reparaciones y reacondicionamientos o reemplazos que conlleva un sello de menor calidad. Sin embargo, en aplicaciones de bombeo con fluidos muy limpios con propiedades lubricantes, se podría comprar un sello más económico en lugar de cojinetes de mayor calidad.
Materiales de sellado comunes
Carbón
El carbono utilizado en las caras de los sellos es una mezcla de carbono amorfo y grafito, cuyos porcentajes determinan las propiedades físicas del grado final del carbono. Es un material inerte, estable y autolubricante.
Se utiliza ampliamente como una de las caras finales de los sellos mecánicos, y también es un material popular para sellos circunferenciales segmentados y anillos de pistón con lubricación seca o baja. Esta mezcla de carbono y grafito también puede impregnarse con otros materiales para conferirle características diferentes, como menor porosidad, mejor resistencia al desgaste o mayor resistencia.
Un sello de carbono impregnado con resina termoestable es el más común para sellos mecánicos. La mayoría de los sellos de carbono impregnados con resina son capaces de operar en una amplia gama de sustancias químicas, desde bases fuertes hasta ácidos fuertes. También presentan buenas propiedades de fricción y un módulo adecuado para controlar las distorsiones por presión. Este material es apto para servicio general hasta 260 °C (500 °F) en agua, refrigerantes, combustibles, aceites, soluciones químicas ligeras y aplicaciones en alimentos y medicamentos.
Los sellos de carbono impregnados con antimonio también han demostrado ser eficaces gracias a su resistencia y módulo, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta presión donde se requiere un material más resistente y rígido. Estos sellos también son más resistentes a la formación de ampollas en aplicaciones con fluidos de alta viscosidad o hidrocarburos ligeros, lo que los convierte en el grado estándar para muchas aplicaciones de refinería.
El carbono también se puede impregnar con formadores de película como fluoruros para aplicaciones de funcionamiento en seco, criogenia y vacío, o inhibidores de oxidación como fosfatos para aplicaciones de alta temperatura, alta velocidad y turbinas de hasta 800 pies/seg y alrededor de 537 °C (1000 °F).
Cerámico
La cerámica es un material inorgánico no metálico elaborado a partir de compuestos naturales o sintéticos, comúnmente óxido de alúmina o alúmina. Presenta un alto punto de fusión, alta dureza, alta resistencia al desgaste y a la oxidación, por lo que se utiliza ampliamente en industrias como la maquinaria, la química, la petrolera, la farmacéutica y la automovilística.
También posee excelentes propiedades dieléctricas y se utiliza comúnmente en aislantes eléctricos, componentes resistentes al desgaste, medios de molienda y componentes de alta temperatura. En niveles de alta pureza, la alúmina presenta una excelente resistencia química a la mayoría de los fluidos de proceso, excepto a algunos ácidos fuertes, lo que la hace ideal para su uso en numerosas aplicaciones de sellos mecánicos. Sin embargo, la alúmina puede fracturarse fácilmente bajo choque térmico, lo que ha restringido su uso en algunas aplicaciones donde esto podría ser un problema.
El carburo de silicio se fabrica fusionando sílice y coque. Es químicamente similar a la cerámica, pero presenta mejores propiedades lubricantes y es más duro, lo que lo convierte en una buena solución resistente al desgaste para entornos hostiles.
También se puede repulir y pulir, lo que permite renovar un sello varias veces a lo largo de su vida útil. Generalmente se utiliza con fines mecánicos, como en sellos mecánicos, por su buena resistencia a la corrosión química, alta resistencia, alta dureza, buena resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y alta resistencia a la temperatura.
Al utilizarse en las caras de los sellos mecánicos, el carburo de silicio mejora el rendimiento, prolonga la vida útil del sello y reduce los costos de mantenimiento y de funcionamiento de equipos rotativos como turbinas, compresores y bombas centrífugas. El carburo de silicio puede tener diferentes propiedades según su proceso de fabricación. El carburo de silicio ligado por reacción se forma mediante la unión de partículas de carburo de silicio entre sí mediante un proceso de reacción.
Este proceso no afecta significativamente la mayoría de las propiedades físicas y térmicas del material, pero sí limita su resistencia química. Los productos químicos más comunes que presentan problemas son los cáusticos (y otros productos químicos con pH alto) y los ácidos fuertes; por lo tanto, el carburo de silicio ligado por reacción no debe utilizarse en estas aplicaciones.
El carburo de silicio autosinterizado se fabrica mediante la sinterización directa de partículas de carburo de silicio, utilizando coadyuvantes de sinterización sin óxido, en un entorno inerte a temperaturas superiores a 2000 °C. Al no utilizar un material secundario (como el silicio), el material sinterizado directamente es químicamente resistente a prácticamente cualquier fluido y condición de proceso que pueda encontrarse en una bomba centrífuga.
El carburo de tungsteno es un material muy versátil, al igual que el carburo de silicio, pero es más adecuado para aplicaciones de alta presión gracias a su mayor elasticidad, que le permite flexionarse ligeramente y evitar la distorsión de la superficie. Al igual que el carburo de silicio, se puede repulir y pulir.
Los carburos de tungsteno se fabrican generalmente como carburos cementados, por lo que no se intenta unir el carburo consigo mismo. Se añade un metal secundario para unir o cementar las partículas de carburo de tungsteno, lo que da como resultado un material que combina las propiedades del carburo de tungsteno y del aglutinante metálico.
Esto se ha aprovechado al proporcionar mayor tenacidad y resistencia al impacto que el carburo de tungsteno solo. Una de las debilidades del carburo de tungsteno cementado es su alta densidad. Anteriormente, se utilizaba carburo de tungsteno ligado con cobalto, pero gradualmente ha sido reemplazado por carburo de tungsteno ligado con níquel debido a su falta de compatibilidad química industrial.
El carburo de tungsteno unido con níquel se usa ampliamente para caras de sellos donde se desean propiedades de alta resistencia y alta tenacidad, y tiene una buena compatibilidad química generalmente limitada por el níquel libre.
GFPTFE
El GFPTFE ofrece buena resistencia química y el vidrio añadido reduce la fricción de las superficies de sellado. Es ideal para aplicaciones relativamente limpias y es más económico que otros materiales. Existen subvariantes disponibles para adaptar mejor el sello a los requisitos y al entorno, mejorando así su rendimiento general.
Buna
El buna (también conocido como caucho de nitrilo) es un elastómero económico para juntas tóricas, selladores y productos moldeados. Es reconocido por su rendimiento mecánico y se desempeña bien en aplicaciones basadas en petróleo, petroquímicas y químicas. Debido a su inflexibilidad, también se utiliza ampliamente en aplicaciones con petróleo crudo, agua, diversos alcoholes, grasas de silicona y fluidos hidráulicos.
Al ser el Buna un copolímero de caucho sintético, ofrece un buen rendimiento en aplicaciones que requieren adhesión a metales y resistencia a la abrasión. Esta composición química también lo hace ideal para selladores. Además, soporta bajas temperaturas gracias a su baja resistencia a ácidos y álcalis moderados.
El Buna es limitado en aplicaciones con factores extremos como altas temperaturas, clima, luz solar y aplicaciones de resistencia al vapor, y no es adecuado con agentes desinfectantes de limpieza en el lugar (CIP) que contienen ácidos y peróxidos.
EPDM
El EPDM es un caucho sintético comúnmente utilizado en aplicaciones automotrices, de construcción y mecánicas para sellos, juntas tóricas, tubos y arandelas. Es más caro que el Buna, pero puede soportar diversas propiedades térmicas, climáticas y mecánicas gracias a su alta resistencia a la tracción de larga duración. Es versátil e ideal para aplicaciones que involucran agua, cloro, lejía y otros materiales alcalinos.
Gracias a sus propiedades elásticas y adhesivas, una vez estirado, el EPDM recupera su forma original independientemente de la temperatura. No se recomienda su uso en aplicaciones con aceite de petróleo, fluidos, hidrocarburos clorados o disolventes de hidrocarburos.
Vitón
El Viton es un caucho fluorado de hidrocarburo, duradero y de alto rendimiento, comúnmente utilizado en juntas tóricas y sellos. Si bien es más caro que otros materiales de caucho, es la opción preferida para las necesidades de sellado más exigentes.
Resistente al ozono, a la oxidación y a las condiciones climáticas extremas, incluyendo materiales como hidrocarburos alifáticos y aromáticos, fluidos halogenados y materiales ácidos fuertes, es uno de los fluoroelastómeros más robustos.
Elegir el material de sellado adecuado es fundamental para el éxito de una aplicación. Si bien muchos materiales de sellado son similares, cada uno cumple diversas funciones para satisfacer cualquier necesidad específica.
Hora de publicación: 12 de julio de 2023