Guía de selección de materiales para sellos mecánicos

Seleccionar los materiales adecuados para los sellos mecánicos puede ser una tarea abrumadora. Con tantas opciones disponibles y factores críticos a tener en cuenta, tomar la decisión incorrecta puede provocar fallas prematuras en los sellos, tiempos de inactividad costosos y riesgos de seguridad.

En esta publicación del blog, desmitificaremos el proceso de elección de los mejores materiales para sus sellos mecánicos. Cubriremos los materiales de sellos frontales y secundarios más utilizados y analizaremos los factores clave que se deben evaluar, incluida la compatibilidad de fluidos, las clasificaciones de temperatura y presión, las propiedades mecánicas y más.

Materiales de uso común para sellos mecánicos

Materiales de la cara del sello

Las superficies de sellado son el corazón de un sello mecánico y son responsables de mantener una interfaz de sellado hermética a pesar de las difíciles condiciones de funcionamiento. Los siguientes materiales se utilizan con frecuencia para las superficies de sellado debido a sus propiedades únicas:

1. Carbón:El grafito de carbono es una opción popular para las caras de los sellos debido a sus propiedades autolubricantes, su excelente conductividad térmica y su capacidad para adaptarse a pequeñas imperfecciones en la cara de contacto. Se utiliza comúnmente en aplicaciones de agua y baja presión, pero puede oxidarse a altas temperaturas o en entornos altamente oxidantes.
2. Carburo de silicio:El carburo de silicio es un material cerámico extremadamente duro y resistente al desgaste que ofrece una excelente resistencia química y estabilidad dimensional. Se utiliza a menudo en aplicaciones exigentes que implican altas temperaturas, presiones y medios agresivos. El carburo de silicio se puede sinterizar o unir por reacción, y este último ofrece una mejor resistencia al choque térmico.
3. Carburo de tungsteno:El carburo de tungsteno es un material denso, resistente al desgaste y con una alta conductividad térmica. Se utiliza con frecuencia en aplicaciones de alta presión y alta temperatura y puede soportar medios abrasivos. Sin embargo, el carburo de tungsteno puede ser propenso al agrietamiento térmico debido a cambios rápidos de temperatura.
4. Cerámico:Las cerámicas avanzadas, como la alúmina y el circonio, ofrecen una excelente resistencia al desgaste, inercia química y estabilidad a altas temperaturas. Se utilizan cada vez más en condiciones de servicio severas, como bombas de alta presión y compresores que manejan fluidos agresivos. Sin embargo, las cerámicas pueden ser frágiles y susceptibles a choques térmicos.
5. PTFE reforzado con vidrio:El PTFE (politetrafluoroetileno) reforzado con vidrio es un material compuesto que combina la baja fricción y la resistencia química del PTFE con la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional mejoradas que proporcionan las fibras de vidrio. Se utiliza comúnmente en entornos de baja presión y químicamente agresivos donde la baja fricción es esencial.

Materiales de sellado secundarios (elastómeros)

Los sellos secundarios, generalmente juntas tóricas o empaquetaduras, son responsables del sellado estático entre las caras del sello y la carcasa. Prevenir fugas y mantener la integridad del sistema de sellado. Los materiales elastoméricos comunes utilizados para sellos secundarios incluyen:

1. Buna (Nitrilo):El buna, o caucho de nitrilo, es un elastómero de uso general con buena resistencia a aceites, combustibles y fluidos hidráulicos. Ofrece un amplio rango de temperaturas de funcionamiento y una excelente resistencia a la abrasión. Sin embargo, no se recomienda su uso con disolventes polares, cetonas o hidrocarburos aromáticos.
2. EPDM:El monómero de etileno propileno dieno (EPDM) es un elastómero versátil y rentable con una excelente resistencia al calor, al ozono y a la intemperie. Se utiliza con frecuencia en aplicaciones que involucran agua, vapor y productos químicos suaves. Sin embargo, el EPDM no es compatible con aceites y fluidos derivados del petróleo.
3. Vitón:El Viton, o fluoroelastómero, es un caucho sintético de alto rendimiento con una resistencia química excepcional y estabilidad a altas temperaturas. Se utiliza habitualmente en entornos químicos agresivos y puede soportar temperaturas de hasta 200 °C (400 °F). Sin embargo, el Viton es relativamente caro y puede no ser adecuado para aplicaciones dinámicas con alta fricción.

Propiedades de los diferentes materiales utilizados para los sellos mecánicos

Factores a tener en cuenta al seleccionar materiales para sellos mecánicos

Compatibilidad de fluidos

La composición química, el nivel de pH y los posibles contaminantes del fluido pueden tener un impacto significativo en la durabilidad y funcionalidad de los materiales de sellado. Por ejemplo, un material de sellado que funciona bien con agua puede degradarse rápidamente cuando se expone a un fluido a base de hidrocarburos. Por lo tanto, es esencial seleccionar materiales que puedan soportar las propiedades químicas específicas del fluido sin experimentar corrosión, hinchazón o deterioro excesivos.

Rango de temperatura

Los distintos materiales tienen distintas tolerancias a la temperatura, y es fundamental elegir materiales que puedan mantener sus propiedades y rendimiento en todo el espectro de temperaturas previsto. Para aplicaciones de alta temperatura, suelen preferirse materiales como el carburo de tungsteno, el carburo de silicio y ciertas cerámicas de ingeniería debido a su excelente resistencia al calor y estabilidad térmica. Por el contrario, en entornos de baja temperatura, pueden resultar más adecuados materiales como el carbono y ciertos elastómeros.

Condiciones de presión

Los entornos de alta presión requieren materiales con una resistencia mecánica y una estabilidad dimensional superiores para soportar las mayores fuerzas que actúan sobre las superficies de sellado. En estos casos, se suelen seleccionar materiales más duros y resistentes, como el carburo de silicio, el carburo de tungsteno o la cerámica, por su capacidad para mantener una interfaz de sellado estable y resistente al desgaste en condiciones de presión exigentes.

Fuerza mecánica

La resistencia mecánica de los materiales de sellado es un factor clave, en particular en aplicaciones que implican altas velocidades de rotación, ciclos frecuentes de arranque y parada o exposición a vibraciones y golpes. Los materiales con alta dureza, tenacidad a la fractura y resistencia a la flexión están mejor equipados para soportar estas tensiones mecánicas sin agrietarse, astillarse o sufrir un desgaste prematuro. Las caras del sello, en particular, deben poseer suficiente resistencia mecánica para mantener una interfaz de sellado estable y precisa durante toda la vida útil del sello.

Resistencia a la abrasión

En aplicaciones que involucran partículas abrasivas o contaminantes en el fluido, la resistencia a la abrasión de los materiales del sello es de suma importancia. El desgaste abrasivo puede erosionar rápidamente las caras del sello, lo que genera un aumento de fugas y una reducción de la vida útil del sello. Los materiales con alta dureza y resistencia al desgaste, como el carburo de tungsteno, el carburo de silicio y ciertas cerámicas, son los preferidos por su capacidad para soportar la acción de raspado de las partículas abrasivas. El uso de materiales de cara dura en combinación con sellos secundarios más suaves y resistentes puede ayudar a minimizar el impacto de la abrasión en el rendimiento general del sello.

Velocidad de operación

La velocidad de rotación del equipo también influye en la selección del material, ya que el funcionamiento a alta velocidad puede generar un calor significativo y aumentar la tensión en el material. componentes del selloLos materiales con buenas propiedades de disipación de calor y resistencia a la distorsión térmica, como el carburo de silicio y el carburo de tungsteno, suelen elegirse para aplicaciones de alta velocidad. Además, el uso de características hidrodinámicas en las caras del sello, como ranuras o paletas, puede ayudar a generar una película fina de fluido entre las caras, lo que reduce la fricción y la generación de calor a altas velocidades.

Regulaciones ambientales

Ciertos materiales, como el amianto y el plomo, están restringidos o prohibidos en muchas aplicaciones debido a sus posibles riesgos para la salud y el medio ambiente. Los materiales de sellado deben cumplir con las reglamentaciones pertinentes, como REACH, RoHS y BSEA, para garantizar su idoneidad para su uso en industrias y regiones específicas.

Tamaño del eje

Los ejes más grandes pueden requerir materiales de sellado más resistentes para soportar el área de superficie aumentada y el potencial de desalineación o deflexión. Además, el acabado de la superficie y el estado del eje pueden influir en la selección de materiales de sellado compatibles. Las superficies de eje ásperas o dañadas pueden requerir el uso de materiales de superficie más duros y resistentes al desgaste para compensar la mayor abrasión y mantener un sellado eficaz.

tipo de equipo

Los distintos tipos de equipos, como bombas, mezcladores o compresores, pueden tener requisitos específicos para los materiales de sellado en función de sus condiciones de funcionamiento, características de diseño y estándares de la industria. Por ejemplo, los sellos utilizados en equipos de procesamiento de alimentos deben cumplir con las regulaciones de la FDA y ser adecuados para el contacto con productos alimenticios, mientras que los sellos en plantas de procesamiento químico pueden necesitar resistir medios altamente corrosivos o agresivos.

Costo total de propiedad

Si bien algunos materiales pueden tener un costo inicial más alto, pueden ofrecer ahorros significativos a largo plazo a través de una mayor vida útil de los sellos, menores requisitos de mantenimiento y un tiempo de inactividad minimizado. Los costos asociados con fallas de los sellos, como pérdida de producción, limpieza ambiental y daño a la reputación, pueden superar con creces los costos iniciales de los materiales. Por lo tanto, es esencial evaluar los costos y beneficios del ciclo de vida completo de las diferentes opciones de materiales.