¿Qué es el elastómero en el sello mecánico?

En el ámbito de los sellos mecánicos, los elastómeros son materiales poliméricos que presentan propiedades elásticas. Estos materiales versátiles se emplean en diversos componentes de sellos, como juntas tóricas, fuelles y sellos secundarios, para proporcionar un sellado eficaz y evitar fugas de fluidos.

Los elastómeros poseen características únicas, como flexibilidad, resiliencia y resistencia a los productos químicos y a las temperaturas extremas, lo que los hace indispensables en aplicaciones industriales exigentes. La selección del elastómero adecuado para un sello mecánico específico depende de factores como el fluido que se va a sellar, la temperatura de funcionamiento, la presión y la compatibilidad química.

¿Qué es el elastómero en el sello mecánico?

Un elastómero es un componente crucial en sellos mecánicos, que proporciona sellado y flexibilidad en una amplia gama de aplicaciones. Los elastómeros son materiales poliméricos que presentan propiedades elásticas, lo que les permite deformarse bajo tensión y volver a su forma original cuando se elimina la tensión. En los diseños de sellos mecánicos, los elastómeros se utilizan comúnmente como sellos secundarios, como juntas tóricas, empaquetaduras y fuelles, para evitar fugas y adaptarse al movimiento del eje.

Una aplicación común de los elastómeros en sellos mecánicos es el sello de fuelle de elastómero. Este tipo de sello consta de un fuelle de elastómero que actúa como sello secundario y elemento de resorte, proporcionando flexibilidad axial y manteniendo una fuerza de sellado constante. Los sellos de fuelle de elastómero son compactos, fáciles de instalar y pueden funcionar independientemente de la dirección de rotación, lo que los hace versátiles para varios tipos y tamaños de bombas.

Características de los elastómeros

• Elasticidad y flexibilidad: los elastómeros tienen la capacidad de deformarse bajo tensión y volver a su forma original una vez que se elimina la tensión. Esta elasticidad permite que los fuelles de elastómero y otros componentes de sellado se adapten al movimiento del eje, la desalineación y la vibración sin comprometer la función de sellado.
• Dureza durómetro: La dureza durómetro de un elastómero se refiere a su resistencia a la indentación y es una medida de su firmeza. Los elastómeros más blandos proporcionan un mejor sellado contra superficies irregulares, mientras que los elastómeros más duros ofrecen una mejor resistencia a la abrasión y son adecuados para aplicaciones de mayor presión.
• Resistencia a la compresión: la resistencia a la compresión es la capacidad de un elastómero de mantener su fuerza de sellado y volver a su forma original después de estar sometido a una compresión prolongada. Los elastómeros con alta resistencia a la compresión minimizan el riesgo de falla del sello debido a una deformación permanente, lo que garantiza un rendimiento de sellado constante durante períodos prolongados.
• Resistencia a la tracción: La resistencia a la tracción se refiere a la tensión máxima que puede soportar un elastómero antes de romperse. Los elastómeros utilizados en sellos mecánicos deben tener suficiente resistencia a la tracción para resistir las fuerzas generadas por la presión del fluido sellado y la carga del resorte del conjunto del sello.
• Elongación a la rotura: La elongación a la rotura es la elongación máxima que puede experimentar un elastómero antes de romperse. Los elastómeros con una elevada elongación a la rotura pueden soportar una deformación significativa sin fallar, lo que proporciona un margen de seguridad en caso de tensión o movimiento inesperados.
• Resistencia química: Los elastómeros utilizados en sellos mecánicos deben resistir la degradación cuando se exponen al fluido sellado y al entorno circundante.
• Resistencia a la temperatura: el rango de temperatura de funcionamiento es otro factor crítico a la hora de seleccionar el elastómero adecuado para un sello mecánico. Los elastómeros deben mantener sus propiedades y su rendimiento de sellado en todo el rango de temperatura previsto para la aplicación.

Tipos de elastómeros utilizados en sellos mecánicos

Nitrilo (NBR)

El nitrilo, también conocido como Buna-N, es un elastómero muy utilizado en sellos mecánicos debido a su excelente resistencia a aceites, combustibles y otros fluidos a base de hidrocarburos. Ofrece una buena resistencia a la abrasión y puede soportar temperaturas que van desde -30 °C hasta 110 °C. El NBR se utiliza comúnmente en aplicaciones que involucran productos derivados del petróleo, como fluidos y lubricantes para automóviles.

Fluoroelastómero (FKM)

Los fluoroelastómeros, a menudo denominados Viton®, presentan una resistencia química excepcional y pueden soportar altas temperaturas de hasta 200 °C. Son resistentes a una amplia gama de productos químicos agresivos, incluidos ácidos, bases y solventes. El FKM es una opción ideal para sellos mecánicos en las industrias de procesamiento químico, farmacéutica y de petróleo y gas.

Silicona (VMQ)

Los elastómeros de silicona son conocidos por su excelente estabilidad térmica y flexibilidad en un amplio rango de temperaturas, desde -60 °C hasta 230 °C. Ofrecen buena resistencia al ozono, la radiación ultravioleta y la intemperie. Sin embargo, la silicona tiene una resistencia limitada a los aceites y disolventes. Se utiliza a menudo en aplicaciones de alimentos y bebidas, médicas y farmacéuticas.

Monómero de etileno propileno dieno (EPDM)

El EPDM es un elastómero versátil con una excelente resistencia al calor, al ozono y a la intemperie. Puede soportar temperaturas de entre -50 °C y 150 °C y es compatible con una variedad de fluidos, incluidos agua, vapor y productos químicos suaves. El EPDM se utiliza comúnmente en aplicaciones automotrices, de HVAC e industriales.

Perfluoroelastómero (FFKM)

Los perfluoroelastómeros, como Kalrez® y Chemraz®, son los elastómeros más resistentes a los productos químicos que existen. Pueden soportar temperaturas extremas de hasta 327 °C y son compatibles con prácticamente todos los productos químicos, incluidos ácidos, bases y disolventes altamente agresivos. El FFKM se utiliza en aplicaciones críticas en las que la falla de los sellos puede tener consecuencias graves, como en la fabricación de semiconductores y el procesamiento químico.

Poliuretano resistente a la hidrólisis (HPU)

Los elastómeros HPU están diseñados específicamente para resistir la hidrólisis, que es la degradación del elastómero debido a la exposición al agua y a altas temperaturas. Ofrecen una excelente resistencia a la abrasión y pueden soportar temperaturas de hasta 120 °C. El HPU se utiliza comúnmente en sellos mecánicos para bombas que manejan agua, aguas residuales y otras soluciones acuosas.

Ventajas de los elastómeros

Excelente rendimiento de sellado

Los elastómeros utilizados en los sellos mecánicos proporcionan un excelente rendimiento de sellado en una amplia gama de aplicaciones. Su elasticidad y flexibilidad les permiten adaptarse perfectamente a las superficies que sellan, creando una barrera hermética que evita las fugas. Esto es especialmente importante en aplicaciones dinámicas como bombas centrífugas, donde el sello debe adaptarse al movimiento del eje mientras mantiene un sello confiable.

Compatibilidad química

Otra ventaja clave de los elastómeros en aplicaciones de sellado es su resistencia química. Los diferentes compuestos de elastómeros están formulados para soportar la exposición a diversos productos químicos, disolventes, aceites y otros fluidos. Por ejemplo, los fluoroelastómeros (FKM) presentan una excelente resistencia a muchos productos químicos, combustibles y aceites agresivos, lo que los hace adecuados para su uso en entornos industriales exigentes. De manera similar, los elastómeros EPDM tienen buena resistencia al agua, al vapor y a muchos disolventes polares.

Resistencia a la temperatura

Los elastómeros utilizados en los sellos mecánicos también pueden funcionar en un amplio rango de temperaturas. Los diferentes compuestos de elastómeros tienen distintas capacidades de temperatura, y algunos pueden soportar temperaturas extremadamente altas o bajas. Los fluoroelastómeros, por ejemplo, pueden soportar temperaturas de hasta 200 °C o más, mientras que los elastómeros de silicona mantienen sus propiedades a temperaturas tan bajas como -60 °C.

Resistencia a la abrasión y al desgaste

En aplicaciones que involucran medios o partículas abrasivas, los elastómeros brindan una buena resistencia a la abrasión y al desgaste en comparación con otros materiales de sellado. La naturaleza resiliente de los elastómeros les permite absorber el impacto de partículas abrasivas sin sufrir daños permanentes. Algunos compuestos de elastómeros, como el poliuretano resistente a la hidrólisis (HPU), están específicamente formulados para una mayor resistencia a la abrasión.

Absorción de vibraciones y golpes

Las propiedades de amortiguación inherentes de los elastómeros los hacen excelentes para absorber vibraciones y cargas de impacto en sistemas mecánicos. En aplicaciones con alta vibración o fuerzas de impacto repentinas, los componentes elastoméricos en sellos mecánicos ayudan a proteger las superficies de sellado y otros componentes críticos contra daños. El elastómero actúa como amortiguador, disipando energía y reduciendo la transmisión de vibración a las caras del sello.

Rentabilidad

Los elastómeros suelen ser más rentables que otros materiales de sellado especializados. Las materias primas y los procesos de fabricación de los elastómeros suelen ser menos costosos en comparación con las aleaciones exóticas o las cerámicas avanzadas. Además, la versatilidad de los elastómeros permite utilizarlos en una amplia gama de diseños y aplicaciones de sellos mecánicos, lo que reduce la necesidad de soluciones personalizadas costosas.

Factores que afectan el rendimiento del elastómero

Temperatura de funcionamiento

Los elastómeros tienen límites de temperatura específicos más allá de los cuales sus propiedades mecánicas se deterioran. Por ejemplo, el nitrilo (NBR) es adecuado para temperaturas de -30 °C a 110 °C, mientras que los fluoroelastómeros (FKM) pueden soportar temperaturas de -20 °C a 200 °C. Superar el rango de temperatura recomendado puede provocar que el elastómero se endurezca, se ablande o se degrade, lo que compromete el rendimiento y la vida útil del sello.

Compatibilidad química

El elastómero debe resistir el entorno químico sin hincharse, encogerse ni degradarse excesivamente. Los distintos elastómeros ofrecen resistencia a diversos productos químicos:

• Nitrilo (NBR): Resistente a aceites minerales, grasas y algunos combustibles.
• Fluoroelastómero (FKM): Excelente resistencia a productos químicos agresivos, aceites y disolventes.
• EPDM: Buena resistencia a cetonas, alcoholes y líquidos de frenos, pero poca resistencia a los aceites.
• FFKM: Resistencia química superior, soportando una amplia gama de productos químicos agresivos

La incompatibilidad entre el elastómero y el medio puede provocar fallas en el sello y fugas.

Presión

Las presiones altas pueden provocar una deformación por compresión excesiva, lo que reduce la capacidad del elastómero para mantener un sellado adecuado. El límite de presión depende del tipo de elastómero y del diseño del sello. Por ejemplo, un sello de fuelle de goma con un diseño compacto puede soportar presiones más altas en comparación con una junta tórica estándar.

Abrasión y desgaste

En aplicaciones que involucran partículas o medios abrasivos, el elastómero debe presentar una buena resistencia a la abrasión para evitar un desgaste prematuro. Los elastómeros más duros, como FKM o FFKM, generalmente ofrecen una mejor resistencia a la abrasión en comparación con materiales más blandos como silicona o EPDM. Sin embargo, los elastómeros más duros pueden comprometer el rendimiento de sellado en aplicaciones dinámicas que requieren flexibilidad.

Velocidad y descentramiento del eje

El elastómero debe adaptarse al movimiento y descentramiento del eje en aplicaciones de sellado dinámico. Las altas velocidades del eje pueden generar calor y hacer que el elastómero se desgaste más rápido. El descentramiento excesivo del eje o la desalineación pueden provocar un desgaste desigual y fugas. Los elastómeros con buena resistencia a la deformación por compresión y elasticidad, como FKM o FFKM, son más adecuados para aplicaciones de alta velocidad. Un diseño de sello adecuado, como la incorporación de un resorte helicoidal o convoluciones, puede ayudar a compensar el movimiento del eje y mantener la eficacia del sellado.