La temperatura no es solo un número en una hoja de datos.

Un sellado efectivo puede parecer correcto en condiciones ambientales y podría fallar en el frío durante un arranque en invierno, una parada en caliente o después de un ciclo. La temperatura influye en cómo los materiales se vuelven rígidos y con qué facilidad se recuperan después de la deformación, además de cambiar la rapidez con que se relajan bajo tensión y su susceptibilidad al envejecimiento, y variables circundantes como fluido, presión, hardware, ISO 5119:2023 especifica el ensayo de juntas tóricas estáticas a baja temperatura con un gas presurizado. No define criterios de aceptación para el producto. De hecho, son el proveedor y el cliente quienes pueden decidir mutuamente su nivel aceptable de calidad del producto. Sin embargo, sí establece que una configuración no establecerá la temperatura mínima de otra.

Efectos del frío y el calor sobre un elastómero

El frío reduce la flexibilidad y la velocidad de recuperación. Las bajas temperaturas hacen que el caucho se vuelva quebradizo. Si la presión abre un orificio en el sello, es probable que el material se comprima o se recupere demasiado lentamente. Esto significa que pueden comenzar las fugas antes de que la muestra se haya secado por completo; el sellado depende de un buen contacto, no simplemente de que esté seco.

El calor acelera el envejecimiento y la pérdida de fuerza.

Las altas temperaturas pueden provocar oxidación, reticulación, ruptura de la cadena y pérdida de plastificantes. El sello puede endurecerse, volverse quebradizo o incluso agrietarse; una menor fuerza de contacto puede causar fugas, incluso si el tamaño es el adecuado.

El ciclo térmico añade movimiento.

El caucho, el plástico y el metal se expanden en diferentes grados, modificando la compresión y la holgura. El ciclo produce un grado adicional de deformación, presión de arranque y cambio de viscosidad; por lo tanto, lo peor puede ocurrir durante la transición, no en ninguno de los puntos de permanencia.

NBR, EPDM, FKM y silicona: una comparación preliminar

Los rangos de temperatura de los sellos de goma de Parker son solo valores aproximados. Varían considerablemente según el material utilizado, y los grados especiales también presentan diferencias. Por lo tanto, si se utiliza un rango de temperatura de sello de goma por segunda vez, la prueba debe realizarse en las condiciones reales de funcionamiento.

NBR: Bueno para aceites, pero los límites de frío dependen de la formulación.

Las juntas de caucho NBR son productos económicos que ofrecen un buen equilibrio entre diferentes aceites y combustibles. Un mayor contenido de acrilonitrilo mejora la resistencia a los fluidos de la junta, pero al mismo tiempo, reduce su rendimiento en condiciones de frío. Por lo tanto, las juntas de caucho nitrilo con la misma dureza pueden comportarse de manera diferente.

La exposición a temperaturas elevadas no solo aumenta la dureza y la deformación. El material del sello debe someterse a pruebas con aceite, aditivos, tiempo de permanencia y vida útil en la prueba planificada. Una breve prueba en horno no es suficiente para determinar el tiempo necesario entre reemplazos de sellos.

EPDM: Impermeable y resistente a la intemperie – No es aceite de petróleo

Las juntas de caucho EPDM ofrecen una buena combinación de flexibilidad en frío y resistencia al ozono, además de ser resistentes a la intemperie y a muchos fluidos a base de agua. Si bien muchas aplicaciones acuáticas y exteriores pueden sellarse con EPDM, incluso el agua y el vapor a altas temperaturas pueden provocar cambios según el compuesto utilizado.

Los aceites y combustibles derivados del petróleo son sus mayores enemigos. Sin conocer los detalles, una junta de caucho EPDM podría hincharse y otra perder algunas de sus propiedades, incluso si ambas juntas aún estuvieran dentro del límite térmico; por lo tanto, es necesario vigilar de cerca los lubricantes, los limpiadores y la exposición accidental.

FKM: Con excelentes propiedades a altas temperaturas y un arranque en frío sin complicaciones.

Las juntas de caucho FKM resisten la exposición a aceites calientes, diversos combustibles y soluciones químicas. En la mayoría de los casos, las juntas de caucho FKM superan a las de caucho de nitrilo a altas temperaturas. Estos materiales se utilizan ampliamente cerca de motores, bombas, compresores y en equipos de proceso.

Las juntas de caucho FKM comunes se rigidizan más rápidamente con el frío, y las de baja temperatura no son intercambiables. Las juntas de caucho FKM utilizadas en aplicaciones a altas temperaturas deben someterse a pruebas de resistencia al vapor, aminas, bases y otros fluidos poco comunes, ya que la resistencia al calor no implica en absoluto que se conserven otras propiedades ni que el material siga siendo compatible a largo plazo.

Silicona: Sorprendente flexibilidad en un amplio rango de temperaturas, limitada por el rendimiento mecánico.

Las juntas de caucho de silicona conservan su elasticidad en diferentes rangos de temperatura. Son útiles para el sellado estático, la recuperación de calor y frío, y el aislamiento térmico en seco. Sin embargo, las afirmaciones sobre regulación o limpieza deben basarse en una formulación documentada y no en la apariencia del material.

Debido a sus menores propiedades de resistencia al desgarro, al desgaste y a la extrusión, así como a su permeabilidad a los gases, las zonas de movimiento, desgaste y espacio de presión deben revisarse cuidadosamente con juntas de caucho de silicona.

Ejemplo de un problema real a bajas temperaturas: Fuga en la válvula de GNC

Al principio, GM emitió un boletín titulado '16-NM-121' a través de la NHTSA, que trataba sobre la liberación de la ventilación del GNC en condiciones de frío extremo o durante el repostaje. El gas de llenado rápido se expande, lo que hace que la temperatura de las piezas descienda por debajo de los -40 °C, provocando fugas a través de la junta tórica que se ha endurecido.

El boletín también informaba de que la fuga cesó por encima de los -40 °C, ya que se recuperó la elasticidad, y que el problema podría agravarse con una mayor presión en el dispensador; además de las revisiones de la estación, se actualizó la válvula cuando fue necesario en este último caso.

Este caso de General Motors, que se ha hecho público, no proviene de Yida. Revela que la temperatura ambiente por sí sola no es una guía suficiente cuando la expansión del gas, la presión, la temperatura del metal y la recuperación actúan conjuntamente sobre el sello.

Combinación de evaluación de medios y temperatura

Una superficie caliente es más susceptible al ataque de fluidos, pudiendo producirse hinchazón o exudación, mientras que una superficie fría se vuelve más viscosa y la fuerza de contacto es mayor. Además, la formulación varía en cada caso, y un mismo material puede presentar un comportamiento muy distinto en condiciones extremas en comparación con un escenario normal. Por lo tanto, ¡nunca se debe confiar en los datos de compatibilidad si se desconocen las condiciones de trabajo!

Qué indican las especificaciones de temperatura y qué no.

Según la norma ISO 3601-5:2015, usuarios y proveedores deben acordar los requisitos de las propiedades de los materiales, las pruebas y las muestras que se realizarán. Simplemente indicar el nombre del polímero, el grado de dureza y una placa genérica no describe adecuadamente el comportamiento del material sellado después de su producción.

Procedimiento de validación de temperatura para un sello terminado.

La validación debe recrear exactamente la misma situación que podría darse en un uso real. Un periodo de frío estabilizado podría no detectar la recuperación durante la presurización, mientras que un breve aumento de temperatura podría pasar por alto la relajación de la tensión dependiente del tiempo.

a. Averigüe la temperatura de sellado tal como funciona realmente; no tiene sentido fingir, ya que las temperaturas ambiente o de suministro podrían no coincidir con ella.

b. Mantenga el compuesto, el sello, la ranura, el hardware y el método de ensamblaje del lubricante dentro de los mismos límites exactos, es decir, sin cambios en ellos.

c. Someter los sellos de producción completos al tiempo de permanencia requerido, idealmente con el medio real si es posible.

d. Utilice las herramientas, lubricantes y componentes tal como fueron fabricados en los conjuntos representativos.

e. Ejecutar el arranque en frío, el mantenimiento en caliente, el apagado y el ciclo en la secuencia correcta de presión, vacío o movimiento.

f. Mida las fugas durante la prueba del ciclo térmico y no solo después de que termine.

g. Busque signos de fraguado, cambio de dureza, agrietamiento, hinchazón, extrusión y daños durante la instalación.

h. Documente los lotes y las versiones y luego decida cuándo es necesaria la revalidación de las modificaciones que ha realizado.

Directrices del comprador para un sello que funciona a una temperatura específica.

Colaboración con Dalian Yida en la selección y validación de materiales.

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. puede evaluar la compatibilidad con diferentes fluidos, ciclos térmicos, historial de presión y vacío, y otros factores relacionados con el diseño y el montaje del sello. La selección de la familia de materiales dará como resultado una composición precisa y un proceso controlado.

Envíe los planos, información sobre la posición del sello, la geometría medida del sello, las características del fluido, el ciclo de presión/vacío, los requisitos del cliente y las normas. Las afirmaciones de rendimiento de Yida solo se podrán utilizar cuando se cuente con la aprobación del proyecto.

El caucho con el número más alto no será la solución, sino un compuesto capaz de mantener la fuerza de contacto, la recuperación y la integridad de la unión en condiciones reales. Realice la selección, luego confirme el compuesto y, finalmente, sométalo a la prueba de ciclo completo.