Ciencia del sellado: Optimizando el rendimiento del sello mediante compatibilidad de lubricantes

Un sello funciona como una barrera crítica entre compartimentos que contienen diferentes materiales u operan bajo presiones variables. El objetivo principal es prevenir la pérdida de material —como lubricantes— y bloquear la entrada de contaminantes como polvo.

Más allá de estas funciones básicas, los sellos deben operar de manera confiable durante una vida útil especificada. Esto puede ser un desafío porque los sellos están expuestos al desgaste por movimiento, fluctuaciones de temperatura y ataque químico. La baja fricción —y por tanto bajo consumo de energía— es esencial, y el diseño debe permitir una fácil remoción durante el mantenimiento.

Las preocupaciones clave relacionadas con lubricantes incluyen hinchamiento, contracción y el impacto de diferentes tipos de aceite —mineral, PAO y silicona— en los materiales del sello.

Hinchamiento y contracción

El hinchamiento ocurre cuando el lubricante se difunde en el material del sello hasta alcanzar la saturación. La extensión del hinchamiento depende de la estructura química tanto del aceite como del polímero, así como del grado de entrecruzamiento dentro del polímero. La contracción típicamente resulta de la pérdida de plastificante en el material de sellado polimérico.

Aceites minerales

Los lubricantes basados en aceites minerales, especialmente aquellos con alto contenido aromático, generalmente exhiben menor compatibilidad con sellos de elastómero comparados con aceites altamente refinados. Los aceites éster también tienden a mostrar compatibilidad relativamente baja. Para aceites con estructuras químicas similares, la propensión al hinchamiento disminuye a medida que aumenta la viscosidad.

Polialfaolefinas (PAO)

Los aceites PAO son hidrocarburos sintéticos compuestos de moléculas idénticas, a diferencia de las mezclas diversas encontradas en aceites minerales. Su interacción con elastómeros refleja la de los aceites minerales, ofreciendo características de compatibilidad similares.

Aceites de silicona

Los aceites de silicona poseen una estructura química que difiere marcadamente de la mayoría de los elastómeros, lo que a menudo resulta en excelente compatibilidad con materiales de sellado.

Sellos de elastómero y lubricación

Los sellos de elastómero son inherentemente suaves y elásticos, permitiéndoles adaptarse a las superficies de acoplamiento. Esta conformidad puede causar que el sello y su contraparte se adhieran, haciendo esencial un lubricante como medio separador. El hinchamiento o contracción alteran el módulo de elasticidad, la resistencia a la tracción y la dureza de los elastómeros, pudiendo comprometer el rendimiento mecánico. Por consiguiente, es aconsejable realizar pruebas de compatibilidad entre el lubricante elegido y el material del sello, ya que los elastómeros dentro de la misma clase pueden exhibir comportamientos de hinchamiento variables debido a diferencias en plastificantes, contenido de plastificante o grado de polimerización.