En equipos industriales y sistemas de fluidos, un sellado eficaz es fundamental para garantizar la integridad operativa y prevenir fugas de fluidos. La selección de los materiales de sellado, en particular su capacidad para soportar la presión interna, es un factor fundamental para el éxito del sellado. Una selección incorrecta puede provocar fallos prematuros del sello, fugas y posibles riesgos de seguridad. Esta guía describe los principales materiales de sellado recomendados para diferentes rangos de presión.
I. Aplicaciones de baja presión (0 – 5 MPa)
Escenarios comunes: sistemas neumáticos, sistemas hidráulicos de baja presión, tratamiento de agua, maquinaria de alimentos y bebidas, sellos de vástago alternativo de baja carga.
Selección de materiales:
1. Caucho de nitrilo (NBR): La opción más económica y versátil para aplicaciones de baja presión. Ofrece una excelente resistencia a aceites hidráulicos, lubricantes, combustibles y aire derivados del petróleo, lo que garantiza un valor excepcional. Ideal para la mayoría de los usos hidráulicos y neumáticos con aceite de baja presión.
2. Monómero de etileno propileno dieno (EPDM): Excelente resistencia al agua caliente, vapor, refrigerante (glicol), cetonas y ácidos/bases débiles. No apto para aceites minerales ni combustibles. Se utiliza principalmente para sellar medios a base de agua y fluidos de transferencia de calor en sistemas de baja presión.
3. Poliuretano (PU/AU/EU): Se caracteriza por su extrema resistencia a la abrasión y alta resistencia mecánica. A baja presión, su superior resistencia a la extrusión y sus propiedades antidesgaste lo convierten en una opción excepcional para sellos reciprocantes (p. ej., sellos de pistón y vástago), con una vida útil significativamente superior a la del caucho estándar.
Resumen: Para aplicaciones de baja presión, priorice la compatibilidad con los medios. El NBR es la opción versátil por defecto, el PU ofrece una mayor resistencia al desgaste y el EPDM está especializado para medios acuosos y polares.
II. Aplicaciones de presión media (5 – 30 MPa)
Escenarios comunes: Maquinaria de construcción, máquinas de moldeo por inyección, máquinas herramientas, sistemas hidráulicos de potencia media.
Selección de materiales:
1. Poliuretano (PU): La opción preferida para sistemas hidráulicos de media presión. Su alta resistencia mecánica, dureza y excepcional resistencia a la extrusión combaten eficazmente la deformación por presión y la extrusión por holgura, lo que lo convierte en el material predilecto para sellos de pistones y vástagos.
2. Caucho de nitrilo (NBR): Los compuestos de NBR reforzados pueden ser adecuados para aplicaciones donde la presión se mantiene por debajo de 15-20 MPa y las temperaturas son moderadas, especialmente en aplicaciones de sellado estático como juntas tóricas. Sin embargo, su resistencia a la extrusión es considerablemente menor que la del PU.
3. Fluoroelastómero (FKM/Viton®): La opción preferida cuando el medio implica altas temperaturas, combustibles o productos químicos agresivos (p. ej., fluidos ácidos), incluso en el rango de presión media. El FKM ofrece una resistencia química superior y un rendimiento a altas temperaturas (hasta 200 °C o más).
Resumen: En entornos de presión media, la resistencia a la extrusión es fundamental. El poliuretano (PU) es la opción principal para sellos dinámicos, mientras que el fluoroelastómero (FKM) se selecciona para entornos químicos exigentes y de alta temperatura.
III. Aplicaciones de alta y ultraalta presión (superior a 30 MPa, hasta 100 MPa+)
Escenarios comunes: gatos hidráulicos, bombas de ultra alta presión, corte por chorro de agua, equipos de cabezal de pozo de petróleo y gas, sistemas de prueba de recipientes a presión.
Selección de materiales:
1. Poliuretano (PU): Los poliuretanos especialmente formulados y diseñados (por ejemplo, poliuretano fundido) siguen siendo una opción viable para sellos dinámicos de alta presión, pero requieren una formulación y un diseño de sello precisos, lo que a menudo exige el uso de anillos de respaldo antiextrusión.
2. Compuestos de fibra de aramida/plásticos de ingeniería (PEEK, PTFE relleno): Son materiales esenciales para aplicaciones de ultraalta presión. No son elastómeros, sino plásticos de alto rendimiento con una resistencia mecánica y un módulo excepcionales.
PTFE relleno: La adición de rellenos como fibra de vidrio, cobre o fibra de carbono al PTFE mejora drásticamente su resistencia a la compresión y a la extrusión. Se utiliza comúnmente en anillos de respaldo y anillos de sellado para proteger los sellos primarios de la extrusión y daños.
•PEEK: Ofrece resistencia extremadamente alta, rigidez y resistencia a la temperatura, y se utiliza para fabricar anillos de sello y anillos de soporte en entornos de presión ultra alta.
3. Sellos metálicos (cobre o acero inoxidable): Bajo presión extrema (p. ej., >70 MPa), alta temperatura o alta presión de choque, los elastómeros y plásticos alcanzan sus límites. Las juntas tóricas o las juntas C metálicas se convierten en la solución definitiva. Sellan mediante deformación plástica, ofreciendo una fiabilidad extrema, pero suelen ser de un solo uso y requieren una alta precarga de instalación.
Resumen: Para condiciones de presión ultraalta, la estrategia cambia del "sellado elástico" a la "contención rígida". Los plásticos de ingeniería de alta resistencia (PTFE reforzado, PEEK) y los metales son esenciales, con diseños enfocados en minimizar la deformación y la extrusión.
IV. Factores clave de selección adicionales
La presión no es el único criterio; la selección debe implicar una evaluación holística:
• Temperatura: El rango de temperatura de funcionamiento del material debe abarcar completamente la temperatura del sistema. Las altas temperaturas aceleran el envejecimiento; las bajas temperaturas causan fragilización.
Compatibilidad del medio: Este es el requisito principal. El material seleccionado no debe corroerse, hincharse ni degradarse por el medio sellado.
• Tipo de movimiento: ¿Sello estático, sello dinámico alternativo o sello rotatorio? Cada tipo de movimiento impone diferentes exigencias en cuanto a resistencia al desgaste, generación de calor y conductividad térmica.
•Compatibilidad de hardware: El diseño del espacio libre del sistema, el acabado de la superficie y la dureza impactan directamente en la resistencia a la extrusión y la tasa de desgaste de un sello.
Conclusión:
La selección de materiales de sellado es un desafío de ingeniería de sistemas, donde la presión actúa como un diferenciador fundamental:
•Baja presión: enfoque en los medios. NBR/EPDM son los pilares.
• Presión media: enfoque en la resistencia a la extrusión. PU/FKM son las principales opciones.
•Alta presión: enfoque en la resistencia. Los compuestos y los metales toman el control.
El principio pragmático de selección es: al cumplir con los requisitos del medio y la temperatura, elegir materiales con la resistencia a la extrusión y la resistencia mecánica adecuadas según la presión de trabajo, y asegurar un diseño adecuado de la ranura y la holgura del sello. El material más caro no es necesariamente el mejor; la opción óptima es la que mejor se adapta a las condiciones de operación específicas.
Hora de publicación: 23 de agosto de 2025