Elegir el material adecuado para el sello es fundamental, ya que influye en la calidad, la vida útil y el rendimiento de la aplicación, además de prevenir problemas futuros. En este artículo, analizamos cómo el entorno afecta la selección del material del sello, así como algunos de los materiales más comunes y las aplicaciones más apropiadas para cada uno.
Factores ambientales
El entorno al que estará expuesto un sello es crucial a la hora de seleccionar el diseño y el material. Existen varias propiedades clave que los materiales de sellado deben poseer para adaptarse a cualquier entorno, como una superficie de sellado estable, capacidad de conducción de calor, resistencia química y 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 dilatación térmica, la resistencia al desgaste y la resistencia química. Tener esto presente le ayudará a encontrar el material ideal para su sello.
El entorno también puede determinar si se prioriza el costo 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 este tipo de entornos, invertir en un sello de alta calidad se amortizará con el tiempo, ya que ayudará a prevenir las costosas paradas, reparaciones, reacondicionamientos o reemplazos que ocasionaría un sello de menor calidad. Sin embargo, en aplicaciones de bombeo con fluidos muy limpios y con propiedades lubricantes, se podría optar por un sello más económico en lugar de rodamientos de mayor calidad.
Materiales de sellado comunes
Carbón
El carbono utilizado en las superficies de sellado es una mezcla de carbono amorfo y grafito, cuyas proporciones determinan las propiedades físicas del grado final del carbono. Se trata de un material inerte y estable con propiedades autolubricantes.
Se utiliza ampliamente como una de las caras terminales en sellos mecánicos, y también es un material popular para sellos circunferenciales segmentados y anillos de pistón en condiciones de lubricación seca o con poca lubricación. Esta mezcla de carbono y grafito también puede impregnarse con otros materiales para conferirle diferentes características, como menor porosidad, mayor resistencia al desgaste o mayor resistencia mecánica.
Las juntas de carbono impregnadas con resina termoestable son las más comunes para sellos mecánicos. La mayoría de las juntas de carbono impregnadas con resina pueden operar en una amplia gama de productos químicos, desde bases fuertes hasta ácidos fuertes. Además, poseen buenas propiedades de fricción y un módulo adecuado para controlar las deformaciones por presión. Este material es apto para uso general hasta 260 °C (500 °F) en agua, refrigerantes, combustibles, aceites, soluciones químicas ligeras y aplicaciones en la industria alimentaria y farmacéutica.
Las juntas de carbono impregnadas con antimonio también han demostrado ser eficaces gracias a la resistencia y el módulo de elasticidad de este elemento, lo que las hace idóneas para aplicaciones de alta presión donde se requiere un material más resistente y rígido. Además, estas juntas son más resistentes a la formación de ampollas en aplicaciones con fluidos de alta viscosidad o hidrocarburos ligeros, lo que las convierte en el estándar para muchas aplicaciones en refinerías.
El carbono también puede impregnarse con agentes formadores de película, como fluoruros, para aplicaciones en seco, criogénicas y de vacío, o con inhibidores de oxidación, como fosfatos, para aplicaciones de alta temperatura, alta velocidad y turbinas, hasta 800 pies/segundo y alrededor de 537 °C (1000 °F).
Cerámico
La cerámica es un material inorgánico no metálico elaborado a partir de compuestos naturales o sintéticos, principalmente óxido de aluminio o alúmina. Posee un alto punto de fusión, gran dureza, alta resistencia al desgaste y a la oxidación, por lo que se utiliza ampliamente en industrias como la de maquinaria, química, petrolera, farmacéutica y automotriz.
También posee excelentes propiedades dieléctricas y se utiliza comúnmente en aislantes eléctricos, componentes resistentes al desgaste, medios de molienda y componentes para altas temperaturas. En altas purezas, la alúmina presenta una excelente resistencia química a la mayoría de los fluidos de proceso, salvo algunos ácidos fuertes, lo que la hace útil en numerosas aplicaciones de sellos mecánicos. Sin embargo, la alúmina puede fracturarse fácilmente bajo choque térmico, lo que ha limitado su uso en algunas aplicaciones donde esto podría ser un problema.
El carburo de silicio se fabrica mediante la fusión de sílice y coque. Su composición química es similar a la de la cerámica, pero posee mejores propiedades lubricantes y es más duro, lo que lo convierte en una solución resistente al desgaste ideal para entornos exigentes.
También se puede rectificar y pulir, lo que permite reacondicionar el sello varias veces a lo largo de su vida útil. Generalmente se utiliza en aplicaciones mecánicas, como en 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.
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.
El carburo de silicio autosinterizado se fabrica mediante la sinterización directa de partículas de carburo de silicio utilizando aditivos de sinterización no óxidos en un entorno inerte a temperaturas superiores a 2000 °C. Debido a la ausencia de un material secundario (como el silicio), el material sinterizado directamente es químicamente resistente a casi 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 resulta más adecuado para aplicaciones de alta presión, ya que posee una mayor elasticidad que le permite flexionarse ligeramente y evitar la deformación de la superficie. Al igual que el carburo de silicio, se puede rectificar y pulir.
Los carburos de tungsteno se fabrican con mayor frecuencia como carburos cementados, por lo que no se intenta unir las partículas de carburo de tungsteno entre sí. 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 para ofrecer mayor tenacidad y resistencia al impacto que el carburo de tungsteno puro. Una de las desventajas del carburo de tungsteno cementado es su alta densidad. Anteriormente se utilizaba carburo de tungsteno con ligante de cobalto; sin embargo, este ha sido reemplazado gradualmente por carburo de tungsteno con ligante de níquel debido a que carece de la compatibilidad química necesaria para la industria.
El carburo de tungsteno ligado con níquel se utiliza ampliamente para superficies de sellado 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 posee una buena resistencia química, y la adición de fibra de vidrio reduce la fricción en las superficies de sellado. Es ideal para aplicaciones relativamente limpias y resulta 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 con base de aceite, petroquímicas y químicas. Además, se utiliza ampliamente en aplicaciones con petróleo crudo, agua, diversos alcoholes, grasa de silicona y fluidos hidráulicos debido a su rigidez.
Dado que Buna es 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 aplicaciones de sellado. Además, soporta bajas temperaturas, ya que está diseñado para tener poca resistencia a ácidos y álcalis suaves.
El Buna tiene limitaciones en aplicaciones con factores extremos como altas temperaturas, condiciones climáticas adversas, exposición a la luz solar y aplicaciones resistentes al vapor, y no es adecuado con agentes desinfectantes de limpieza in situ (CIP) que contengan ácidos y peróxidos.
EPDM
El EPDM es un caucho sintético comúnmente utilizado en aplicaciones automotrices, de construcción y mecánicas para juntas, anillos tóricos, tubos y arandelas. Es más caro que el Buna, pero gracias a su alta resistencia a la tracción y durabilidad, puede soportar diversas condiciones térmicas, climáticas y mecánicas. Es versátil e ideal para aplicaciones que involucran agua, cloro, lejía y otros materiales alcalinos.
Debido a sus propiedades elásticas y adhesivas, una vez estirado, el EPDM recupera su forma original independientemente de la temperatura. No se recomienda el uso de EPDM en aplicaciones con aceite de petróleo, fluidos, hidrocarburos clorados o disolventes de hidrocarburos.
Viton
El Viton es un caucho fluorado de hidrocarburo, duradero y de alto rendimiento, utilizado principalmente 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, la oxidación y 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.
Fecha de publicación: 12 de julio de 2023