Empaquetadura - Gasket
Una junta es un sello mecánico que llena el espacio entre dos o más superficies de contacto, generalmente para evitar fugas desde o hacia los objetos unidos mientras están bajo compresión . Dado el costo potencial y las implicaciones de seguridad de las juntas defectuosas o con fugas, es fundamental que se seleccione el material de junta correcto para satisfacer las necesidades de la aplicación. Una junta es un material deformable que se utiliza para crear un sello estático y mantener ese sello en diversas condiciones de funcionamiento en un conjunto mecánico.
Las juntas permiten superficies de acoplamiento "menos que perfectas" en las piezas de la máquina donde pueden rellenar irregularidades. Las juntas se producen comúnmente cortando a partir de materiales laminados.
Las juntas para aplicaciones específicas, como los sistemas de vapor de alta presión, pueden contener asbesto . Sin embargo, debido a los peligros para la salud asociados con la exposición al asbesto, se utilizan materiales para juntas sin asbesto cuando es práctico.
Por lo general, es deseable que la junta esté hecha de un material que, hasta cierto punto, ceda de tal manera que pueda deformarse y llenar firmemente el espacio para el que está diseñado, incluidas las pequeñas irregularidades. Algunos tipos de juntas requieren que se aplique un sellador directamente a la superficie de la junta para que funcionen correctamente.
Algunas juntas (de tuberías) están hechas completamente de metal y dependen de una superficie de asiento para lograr el sellado; Se utilizan las características de resorte propias del metal (hasta, pero sin sobrepasar, σ y , el límite elástico del material ). Esto es típico de algunas "juntas anulares" (RTJ) o algunos otros sistemas de juntas metálicas. Estas juntas se conocen como juntas de tipo compresivo R-con y E-con.
Propiedades
Las juntas normalmente están hechas de un material plano, una hoja como papel , caucho , silicona , metal , corcho , fieltro , neopreno , caucho de nitrilo , fibra de vidrio , politetrafluoroetileno (también conocido como PTFE o teflón) o un polímero plástico (como policlorotrifluoroetileno ). .
Una de las propiedades más deseables de una junta eficaz en aplicaciones industriales para material de junta de fibra comprimida es la capacidad de soportar altas cargas de compresión. La mayoría de las aplicaciones de juntas industriales involucran pernos que ejercen una compresión dentro del rango de 14 MPa (2000 psi ) o más. En términos generales, hay varios tópicos que permiten un mejor rendimiento de la junta. Uno de los más probados es: "Cuanto más carga de compresión se ejerza sobre la junta, más durará".
Hay varias formas de medir la capacidad del material de una junta para soportar cargas de compresión. La " prueba de compresión en caliente " es probablemente la más aceptada de estas pruebas. La mayoría de los fabricantes de materiales para juntas proporcionarán o publicarán los resultados de estas pruebas.
Diseño de juntas
Las juntas vienen en muchos diseños diferentes según el uso industrial, el presupuesto, el contacto químico y los parámetros físicos:
Juntas de chapa
Cuando una hoja de material tiene la forma de junta " perforada ", es una junta de hoja. Esto puede dar lugar a una junta burda, rápida y barata. En épocas anteriores el material era amianto comprimido, pero en los tiempos modernos se utiliza un material fibroso o grafito mate. Estas juntas pueden cumplir con varios requisitos químicos diferentes según la inercia del material utilizado. La placa de junta sin asbesto es duradera, de múltiples materiales y gruesa por naturaleza. Ejemplos de materiales son cauchos minerales, de carbono o sintéticos como EPDM, nitrilo, neopreno, natural, inserción de SBR, cada uno de los cuales tiene propiedades únicas adecuadas para diferentes aplicaciones. Las aplicaciones que utilizan juntas de chapa incluyen ácidos, productos químicos corrosivos, vapor o cáusticos suaves. La flexibilidad y la buena recuperación evitan roturas durante la instalación de una junta de chapa.
Juntas de material sólido
La idea detrás del material sólido es utilizar metales que no se pueden perforar en láminas pero que aún son baratos de producir. Estas juntas generalmente tienen un nivel de control de calidad mucho más alto que las juntas de lámina y generalmente pueden soportar temperaturas y presiones mucho más altas. La desventaja clave es que un metal sólido debe comprimirse en gran medida para que quede al ras con la cabeza de la brida y evitar fugas. La elección del material es más difícil; debido a que los metales se utilizan principalmente, la contaminación del proceso y la oxidación son riesgos. Un inconveniente adicional es que el metal utilizado debe ser más blando que la brida, para garantizar que la brida no se deforme y, por lo tanto, evitar el sellado con juntas futuras. Aun así, estas juntas se han hecho un hueco en la industria.
Juntas enrolladas en espiral
Las juntas enrolladas en espiral comprenden una mezcla de material metálico y de relleno. Generalmente, la junta tiene un metal (normalmente rico en carbono o acero inoxidable ) enrollado hacia afuera en una espiral circular (son posibles otras formas) con el material de relleno (generalmente un grafito flexible) enrollado de la misma manera pero comenzando desde el lado opuesto. Esto da como resultado capas alternas de relleno y metal. El material de relleno de estas juntas actúa como elemento de sellado, y el metal proporciona soporte estructural.
Estas juntas han demostrado ser confiables en la mayoría de las aplicaciones y permiten fuerzas de sujeción más bajas que las juntas sólidas, aunque con un costo más alto. [1]
Juntas de tensión de asiento constante
La junta de tensión de asiento constante consta de dos componentes; un anillo portador sólido de un material adecuado, como acero inoxidable, y dos elementos de sellado de algún material comprimible instalados dentro de dos canales opuestos, un canal a cada lado del anillo portador. Los elementos de sellado suelen estar hechos de un material (grafito expandido, politetrafluoroetileno expandido (PTFE), vermiculita, etc.) adecuado para el fluido del proceso y la aplicación.
Las juntas de tensión de asiento constante derivan su nombre del hecho de que el perfil del anillo portador tiene en cuenta la rotación de la brida (deflexión bajo precarga del perno). Con todas las demás juntas convencionales, a medida que se aprietan los sujetadores de la brida, la brida se desvía radialmente bajo carga, lo que produce la mayor compresión de la junta y la mayor tensión de la junta en el borde exterior de la junta.
Dado que el anillo portador que se usa en las juntas de tensión de asiento constante tiene en cuenta esta deflexión al crear el anillo de soporte para un tamaño de brida, una clase de presión y un material determinados, el perfil del anillo de soporte se puede ajustar para permitir que la tensión de asentamiento de la junta sea radialmente uniforme a lo largo y ancho de la brida. toda el área de sellado. Además, debido a que los elementos de sellado están completamente confinados por las caras de la brida en canales opuestos en el anillo portador, cualquier fuerza de compresión en servicio que actúe sobre la junta se transmite a través del anillo portador y evita cualquier compresión adicional de los elementos de sellado, manteniendo así un Tensión "constante" de asentamiento de la junta mientras está en servicio. Por lo tanto, la junta es inmune a los modos comunes de falla de la junta que incluyen relajación por fluencia, alta vibración del sistema o ciclos térmicos del sistema.
El concepto fundamental que subyace a la capacidad de sellado mejorada para las juntas de tensión de asiento constante es que (i) si las superficies de sellado de la brida son capaces de lograr un sellado, (ii) los elementos de sellado son compatibles con el fluido del proceso y la aplicación, y (iii) la suficiente La tensión de asentamiento de la empaquetadura se logra en la instalación necesaria para afectar un sello, luego la posibilidad de que la empaquetadura tenga fugas en servicio se reduce en gran medida o se elimina por completo.
Juntas de doble camisa
Las juntas de doble camisa son otra combinación de material de relleno y materiales metálicos. En esta aplicación, un tubo con extremos que se asemejan a una "C" está hecho de metal con una pieza adicional hecha para encajar dentro de la "C" haciendo que el tubo sea más grueso en los puntos de encuentro. El relleno se bombea entre la carcasa y la pieza. Cuando está en uso, la junta comprimida tiene una mayor cantidad de metal en las dos puntas donde se hace contacto (debido a la interacción carcasa / pieza) y estos dos lugares soportan la carga de sellar el proceso. Dado que todo lo que se necesita es una carcasa y una pieza, estas juntas se pueden hacer de casi cualquier material que se pueda convertir en una hoja y luego se puede insertar un relleno.
Juntas de Kammprofile
Las juntas de Kammprofile (a veces deletreadas Camprofile) se utilizan en muchos sellos más antiguos, ya que tienen una naturaleza flexible y un rendimiento confiable. Kammprofiles funciona con un núcleo corrugado sólido con una capa de cobertura flexible. Esta disposición permite una compresión muy alta y un sello extremadamente hermético a lo largo de las crestas de la junta. Dado que generalmente el grafito fallará en lugar del núcleo de metal, Kammprofile puede repararse durante la inactividad posterior. Kammprofile tiene un alto costo de capital para la mayoría de las aplicaciones, pero esto se contrarresta con una larga vida útil y una mayor confiabilidad.
Juntas de espina de pescado
Las juntas de espina de pescado son reemplazos directos de las juntas Kammprofile y Spiralwound. Son máquinas totalmente CNC fabricadas con materiales similares, pero el diseño de las juntas ha eliminado las deficiencias inherentes. Las juntas de espina de pescado no se desenrollan en el almacenamiento ni en la planta. Los bordes redondeados no dañan las bridas. El "paso de parada" adicional evita que las juntas de espina de pescado se compriman en exceso o se aplasten, a menudo debido a técnicas de torsión en caliente en el arranque de la planta. Los huesos de la junta permanecen dúctiles y se ajustan a los ciclos térmicos y los picos de presión del sistema, lo que da como resultado un sello de brida duradero y confiable que supera significativamente a todas las demás juntas de esta naturaleza.
Junta de brida
Una junta de brida es un tipo de junta hecha para encajar entre dos secciones de tubería que se ensanchan para proporcionar un área de superficie mayor.
Las juntas de brida vienen en una variedad de tamaños y se clasifican por su diámetro interior y su diámetro exterior.
Hay muchos estándares en juntas para bridas de tuberías. Las juntas para bridas se pueden dividir en cuatro categorías principales:
- Juntas de chapa
- Juntas de metal corrugado
- Juntas de anillo
- Juntas enrolladas en espiral
Las juntas de chapa son simples, se cortan a medida con orificios para pernos o sin orificios para tamaños estándar con varios espesores y materiales adecuados para los medios y la presión de temperatura de la tubería.
Juntas de anillo también conocidas como RTJ. Se utilizan principalmente en oleoductos y gasoductos en alta mar y están diseñados para trabajar bajo una presión extremadamente alta. Son anillos sólidos de metal en diferentes secciones transversales como ovalados, redondos, octogonales, etc. A veces vienen con un agujero en el centro para presionar.
Las juntas enrolladas en espiral también se utilizan en tuberías de alta presión y están fabricadas con anillos exteriores e interiores de acero inoxidable y un centro relleno con cinta de acero inoxidable enrollada en espiral junto con grafito y PTFE , formada en forma de V. La presión interna actúa sobre las caras de la V, obligando a la junta a sellar contra las caras de la brida. La mayoría de las aplicaciones de empaquetaduras enrolladas en espiral utilizarán dos espesores de empaquetadura estándar: 1/8 de pulgada y 3/16 de pulgada. Con juntas de 1/8 de pulgada de grosor, se recomienda una compresión a un grosor de 0,100 pulgadas. Para 3/16 de pulgada, comprima a un espesor de 0.13 pulgada.
Junta de corte suave
Junta blanda es un término que se refiere a una junta que puede encogerse fácilmente incluso cuando la carga del perno es baja. Las juntas blandas se utilizan en aplicaciones como intercambiadores de calor, compresores, válvulas de bonete y bridas de tuberías.
Junta de junta tipo anillo (junta RTJ)
El sello anular (sello RTJ) es un sello de alta integridad, alta temperatura y alta presión para aplicaciones en la industria petrolera, perforación de yacimientos petrolíferos, conexiones de recipientes a presión, tuberías, válvulas y más.
El movimiento de la empaquetadura del anillo (RTJ) se puede describir como un flujo irregular en la ranura de la brida de sellado deformada debido a la carga de compresión axial. El sello de color (sello RTJ) tiene un área de carga pequeña, lo que conduce a una gran presión superficial entre la superficie de sellado y la ranura, las propiedades de mantenimiento son malas y no son adecuadas para su reutilización.
Mejoras
Muchas juntas contienen mejoras menores para aumentar o inferir condiciones de operación aceptables:
- Una mejora común es un anillo de compresión interior. Un anillo de compresión permite una mayor compresión de la brida al tiempo que evita la falla de la junta. Los efectos de un anillo de compresión son mínimos y generalmente solo se usan cuando el diseño estándar experimenta una alta tasa de fallas.
- Una mejora común es un anillo de guía exterior. Un anillo de guía permite una instalación más fácil y sirve como un inhibidor de compresión menor. En algunos usos de alquilación, estos pueden modificarse en juntas de doble camisa para mostrar cuándo ha fallado el primer sello a través de un sistema de revestimiento interno junto con pintura de alquilación.
Razones del fracaso
Fuerza de presión distribuida desigual
La presión desigual puede deberse a una variedad de factores. Primero está el factor humano: la aplicación asimétrica de la precarga del perno, esto puede causar una presión desigual. Teóricamente, cuando se presionan las bridas, las superficies de sellado son absolutamente paralelas; sin embargo, en la práctica, la línea central de una tubería no puede ser absolutamente concéntrica, y apretar los pernos en el momento de la brida hace que la brida sea una discontinuidad. Con conexiones asimétricas, las superficies de sellado estarán más o menos deformadas y la presión reducida, la carga de funcionamiento, propensa a fugas. En tercer lugar, la densidad de la disposición de los pernos tiene un impacto obvio en la distribución de la presión, cuanto más cerca estén los pernos, más uniforme será la presión.
Relajación del estrés y pérdida de torque
Apriete los tornillos de la brida. Debido a la vibración, los cambios de temperatura y otros factores, como la relajación de la tensión de la junta enrollada en espiral, la tensión del perno disminuirá gradualmente, lo que provocará una pérdida de torque y una fuga. En general, los pernos más largos y los diámetros de perno más pequeños son mejores para prevenir la pérdida de torque. Un perno largo y delgado es una forma eficaz de evitar la pérdida de torque. Calentar durante un cierto período de tiempo para estirar el perno y luego mantener un par dado, es muy efectivo para prevenir la pérdida de par. Cuando la junta es más delgada y más pequeña, habrá una mayor pérdida de torque. Además, evite las vibraciones fuertes de la máquina y la tubería en sí, y aíslelos de las vibraciones del equipo adyacente. Los impactos en la superficie de sellado no son insignificantes. No impactar los pernos apretados puede evitar la pérdida de torque.
Superficie no lisa
Es importante que el sellado finalice correctamente, de lo contrario se producirán fugas. Una superficie demasiado lisa puede permitir que el material de la junta salga bajo presión. Una superficie que no se mecaniza de forma plana puede proporcionar vías de fuga. Una buena regla general es una superficie mecanizada a 32RMS. Esto asegura que la superficie sea plana, pero con suficiente acabado superficial para morder la junta bajo compresión.
Junta reforzada con metal
Con juntas recubiertas de núcleo de metal, ambos lados del núcleo están cubiertos con un sellador flexible y maleable. Hay sellos de metal reforzado en la clase de presión hasta 300. Un núcleo de metal fuerte evita los sellos de presión y un núcleo blando asegura un sellado excepcional.
Ver también
- Otros materiales para sellar juntas en fontanería
- Estopa
- Masilla de fontanero
- Cinta de sellado de roscas ( cinta de fontanero)
- Junta tórica
- Agrietamiento de ozono
- Degradación de polímeros
- Brida de vacío
- Lavadora (mecánica)
- Anillo de testamentos
Referencias
Fuentes
- Bickford, John H .: Introducción al diseño y comportamiento de las uniones atornilladas , 3ª ed., Marcel Dekker, 1995, pág. 5
- Latte, Dr. Jorge y Rossi, Claudio: Comportamiento a alta temperatura de materiales de empaquetadura de fibra comprimida y un enfoque alternativo para la predicción de la vida de las empaquetaduras , FSA Presentó Documento, 1995, pág. dieciséis