Los materiales utilizados para sellos hidráulicos deben poseer buena elasticidad, capacidad de elongación, resistencia a altas presiones, resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción.
Estas propiedades se reflejan principalmente en las propiedades mecánicas del material, que están estrechamente relacionadas con su resistencia mecánica.
La resistencia mecánica es fácil de determinar y constituye la base de otras pruebas de propiedades de los materiales. Por ello, se considera un indicador fundamental de su desempeño.
En los materiales como el caucho sintético y los plásticos, las principales propiedades mecánicas incluyen dureza, resistencia a la tracción, resistencia al desgaste, elasticidad y elongación.
La dureza se refiere a la capacidad de un material para resistir la deformación plástica o la fractura; además, existe cierta relación entre dureza y resistencia.
Un material con menor dureza presenta mayor flexibilidad bajo carga.
La dureza es un parámetro esencial para los materiales de sellado, y en el caso del caucho suele expresarse mediante la escala Shore (Shore A).
Los sellos hidráulicos deben soportar presiones elevadas. Una presión excesiva puede provocar deformación excesiva o incluso la extrusión del material a través de la holgura de sellado, dañando su estanqueidad.
Por ello, el material debe tener una dureza adecuada para resistir esta deformación: a mayor dureza, mayor capacidad de resistencia a la presión.
El caucho se emplea como material de sellado por ser más “blando” que el metal, lo que le permite adaptarse a las irregularidades de las superficies de sellado, logrando así un cierre hermético.
Por tanto, una baja dureza mejora la capacidad de sellado, aunque también puede influir en la fricción y el desgaste.
En los sellos dinámicos, la dureza influye directamente en el comportamiento del movimiento. En general, una menor dureza reduce el coeficiente de fricción dinámica, pero puede aumentar la fricción de arranque.
La resistencia al desgaste está relacionada con la dureza: a mayor dureza, mejor resistencia al desgaste.
La dureza y la resistencia a la tracción reflejan la capacidad del material para resistir la deformación, lo que influye directamente en la efectividad del sellado.
Además, la resistencia a la tracción y la elongación afectan el rendimiento de instalación de los sellos.
La resistencia a la tracción se expresa como el esfuerzo en el punto de rotura.
Para el caucho, este valor se mide normalmente al 100 % de elongación, ya que su curva tensión–deformación no sigue la ley de Hooke.
En cambio, los plásticos como el PTFE (politetrafluoroetileno) presentan un punto de fluencia, por lo que la resistencia se mide dentro del rango elástico antes del punto de fluencia.
La resistencia a la tracción y la elongación no están directamente relacionadas con la resistencia a la presión, pero si la resistencia a la tracción es inferior a 7 MPa, el material no es adecuado para sellos dinámicos.
Una baja resistencia a la tracción puede causar relajación de esfuerzos o deformación permanente, provocando fallos de sellado.
La elongación es el inverso de la rigidez del material, expresada como el porcentaje de alargamiento respecto a su longitud original.
El alargamiento permitido indica el máximo estiramiento sin causar daño o deformación permanente, lo que afecta directamente la facilidad de montaje del sello.
La elasticidad del material de sellado es crucial para mantener la hermeticidad del sello.
Gracias a ella, el material genera una fuerza de recuperación (resorte) después de la compresión.
Los sellos de tipo comprimido, como los anillos en O (O-ring), dependen precisamente de esa fuerza de recuperación para mantener la presión inicial del sello.
En los sellos de labio, como los anillos en Y, aunque el fluido contribuye al efecto de auto-sellado, en condiciones de baja presión puede haber fugas por desalineación de los componentes.
En esos casos, la elasticidad del material compensa la falta de contacto y mantiene la estanqueidad.
La elasticidad puede medirse mediante la fuerza de rebote: a igual deformación, mayor elasticidad implica mayor fuerza de recuperación.
Esta propiedad depende fuertemente de la temperatura.
Por ejemplo, el caucho NBR (nitrilo) presenta su mínimo de elasticidad entre -20 °C y +20 °C, mientras que el caucho de silicona mantiene su elasticidad en un rango de temperatura más amplio.
Los sellos obtienen su capacidad de estanqueidad gracias a una deformación controlada en su alojamiento.
Sin embargo, los cauchos sintéticos, al ser materiales viscoelásticos, pueden sufrir deformaciones permanentes tras un tiempo prolongado bajo compresión.
A medida que el sello permanece comprimido, la fuerza de sellado inicial disminuye, lo que eventualmente causa fugas.
Por eso, la resistencia a la compresión permanente es un indicador clave de la vida útil del sello.
La deformación permanente depende de la magnitud y duración de la carga, así como de la temperatura.
En condiciones normales, la deformación permanente es mínima cerca de la temperatura ambiente, pero aumenta tanto a bajas como a altas temperaturas.
En bajas temperaturas, el aumento de la deformación es reversible, causado por el congelamiento molecular temporal.
En cambio, a altas temperaturas, el proceso es irreversible, debido a cambios químicos en el material.
En el uso práctico, la compresión no debe superar el 30 % ni la elongación tras montaje el 5 %, para evitar fallos por deformación permanente.
Para los sellos dinámicos, la resistencia al desgaste es otro indicador clave de vida útil.
Se evalúa mediante pruebas de abrasión, midiendo la pérdida de material tras un tiempo determinado.
El desgaste real es un proceso complejo influido por la lubricación, la rugosidad superficial, la presión del medio, la carga, la distancia de deslizamiento, la velocidad y la temperatura.
Desde el punto de vista del material, la resistencia al desgaste se correlaciona con la dureza y la resistencia a la tracción:
mayor dureza y mayor resistencia significan mejor resistencia al desgaste.
En los sellos de movimiento lento, la fuerza de fricción puede causar irregularidades en el movimiento y afectar negativamente el rendimiento del sistema.
Por ello, el coeficiente de fricción es un parámetro importante en el diseño de sellos dinámicos.
El caucho sintético presenta un coeficiente de fricción relativamente alto, aunque en los sistemas hidráulicos esto depende de la lubricación del fluido.
Durante la operación, el sello suele trabajar bajo un régimen de lubricación mixta, donde el aceite o el lubricante modifican el valor del coeficiente.
Por ejemplo, el coeficiente de fricción dinámica del caucho NBR puede variar entre 0,5 y 3,0, dependiendo de las condiciones de prueba.
En aplicaciones neumáticas, donde la lubricación es escasa, la selección del material debe realizarse con especial precaución.
El coeficiente de fricción se relaciona inversamente con la dureza: materiales más duros presentan menor fricción.
En general, los plásticos tienen menor fricción que los cauchos, y el PTFE (teflón) posee el valor más bajo (0,04 sin lubricación).
Dado que la fricción depende también de la presión de contacto, velocidad y estado superficial, su medición directa es difícil.
En la práctica, se evalúa mediante la fuerza de fricción bajo condiciones estándar, o bien a través de la presión mínima de arranque, que sirve como indicador funcional.
Aunque los cauchos sintéticos presentan buena resistencia a la fatiga, los sellos sometidos a movimientos repetitivos o vibraciones pueden sufrir rotura por fatiga.
En los sellos neumáticos, donde se busca reducir la fricción mediante diseños más delgados y flexibles, una lubricación deficiente puede causar deformaciones repetidas y fatiga prematura del material.
Por ello, es esencial conocer la resistencia a la fatiga por flexión del material seleccionado.
La resistencia a la fatiga se mide mediante ensayos de flexión repetida, registrando el número de ciclos hasta la rotura y la velocidad de propagación de la grieta, lo que permite evaluar la durabilidad del material frente a esfuerzos cíclicos.
En resumen, la selección de materiales para sellos hidráulicos debe considerar de manera integral sus propiedades mecánicas, térmicas y tribológicas.
Las siete propiedades clave —dureza, resistencia a la tracción y elongación, elasticidad, deformación permanente, resistencia al desgaste, coeficiente de fricción y resistencia a la fatiga— determinan en conjunto la eficacia, durabilidad y fiabilidad del sellado hidráulico.
ES
EN
CN