En el ámbito de los sellos mecánicos, los elastómeros son materiales poliméricos con propiedades elásticas. Estos materiales versátiles se emplean en diversas aplicaciones. componentes del sello, como juntas tóricas, fuelle, y sellos secundarios, para proporcionar un sellado efectivo y evitar fugas de fluido.
Los elastómeros poseen características únicas, como flexibilidad, resiliencia y resistencia a productos químicos y temperaturas extremas, lo que los hace indispensables en aplicaciones industriales exigentes. La selección del elastómero adecuado para un... sello mecánico Depende de factores como el fluido a sellar, la temperatura de operación, la presión y la compatibilidad química.
¿Qué es el elastómero en el sello mecánico?
Un elastómero es un componente crucial en los sellos mecánicos, ya que proporciona sellado y flexibilidad en una amplia gama de aplicaciones. Los elastómeros son materiales poliméricos con propiedades elásticas que les permiten deformarse bajo tensión y recuperar su forma original al eliminarla. 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 elastomérico. Este tipo de sello consta de un fuelle elastomérico que actúa como sello secundario y elemento de resorte, proporcionando flexibilidad axial y manteniendo una fuerza de sellado constante. Juntas 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 poseen la capacidad de deformarse bajo tensión y recuperar su forma original una vez que esta desaparece. 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 más duros ofrecen mayor resistencia a la abrasión y son adecuados para aplicaciones de mayor presión.
- Conjunto de compresión Resistencia: La resistencia a la compresión es la capacidad de un elastómero para mantener su fuerza de sellado y recuperar su forma original tras una compresión prolongada. Los elastómeros con alta resistencia a la compresión minimizan el riesgo de... falla del sello Debido a la deformación permanente, se 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 un elastómero puede soportar 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 elástica del conjunto del sello.
- Elongación a la rotura: La elongación a la rotura es la elongación máxima que un elastómero puede experimentar antes de romperse. Los elastómeros con alta 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 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 popular para sellos mecánicos debido a su excelente resistencia a aceites, combustibles y otros fluidos a base de hidrocarburos. Ofrece buena resistencia a la abrasión y soporta temperaturas de -30 °C a 110 °C. El NBR se utiliza comúnmente en aplicaciones con productos derivados del petróleo, como fluidos y lubricantes automotrices.
Fluoroelastómero (FKM)
Los fluoroelastómeros, a menudo conocidos como 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, como ácidos, bases y disolventes. 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, de -60 °C a 230 °C. Ofrecen buena resistencia al ozono, la radiación UV y la intemperie. Sin embargo, la silicona tiene una resistencia limitada a los aceites y disolventes. Se utiliza frecuentemente en aplicaciones de alimentos y bebidas, médicas y farmacéuticas.
Monómero de etileno propileno dieno (EPDM)
El EPDM es un elastómero versátil con excelente resistencia al calor, al ozono y a la intemperie. Soporta temperaturas de -50 °C a 150 °C y es compatible con diversos fluidos, como agua, vapor y productos químicos suaves. El EPDM se utiliza comúnmente en aplicaciones automotrices, de climatización (HVAC) e industriales.
Perfluoroelastómero (FFKM)
Los perfluoroelastómeros, como Kalrez® y Chemraz®, son los elastómeros con mayor resistencia química disponibles. Soportan temperaturas extremas de hasta 327 °C y son compatibles con prácticamente todos los productos químicos, incluyendo ácidos, bases y disolventes altamente agresivos. El FFKM se utiliza en aplicaciones críticas donde la falla de los sellos puede tener graves consecuencias, 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 sellos mecánicos ofrecen 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 previene fugas. Esto es especialmente importante en aplicaciones dinámicas como las bombas centrífugas, donde el sello debe adaptarse al movimiento del eje y mantener un sellado fiable.
Compatibilidad química
Otra ventaja clave de los elastómeros en aplicaciones de sellado es su resistencia química. Diversos compuestos elastoméricos están formulados para resistir la exposición a diversos productos químicos, disolventes, aceites y otros fluidos. Por ejemplo, los fluoroelastómeros (FKM) presentan una excelente resistencia a numerosos productos químicos, combustibles y aceites agresivos, lo que los hace adecuados para su uso en entornos industriales exigentes. De igual manera, los elastómeros EPDM presentan buena resistencia al agua, al vapor y a numerosos disolventes polares.
Resistencia a la temperatura
Los elastómeros utilizados en sellos mecánicos también son capaces de operar en un amplio rango de temperaturas. Los diferentes compuestos elastoméricos tienen diferentes capacidades de temperatura, y algunos son capaces de soportar temperaturas extremadamente altas o bajas. Los fluoroelastómeros, por ejemplo, pueden soportar temperaturas de hasta 200 °C o superiores, 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 abrasivos o partículas, los elastómeros proporcionan una buena resistencia a la abrasión y al desgaste en comparación con otros materiales de selladoLa naturaleza resiliente de los elastómeros les permite absorber el impacto de partículas abrasivas sin sufrir daños permanentes. Algunos compuestos elastoméricos, 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 amortiguadoras 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 de los 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 vibraciones al... caras de foca.
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 más económicos que los de las aleaciones exóticas o las cerámicas avanzadas. Además, su versatilidad permite su uso en una amplia gama de diseños y aplicaciones de sellos mecánicos, lo que reduce la necesidad de costosas soluciones personalizadas.
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, ablande o degrade, lo que compromete el rendimiento y la vida útil del sello.
Compatibilidad química
El elastómero debe resistir el entorno químico sin hincharse, contraerse ni degradarse excesivamente. Diferentes elastómeros ofrecen resistencia a diversas sustancias químicas:
- 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 altas presiones pueden causar una deformación permanente 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 con partículas o medios abrasivos, el elastómero debe presentar una buena resistencia a la abrasión para evitar el desgaste prematuro. Los elastómeros más duros, como el FKM o el FFKM, suelen ofrecer una mejor resistencia a la abrasión que los materiales más blandos, como la silicona o el EPDM. Sin embargo, los elastómeros más duros pueden comprometer el rendimiento del sellado en aplicaciones dinámicas que requieren flexibilidad.
Velocidad y descentramiento del eje
El elastómero debe adaptarse al movimiento y descentramiento del eje en sellado dinámico Aplicaciones. Las altas velocidades del eje pueden generar calor y acelerar el desgaste del elastómero. Un descentramiento excesivo o una desalineación del eje pueden provocar un desgaste desigual y fugas. Los elastómeros con buena resistencia a la deformación por compresión y elasticidad, como el FKM o el FFKM, son más adecuados para aplicaciones de alta velocidad. Un diseño adecuado del sello, como la incorporación de un resorte helicoidal o convoluciones, puede ayudar a compensar el movimiento del eje y mantener el sellado eficacia.
