Tipos de sellos de eje

Contacto con focas

Los sellos de contacto son una opción popular para muchas aplicaciones rotativas, ya que brindan un sellado eficaz a través del contacto directo entre la superficie de sellado y el eje giratorio. Estos sellos están diseñados para adaptarse a la deflexión, el descentramiento y la expansión térmica del eje, manteniendo al mismo tiempo una interfaz de sellado constante. Los tipos más comunes de sellos de contacto incluyen sellos de labio radial, sellos mecánicos y empaquetaduras de compresión.

Sellos de labios radiales

Los sellos de labio radial, también conocidos como sellos de eje rotatorio o sellos de aceite, son el tipo de sello de eje más utilizado. Cuentan con un labio de sellado flexible que mantiene el contacto con la superficie del eje, lo que evita fugas de fluido. El labio de sellado generalmente está hecho de materiales elastoméricos como NBR, FKM o PTFE, y puede incorporar un resorte toroidal para garantizar una presión de sellado constante.

Los sellos de labio radial están disponibles en varios diseños, incluidas configuraciones de labio simple, labio doble y labio múltiple, que se adaptan a diferentes requisitos de aplicación. Se utilizan comúnmente en aplicaciones automotrices, industriales y marinas, como cigüeñales de motores, ejes de transmisión y ejes de bombas.

Sellos mecánicos

Los sellos mecánicos son soluciones de sellado de alta ingeniería que constan de dos superficies de sellado planas (una superficie fija y una superficie giratoria) que se mantienen en contacto mediante la presión del resorte y la presión del fluido. Las superficies de sellado suelen estar hechas de materiales duros y resistentes al desgaste, como carburo de silicio, carburo de tungsteno o cerámica.

Los sellos mecánicos ofrecen un rendimiento de sellado superior en comparación con los sellos de labio, lo que los hace adecuados para aplicaciones exigentes que involucran altas presiones, temperaturas y velocidades de rotación. Se utilizan comúnmente en bombas, compresores, mezcladores y otros equipos rotativos en industrias como el petróleo y el gas, el procesamiento químico y la generación de energía.

Empaquetaduras de compresión

Las empaquetaduras de compresión son soluciones de sellado tradicionales que consisten en hebras trenzadas o retorcidas de material de empaquetadura, como PTFE, grafito o fibras de aramida. El material de empaquetadura se comprime en el prensaestopas, creando un sello entre el eje giratorio y la carcasa.

Si bien las empaquetaduras de compresión han sido reemplazadas en gran medida por tecnologías de sellado más avanzadas, aún se las utiliza en ciertas aplicaciones, en particular en equipos más antiguos o en situaciones en las que se prioriza la facilidad de mantenimiento y el bajo costo. Sin embargo, las empaquetaduras de compresión requieren un ajuste y reemplazo frecuentes para mantener un sellado eficaz.

Sellos sin contacto

Los sellos sin contacto, como sugiere su nombre, no dependen del contacto directo entre los componentes de sellado y el eje giratorio. En cambio, utilizan trayectorias laberínticas, dinámica de fluidos o campos magnéticos para crear un efecto de sellado. Los sellos sin contacto se prefieren en aplicaciones donde se requiere baja fricción, altas velocidades de rotación o un desgaste mínimo. Los tipos más comunes de sellos sin contacto incluyen sellos laberínticos, sellos de anillo flotante y sellos de fluido magnético.

Sellos de laberinto

Los sellos laberínticos consisten en una serie de espacios estrechos y pasajes intrincados que crean un camino tortuoso para el fluido, lo que dificulta que se produzcan fugas. El efecto de sellado se logra mediante una combinación de fuerza centrífuga, dinámica de fluidos y caída de presión a través del sello.

Los sellos laberínticos son adecuados para aplicaciones de alta velocidad y pueden soportar una amplia gama de temperaturas y presiones. Se utilizan comúnmente en turbinas de gas, compresores y turbinas de vapor, donde su diseño sin contacto minimiza la fricción y el desgaste.

Sellos de anillo flotante

Los sellos de anillo flotante, también conocidos como sellos de buje o sellos anulares, consisten en un anillo flotante que se ubica entre el eje giratorio y la carcasa estacionaria. El anillo generalmente está hecho de un material resistente al desgaste, como grafito de carbono o PTFE, y está diseñado para flotar libremente en la dirección radial.

El efecto de sellado se logra mediante una combinación de fuerza centrífuga y dinámica de fluidos, donde el anillo flotante actúa como barrera contra fugas de fluido. Los sellos de anillo flotante son adecuados para aplicaciones de alta velocidad y pueden adaptarse a la deflexión y desalineación del eje.

Sellos de fluido magnético

Los sellos de fluido magnético utilizan un ferrofluido, que es una suspensión de partículas magnéticas en un líquido portador, para crear una junta tórica líquida alrededor del eje. El ferrofluido se mantiene en su lugar mediante un imán permanente, lo que forma un sello hermético que evita las fugas.

Los sellos de fluido magnéticos ofrecen varias ventajas, entre ellas, baja fricción, alta eficiencia de sellado y la capacidad de tolerar la desalineación y el descentramiento del eje. Se utilizan comúnmente en aplicaciones de alto vacío, como equipos de fabricación de semiconductores y tecnología espacial.

Consideraciones para la selección de sellos

Condiciones de operación

• Presión: El sello debe ser capaz de soportar la presión máxima encontrada en el sistema, tanto estática como dinámica.
• Temperatura: El material del sello debe ser compatible con el rango de temperatura de operación, asegurando que conserve sus propiedades y desempeño.
• Velocidad: El diseño del sello debe ser adecuado a la velocidad de rotación del eje, considerando factores como la fuerza centrífuga y la generación de calor.
• Descentramiento: El sello debe adaptarse a cualquier descentramiento o desalineación del eje sin comprometer su eficacia de sellado.

Propiedades de los fluidos

• Viscosidad: El sello debe poder soportar la viscosidad del fluido, asegurando una lubricación adecuada y un buen rendimiento del sellado.
• Limpieza: El diseño del sello debe tener en cuenta la limpieza del fluido, considerando factores como la contaminación de partículas y los requisitos de filtración.
• Abrasividad: Si el fluido contiene partículas abrasivas, el material del sello debe ser resistente al desgaste para evitar un desgaste excesivo y fugas.
• Reactividad química: El material del sello debe ser químicamente compatible con el fluido para evitar la degradación y garantizar un rendimiento a largo plazo.

Factores ambientales

• Polvo: En entornos polvorientos, pueden ser necesarios sellos con labios antipolvo adicionales o diseños laberínticos para evitar la entrada de partículas y el desgaste prematuro.
• Humedad: Los sellos expuestos a la humedad o al agua deben estar diseñados para evitar la corrosión y mantener la eficacia del sellado en condiciones húmedas.
• Vibración: En aplicaciones con altos niveles de vibración, el diseño del sello debe ser lo suficientemente robusto para mantener el contacto y evitar fugas.

Interfaz de eje y carcasa

• Acabado de la superficie: El acabado de la superficie del eje debe ser adecuado para el tipo de sello, garantizando un contacto adecuado y minimizando el desgaste.
• Concentricidad: La carcasa del sello y el eje deben ser concéntricos para evitar un desgaste desigual y fugas.
• Expansión térmica: el diseño del sello debe adaptarse a cualquier diferencia en la expansión térmica entre los materiales del eje y la carcasa para mantener la eficacia del sellado.

Tasa de fuga y expectativa de vida

• Tasa de fuga: Se debe seleccionar el tipo y el material del sello para lograr la tasa de fuga deseada, considerando factores como las propiedades del fluido y las condiciones de operación.
• Expectativas de vida: El diseño y el material del sello deben elegirse para brindar la vida útil esperada, teniendo en cuenta factores como el desgaste, la degradación y los intervalos de mantenimiento.

Facilidad de instalación y mantenimiento

• Instalación: El diseño del sello debe permitir una instalación fácil y precisa, con un mínimo de herramientas especializadas o capacitación requerida.
• Mantenimiento: El sello debe estar diseñado para facilitar su inspección, limpieza y reemplazo, minimizando el tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento.

Opciones de material de sellado

Elastómeros

Los elastómeros se utilizan ampliamente en sellos de ejes debido a su flexibilidad, resiliencia y propiedades de sellado. Los elastómeros más comunes utilizados en aplicaciones de sellado incluyen:

• Caucho de nitrilo butadieno (NBR): NBR es un elastómero versátil con buena resistencia a aceites, combustibles y fluidos hidráulicos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de sellado de uso general.
• Fluoroelastómero (FKM): FKM ofrece una excelente resistencia a altas temperaturas, productos químicos y fluidos agresivos, lo que lo hace ideal para aplicaciones exigentes en las industrias química y petrolera.
• Monómero de etileno propileno dieno (EPDM): El EPDM es conocido por su resistencia al ozono, a la intemperie y a las altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en exteriores y de alta temperatura.
• Politetrafluoroetileno (PTFE): El PTFE es un material altamente resistente a los productos químicos y de baja fricción, que a menudo se utiliza en combinación con elastómeros para mejorar el rendimiento del sellado y reducir el desgaste.

Polímeros termoendurecibles

Los polímeros termoendurecibles son otra clase de materiales que se utilizan en los sellos de ejes y ofrecen alta resistencia, resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Los polímeros termoendurecibles más comunes incluyen:

• Poliuretano: Los sellos de poliuretano ofrecen una excelente resistencia a la abrasión, resistencia al desgarro y resistencia a aceites y solventes, lo que los hace adecuados para aplicaciones industriales exigentes.
• Poliacrilato: Los sellos de poliacrilato proporcionan buena resistencia al calor, a los aceites y a los productos químicos, y a menudo se utilizan en entornos de fluidos agresivos y de alta temperatura.

Termoplásticos

Los materiales termoplásticos se utilizan cada vez más en los sellos de ejes debido a su excelente resistencia química, baja fricción y estabilidad a altas temperaturas. Los termoplásticos más comunes utilizados en aplicaciones de sellado incluyen:

• Politetrafluoroetileno (PTFE): El PTFE es un material altamente resistente a los productos químicos y de baja fricción, que a menudo se utiliza en combinación con elastómeros o como material de sellado sólido en aplicaciones exigentes.
• Polieteretercetona (PEEK): El PEEK ofrece una excelente resistencia mecánica, resistencia al desgaste y resistencia química, lo que lo hace adecuado para entornos de fluidos agresivos y de alta temperatura.
• Sulfuro de polifenileno (PPS): El PPS es conocido por su alta resistencia, rigidez y resistencia química, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes en las industrias química y automotriz.

Materiales para la cara

En los sellos mecánicos, los materiales de las caras son fundamentales para garantizar un sellado eficaz y un rendimiento a largo plazo. Los materiales de las caras más comunes que se utilizan en los sellos mecánicos incluyen:

• Carbono: El grafito de carbono es un material frontal ampliamente utilizado debido a su excelente lubricidad, resistencia química y compatibilidad con una amplia gama de fluidos.
• Carburo de silicio: El carburo de silicio ofrece alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia química, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes con fluidos abrasivos o altas presiones.
• Carburo de tungsteno: El carburo de tungsteno es conocido por su alta dureza, resistencia al desgaste y compatibilidad con una amplia gama de fluidos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta presión y alta velocidad.
• Recubrimiento de diamante: Las caras recubiertas de diamante proporcionan una dureza excepcional, resistencia al desgaste y baja fricción, lo que las hace adecuadas para las aplicaciones más exigentes con fluidos abrasivos o altas presiones.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los diferentes tipos de sellos de eje marinos?

Los sellos de eje marinos están diseñados para evitar que el agua ingrese al buque a través del eje de la hélice. Los tipos más comunes de sellos de eje marinos incluyen:

1. Sellos de labio: Sellos de labio radiales con un labio flexible que mantiene el contacto con la superficie del eje, evitando la entrada de agua.
2. Sellos mecánicos: Sellos frontales que constan de una cara estacionaria y una cara giratoria, mantenidas en contacto por la presión del resorte y la presión del fluido.
3. Sellos laberínticos: Sellos sin contacto que utilizan una serie de espacios reducidos y pasajes intrincados para crear un camino tortuoso para el fluido, lo que dificulta la entrada de agua.
4. Sellos de fuelle: Sellos mecánicos con un elemento de fuelle flexible que se adapta al movimiento y la desalineación del eje manteniendo la eficacia del sellado.

¿Cuáles son los tipos de sellos de aceite?

Los sellos de aceite, también conocidos como sellos de labio radial, están diseñados para evitar fugas de fluidos y proteger contra contaminantes en diversas aplicaciones. Los tipos más comunes de sellos de aceite incluyen:

1. Sellos de un solo labio: Sellos con un solo labio de sellado que mantiene el contacto con la superficie del eje, evitando fugas de fluido.
2. Sellos de doble labio: Sellos con dos labios de sellado, que proporcionan un mejor rendimiento de sellado y protección contra contaminantes.
3. Sellos de cassette: Sellos preensamblados que constan de una carcasa metálica, un labio de sellado y un resorte tipo torzal, lo que facilita su instalación y reemplazo.
4. Sellos axiales: Sellos que están diseñados para sellar contra el movimiento axial, generalmente utilizados en aplicaciones con ejes o varillas alternativos.

¿Cuáles son los diferentes tipos de sellos rotativos?

Los sellos rotativos están diseñados para evitar fugas de fluidos y mantener la presión del sistema en equipos rotativos. Los tipos más comunes de sellos rotativos incluyen:

1. Sellos de labio radial: Sellos con un labio de sellado flexible que mantiene el contacto con la superficie del eje giratorio, evitando fugas de fluido.
2. Sellos mecánicos: Sellos frontales que constan de una cara estacionaria y una giratoria, mantenidas en contacto por la presión del resorte y la presión del fluido, proporcionando un sellado efectivo en aplicaciones exigentes.
3. Sellos laberínticos: sellos sin contacto que utilizan una serie de espacios reducidos y pasajes intrincados para crear un camino tortuoso para el fluido, minimizando las fugas en aplicaciones de alta velocidad.
4. Sellos de anillo flotante: Sellos sin contacto que consisten en un anillo flotante ubicado entre el eje giratorio y la carcasa estacionaria, proporcionando sellado a través de la fuerza centrífuga y la dinámica de fluidos.