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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
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Na
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Sili
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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