Los Sellos mecánicos

Los sellos mecánicos son diseñados para prevenir tanto la contaminación de los elementos

mecánicos lubricados como también para evitar fugas del fluido. Existen muchas variedades y una

gama de aplicaciones diferentes entre sí que el encontrar la mejor solución a una situación particular

es un proceso complicado.

En algunos diseños, por ejemplo, la solución correcta requiere controlar mas las fugas que mantener

lubricado el sello en la superficie de contacto; sin embargo, la experiencia en campo determina cual

es la mejor solución para una situación dada.

En vista de la multiplicidad de variables y de diseños existente en el mercado, no es de sorprender

que la mayoría de estos dispositivos se elaboren para satisfacer condiciones muy especificas;

adicionalmente la industria no ha desarrollado normativas uniformes y el diseñador tiene entonces

un amplio rango de opciones

Existe una amplia clasificación de sellos, disponibles para las diversas condiciones encontradas en

el campo. Los sellos que trabajan contra superficies rotativas son denominados sellos dinámicos y

los que son colocados entre dos superficies sin movimiento relativo se denominan sellos estáticos

Los sellos dinámicos ocupan la gama más amplia de la clasificación de estos dispositivos ya que

son importantes tanto para la lubricación como para la transmisión de potencia; pueden ser

clasificados en sellos de ejes rotativos y sellos de ejes reciprocantes

La selección de los sellos debe contar con información sobre temperaturas previstas, tipos de

superficies donde actuara el sello, velocidades, presión del fluido a ser contenido, dureza y acabado

de la superficie que estará en contacto con los sellos, compatibilidad de los sellos con el fluido, el

desplazamiento potencial del eje y la posibilidad de combinación de sellos.

Materiales de sellos

Muchos materiales para sellado pueden ser elaborados desde gomas naturales a sellos sintetices y

termoplásticos; el elemento con el cual se elaboran los sellos son tan importantes que la ASTM ha

codificado cada tipo para facilitar la comunicación entre el suplidor y el consumidor:

ASTM D-1418 códigos genéricos

ASTM D-2000 subdivide los códigos genéricos en prefijos y subgrupos, algunos de los cuales

aparecen en la ISO 1629.

La tabla 1 enumera códigos y algunos de sus nombres comerciales. Para muchos de estos

materiales, existen grados disponibles y los fabricantes agregan su propia identificación o código

La extensa variedad de estos materiales asegura la demanda de estos por la industria. Cualquiera

que sea la industria, la naturaleza de la sustancia a la cual son expuestos los sellos o la naturaleza de

los sellos en sí mismo, facilita la selección de los mismos para el trabajo que realizaran.

A continuación se indican los materiales comúnmente utilizados para elaborar sellos

Goma Natural

Buna-N

Buna S

Neopreno

Thiokol

Gomas de silicona

teflon

Kel-F

Viton

Uretano

Kalrez

Vamac

Poliacrilato

Tabla 1 – Referencia cruzada por tipo de polímero según ASTM

ASTM D1418 ASTM D2000 Nombre químico Nombre comercialNR AA Polisopreo natural Goma natural, Látex, RSS, Crepe, IR AA Polisopreo sintético Nipol, NatysynBR Polibutadieno

SBR AA/BA Estireno Butadieno Buna S, Ameripol, plioflexHR AA/BA Butil Butil, Clorobutil, Bromobutil

EPDM, EPR CA/DA Etilenpropilene-diene nordel, vstalon, kentla, epsin, royaleneCR BC/BE Cloropreno Neopreno, Baypren, Butachlor

CSM Ce Polietileno polisulfonado HypalonNBR BF/BG/BK/Ch Nitrilo Buna N, Nitrilo, Hycar, Chemigun, Krynac

HNBR BF/BG/BK/Ch Nitrilo hidrogenado Therban, ZetpolACMAEM EE/EF/EG Etileno acrilico Vamac

ECO DK/DJ Oxido de etileno Hydrin, GechronFKM HK Fluorerastomero Viton

VMQ, PVMQ FC/FE/GE Silicona Goma de siliconaFVMQ FK Fluorsilicona Silastic LS 53/63AU, eu BG Poliuretano AdiprenoPTR, T AK/BK Polisulfide Thiokol

PZ Goma PNFPTFE TFE Tetrafluoretileno TeflonCFE Goma de fluorcarbono Kel-FFEP resina de Fluorcarbono Teflon 100

FFKM Rp Elastomero de perfluor KalrezNota: Teflon, Viton, Vamac y kalrez son marcas registradas de Du Pont.

En algunas instalaciones los sellos deben entrar en contacto con fluidos lubricantes e hidráulicos; la

tabla 2 describe el funcionamiento de algunos materiales cuando son expuestos a fluidos de uso

común en la industria

Tabla 2 – Propiedades relativas de sellos

Nomenclatura Goma Natural

Buna S

Buna N Nitrilo Saturado

Neopreno Butil Thiokol Goma De Silicona

Viton

ASTM 2000 AA 11/BA BF/BG/BK

BF/BG/BK/CH

BC/BE AA/BA

AK/BK FC/FE/GE HK

ASTM 1418 NR SBR NBR HNBR CR HR T VMO FKMAceite mineral de bajo punto de anilina

P P E E R P E P E

Aceite mineral de alto punto de anilina

P P E E B P E B E

Siliconas P P R R P P P R B

Diester P P R R P P P R B

Esteres de Fosfato P P P P P E R P B

Ester de silicato P P R R P P R R BE: Excelente; B: Buena; R: regular; P: pobre;

Adicionalmente debe ser considerado el rango de aplicaron de acuerdo a la temperatura; en la tabla

3 se ilustra los rangos de aplicación de sellos, en función de su naturaleza

Tabla 3 – Rangos de temperaturas de elastomeros

Sellos Mínimo MáximoNitrilo -55 125Etilenpropileno -55 150Neopreno -55 140Fluorcarbono -40 225Silicona -75 250Fluorsilicona -65 175SBR -55 100Poliacrilato -20 175Poliureatno -55 100Butil -55 100Polisulfito -55 100Polietileno clorosulfonado -55 125Epiclorohidrin -55 125Fluorelatomero fosfonitrilico -65 175

Adicional a la compatibilidad del sello con el fluido de trabajo con el cual estará expuesto, también

es importante contar con estudios sobre importancia, longevidad y costos; para este fin es

importante conocer algunas de las propiedades más importantes a considerar:

Dureza

La dureza varia debido al uso de diversos materiales y mezclas. Los resultados de los ensayos se

expresan en lecturas denominadas Shore A, siendo los más comunes en el campo industrial,

aquellos sellos con durezas del orden de 70 (medianamente duros); materiales con lecturas de 80

son deseables para movimientos oscilantes o rotativos y con durezas entre 50 y 60 permite el uso de

materiales elásticos empleados para sellos de labios para sellar adecuadamente superficies rugosas.

Generalmente los elastomeros se hacen más dúctiles cuando se incrementa la temperatura hasta

estabilizarse: los acrilatos reducen su dureza mas rápidamente, alcanzando durezas Shore A de 55 al

alcanzar 93 ºC.

Resistencia al trabajo mecánico:

La resistencia a la abrasión, esfuerzos tensiles, capacidad de elongación, esfuerzos de corte y

rigidez o dureza son esenciales para alcanzar el adecuado funcionamiento en campo.

El cambio de volumen o hinchamiento

Común en todos los elastomeros, es especialmente importante debido a que sus componentes

tienden a absorber los fluidos con los cuales entran en contacto; en los casos donde los fluidos de

trabajo se corresponden a aceites minerales con altos niveles de hidrocarburos insaturados de tipo

aromático producen un gran aumento en el hinchamiento del elemento; de allí que se deba conocer

en algunos casos el punto de anilina, el cual es una indicación del contenido de aromáticos; de esta

forma altos puntos de anilina implican menor es posibilidades de hinchamiento del sello, que podría

causar extrusion o desgaste excesivo.

Ensayos de compresión

Mide la perdida de resiliencia en la parte superior del elemento a la temperatura de operación; en

este ensayo se determina el porcentaje de espesor no recuperado al ensayar el componente a

presión; entre mas alta la temperatura de operación, mayor será el porcentaje de compresión; de

hecho todos los elastomeros experimentan esta perdida de resiliencia.

Efectos Térmicos

Debe considerarse la temperatura de servicio ya que elementos diseñados para soportar cambios de

temperatura moderados; sin embargo cuando se emplean materiales se les ha extraído su capacidad

plástica a baja temperatura, conlleva a que pierdan flexibilidad en esa condición; asi mismo, si se

exceden los valores limites de temperaturas, podría causarse efectos en la dureza, craqueo de

componentes y/o perdida de resiliencia

Coeficiente de expansión

Se debe considerar el efecto de expansión termina del elemento metálico donde se ubicara el sello,

ya que la excesiva expansión dentro de un área confinada podría generar sobre esfuerzos y falla del

sello.

La tabla siguiente detalla una comparación cualitativa de diversos materiales para sellos en función

de algunas propiedades y características

Ley

end

aE

– e

xce

len

teB

- b

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R-

reg

ula

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– p

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Nit

rilo

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Na

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Pn

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Po

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no

Po

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lfit

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Po

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Sb

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Sili

con

a

Po

litet

rafl

oru

roet

ilie

no

Po

lioxi

me

tiln

eno

Resistencia al ambiente

R R B/E

E E E E R E E E E R E E R E E E

Ozono P P B/E

E E E E R B/E

E E E P E E P E E E

Agua y vapor R/B

R/B

B R E P/B

R P/B

R R P R R R/B

R P R/B

E E

Acidos R R/B

B R/B

B E R/B

R/B

R/B

P P R/B

P P R R R/B

E E

Hidrocarburos E P P E P E B P R/B

E E E P E E P R/B

E E

Fluidos polares R/B

B E R E P/B

P B R R P P B B P B P E E

Calor B R B R/B

E E B B R B E E B R P R/B

B/E

E E

Frío B B B B/E

B/E

P/R

B R/B

E P R/B

B B B B B/E

E E

Esfuerzo Tensil B/E

E B B /E B/E

R E B R R E E R E B/E

P E E

Resistencia al corte

R/B

B/E

B B B/E

R P B/E

R/B

P/R

R/B

P/R

R/B

P R/B

R/B

P E E

Resistencia a la abrasión

B E R/B

B B/E

B P E B R B E E P E B P e e

Resistencia a la compresión

B/E

B R/B

P/R

B/E

E B/E

B R B R P B P R B B E E

Propiedades dinámicas

B/E

R R B B/E

B/E

P E R R R E R R E B P E E

Resistencia al fuego

P P P R/B

P E B P B B P P P P P P R E E

Impermeabilidad B R E B/E

B B P R B B E R R E E R P E E

Resistencia eléctrica

R B B R B R E B R R/B

R E B R E B E E E

Envejecimiento:

El envejecimiento afecta la vida; La especificación MIL HDBK 695 provee de data generalmente

aceptada para diferentes elastomeros

Tabla 5 – Resistencia al envejecimiento de elastomeros

2 a 5 años 5 a 10 años superior a 20 años

Nitrilo

SBR

Uretano

Hypalon

Butyl

Neopreno

Etilenpropileno

Uretano

Silicona

Fluorsilicona

Fluorcarbono

poliacrilato

polisulfito

Consideraciones generales para la selección de sellos

La superficies deslizantes de los sellos están siempre lubricados, bien por el fluido sellado, por

lubricación externa o por lubricantes sólidos impregnados en la interface sello asiento

La dureza del material de sello y su compatibilidad con el fluido sellado deben ser considerados

Altas velocidades de deslizamiento o presión excesiva entre las superficies deslizantes incrementan

la temperatura: A Baja velocidad en la superficie con alta carga en los sellos puede dificultar la

lubricación, por lo cual un cambio en la geometría de las caras de los sellos puede solventar el

problema.

La resistencia a la abrasión debe ser tomada en consideración cuando exista presencia de abrasivos

Fallas

Cerca del 30 % de las reparaciones en plantas donde se manejan químicos o similares asi como en

procesos de refinación, se deben fallas en los sistemas de sellos, consumiendo cerca del 60 al 70 %

del costo del mantenimiento.

La reducción de fallas debido a sellos es prioritaria y a pesar de efectuar reemplazos, por regla

general la causa original es desconocida resultando en costosas fallas repetitivas.

Solo cuando se incluye el análisis del sistema completo, sus condiciones de servicio y las

propiedades físicas y químicas del fluido en contacto con el sello, el resultado permite prevenir su

ocurrencia.

La cuidadosa evaluación de los sellos podrá determinar o guiar hacia la causa del problema, la cual

puede ser debida a la selección o instalación del mismo, el ambiente liquida donde se desenvuelve,

la operación de bombeo.

Este proceso requiere tener muestras completas de los sellos sin perturbar su condición de falla. La

inspección del componente para establecer desgastes, erosión, corrosión, binding, fretting, galling,

rubbing y/o calor excesivo, podrá brindar pistas hacia la causa principal de la falla

Causas de fallas de sellos

Se reconoce que un sello ha fallado cuando el goteo o perdida de fluido se incrementa

vertiginosamente. A continuación se citan las causas más comunes de fallas:

Desalineación de componentes: permite que los componentes del sello sean atacados por sucio,

cortados, arañados, nicked o de alguna manera dañados antes o durante el ensamble del equipo

Ensamble incorrecto del sello: colocación inadecuada de los componentes de los sellos en la

cavidad donde se alojan

Sellos inapropiados para la aplicación: selección de materiales incorrectos o un inadecuado

diseño para la combinación de presión, temperatura, velocidad y propiedades del fluido

Arranque inapropiado o defectos en los procedimientos de arranque: falla al presurizar un sello

antes del arranque de las bombas o su operación en seco, sin que se haya percatado el operario

Controles ambientales inadecuados: falta de adecuados sistemas de lazo (bypass), lavados

externos o controles de temperaturas

Contaminación del fluido: presencia de partículas sólidas dañinas en la cavidad del sello

Pobres condiciones del equipo: excesivos juegos del eje, deflecciones y vibraciones

Uso excesivo de los sellos: su vida útil ha llegado a termino y/o se ha sobrepasado ese limite

Problemas, causas y solución de fallas

Esta sección especifica problemas de mantenimiento, sus causas más comunes y soluciones;

cualquiera que sea la causa, la instalación del sello debe ser inspeccionada mientras aun permanece

el sello en operación, ya que mucho puede aprenderse al observar las condiciones de operación,

temperaturas, controles ambientales, vibraciones del equipo y otros factores.

Problema Causa Solución

1. Resecamiento del

Sello con rociado de

producto durante la

operación

El producto es vaporizado

y quemado a lo largo de las

caras del sello

Tomar acciones a fin de garantizar

que el producto se mantenga liquido en

la cavidad del sello.

Chequear la presión de la calidad,

presión de vapor y temperatura del

producto.

Verificar diseño y características del

fabricante.

Verificar condiciones ambientales.

2. Perdidas a través del

sello

Perdida de tornillos y

arandelas que sujetan las

empacaduras

Las empacaduras están

defectuosas o cedido en frío

Las caras del sello están

infladas

Torcedura del inserto

debido a sobreajuste de

tornillos o excesiva tensión de

las tuberías.

El empaque del eje o el

montaje del inserto han

cortado o pellizcado el sello

durante la instalación

Los insertos de carbón

pueden estar craqueados.

Las caras externas e

internas del sello pueden

haberse contaminado con

partículas externas

Chequear y corregir torque de las

empacaduras

Desensamblar sello, analizar

problema y reparar o remplazar como

esta indicado

Verificar controles ambientales

Verificar condiciones del equipo

El producto esta goteando

por debajo del manguito del

eje

Excesiva vibración

Falla del equipo

3. El sello emite

Chirridos durante la

operación

Excesiva o inadecuada

cantidad de liquido hacia las

superficies del sellos

Instalar sistemas de

retroalimentacion (bypass) y/o líneas

externas de lavado

instalar un aliviadero en el tope de la

cavidad del sello a fin de incrementar la

presión de la cavidad del sello

ventilar la caja del relleno

Verificar y ajustar la succión de la

bomba

4. Incremento excesivo

de polvo de carbón en la

parte externa del anillo

de cierre

Excesiva o inadecuada

cantidad de liquido hacia las

superficies del sellos

La película del liquido

esta enciende y evaporándose

entre las superficies, dejando

residuos que muelen y

expulsan el carbón.

La presión puede ser muy

alta para el tipo de sello y el

producto

Contactar al fabricante

Revisar experiencias en la industria

Verificar configuraciones y

materiales

Análisis de fallas

El estudio de las fallas y su ocurrencia es importante para determinar las acciones que deben

tomarse para evitar que se repitan

Fallas debidas a Acción química

Ataque químico excesivo: esta falla presenta sintamos evidentes en las superficies del sello,

apareciendo partes abombadas, en tiras, escamas o desmenuzadas. Existe perdida de peso y las

lecturas de dureza del material son mucho menores a las originales, lo cual evidencia una mala

selección del sello y sus características para la aplicación no son las adecuadas; si no es posible usar

sellos adecuados al ambiente químico donde se usar el sello, debe estudiarse la posibilidad de usar

sellos dobles o mantener sistemas externos que garanticen lavado permanente del sello con fluidos

compatibles

Corrosión Fretting: Es el tipo de corrosión mas común en sellos. EL área donde se presenta

semeja apariencia brillosa o picada y se origina debido al desplazamiento hacia adentro y hacia

fuera de los sellos secundarios sobre los manguitos del eje o debido a vibración constante del eje;

esta acción remueve el metal oxidado que actúa pasivamente en el acabado superficial que

normalmente protegen el eje de la corrosión; debe eliminarse la vibración excesiva en los sellos

secundarios y verificar que la deflexión del eje y los movimientos oscilantes estén dentro de los

limites de diseño del fabricante; aplicar recubrimientos protectores basados en aleaciones, oxido de

cromo u oxido de aluminio directamente bajo el área donde se asienta el sello secundario;

reemplazar los sellos secundarios con sistemas O-rings, los cuales son menos susceptibles a la

corrosión y son capaces de absorber movimientos axiales menores

Ataque químico en O-rings: similar a la falla por ataque químico general, el O-rings presenta

sintamos como abombamiento, tiras, escamas o desmenuzamiento, por lo cual se aplican las mismas

soluciones que el citado caso.

Ablandamiento o licidiacion: el sello presenta en las superficies o caras una apariencia

embotado y enmarañado y desgaste de las caras con componentes carbonosos; adicionalmente la

dureza del sello disminuye hasta en 5 puntos con respecto a la dureza original, medida por el

método Rockwell Escala A y generalmente ocurre por ataque químico en la superficie limite entre

el carbón, el metal y el componente cerámico. El ataque químico de soluciones de hidróxido de

sodio y ácido hidrofluorico pueden ablandar y extraer componentes de silicio en anillos de sellos

cerámicos, resultando en excesivo desgaste de las caras elaboradas con carbón, permitiendo que

componentes abrasivos se ubiquen entre el sellos y el eje, contribuyendo al desgaste y a la falla

prematura del sello. Por lo expuesto se debe escoger sellos de mayor dureza; para casos

particulares, se sugiere utilizar cerámicas de distintos materiales, como óxidos aluminicos de alta

dureza ciando se manejen soluciones de hidróxido de sodio y ácido hidrofluorico, sellos basados en

carburo de tungsteno al cobalto por níquel cuando se manejen químicos como agua o soluciones

lechosas; asi mismo, se recomienda emplear arreglos de sellos que provean fluido limpiador en la

cara externa del sello o un sello doble con un sistema de fluido limpiador conveniente