Una junta es un sello mecánico que llena el espacio entre dos o más superficies en contacto, generalmente para evitar fugas desde o hacia los objetos unidos mientras están bajo compresión . Es un material deformable que se utiliza para crear un sello estático y mantener ese sello bajo diversas condiciones de funcionamiento en un conjunto mecánico. [1]
Las juntas permiten superficies de contacto "menos que perfectas" en las piezas de la máquina, donde pueden rellenar irregularidades. Las juntas se producen habitualmente cortando materiales en láminas. Dadas las posibles implicaciones de costo y seguridad de las juntas defectuosas o con fugas, es fundamental seleccionar el material de junta correcto para satisfacer las necesidades de la aplicación. [2]
Las juntas para aplicaciones específicas, como los sistemas de vapor a alta presión, pueden contener amianto . Sin embargo, debido a los riesgos para la salud asociados con la exposición al amianto, se utilizan materiales de juntas sin amianto cuando es posible. [3]
Por lo general, es conveniente que la junta esté hecha de un material que sea flexible hasta cierto punto, de modo que pueda deformarse y llenar firmemente el espacio para el que está diseñada, incluidas las pequeñas irregularidades. Algunos tipos de juntas requieren que se aplique un sellador directamente sobre 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 elásticas propias del metal (hasta pero sin pasar σ y , la resistencia al límite elástico del material ). Esto es típico de algunas "juntas de anillo" (RTJ) o algunos otros sistemas de juntas de metal. Estas juntas se conocen como juntas de tipo compresivo R-con y E-con. [4]
Algunas juntas se aplican y se curan en el lugar. Estos materiales se denominan juntas formadas en el lugar. [5]
Las juntas normalmente están hechas de un material plano, una lámina 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 implican pernos que ejercen una compresión de hasta 14 MPa (2000 psi ) o más. En términos generales, existen varias verdades que permiten un mejor rendimiento de la junta. Una de las más probadas es: "Cuanto mayor sea la carga de compresión ejercida sobre la junta, más durará".
Existen varias formas de medir la capacidad de un material de 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 de junta proporcionarán o publicarán los resultados de estas pruebas.
Las juntas vienen en muchos diseños diferentes según el uso industrial, el presupuesto, el contacto químico y los parámetros físicos:
Las juntas se pueden producir perforando la forma requerida de una hoja de material plano y delgado, lo que da como resultado una junta de hoja . Las juntas de hoja son rápidas y económicas de producir, y se pueden producir a partir de una variedad de materiales, entre ellos materiales fibrosos y grafito enmarañado (y en el pasado, amianto comprimido ). Estas juntas pueden cumplir varios requisitos químicos diferentes según la inercia del material utilizado. La hoja de junta sin amianto es duradera, de múltiples materiales y de naturaleza gruesa. Los 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. [2] Las aplicaciones que utilizan juntas de hoja involucran ácidos, productos químicos corrosivos, vapor o cáusticos suaves. La flexibilidad y la buena recuperación evitan la rotura durante la instalación de una junta de hoja. [6]
La idea detrás del material sólido es utilizar metales que no se pueden perforar a partir de láminas, pero que aún así son baratos de producir. Estas juntas generalmente tienen un nivel de control de calidad mucho más alto que las juntas de láminas y generalmente pueden soportar temperaturas y presiones mucho más altas. La desventaja clave es que un metal sólido debe comprimirse mucho para que quede al ras con la cabeza de la brida y evitar fugas. La elección del material es más difícil; debido a que se utilizan principalmente metales, la contaminación del proceso y la oxidación son riesgos. Una desventaja 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 futuras juntas. Aun así, estas juntas han encontrado un nicho en la industria.
Las juntas espirales están compuestas por una mezcla de material metálico y de relleno. [7] Generalmente, la junta tiene un metal (normalmente acero inoxidable o rico en carbono ) 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 en estas juntas actúa como elemento de sellado, mientras que 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 elevado.
La junta de asiento con tensión 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 (PTFE) expandido, vermiculita , etc.) adecuado para el fluido de proceso y la aplicación.
Las juntas con tensión de asiento constante reciben su nombre del hecho de que el perfil del anillo portador tiene en cuenta la rotación de la brida (deflexión bajo la 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 da como resultado 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 utilizado en juntas con tensión de asiento constante tiene en cuenta esta deflexión al crear el anillo portador para un tamaño de brida, una clase de presión y un material determinados, el perfil del anillo portador se puede ajustar para permitir que la tensión de asiento de la junta sea radialmente uniforme en 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 una tensión de asiento de la junta "constante" mientras está en servicio. Por lo tanto, la junta es inmune a los modos de falla de junta comunes 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 juntas con tensión de asiento constante es que (i) si las superficies de sellado de la brida son capaces de lograr un sello, (ii) los elementos de sellado son compatibles con el fluido de proceso y la aplicación, y (iii) se logra la tensión de asiento de la junta suficiente en la instalación necesaria para lograr un sello, entonces la posibilidad de que la junta tenga fugas en servicio se reduce en gran medida o se elimina por completo.
Las juntas de doble revestimiento son otra combinación de material de relleno y materiales metálicos. En esta aplicación, se fabrica un tubo con extremos que se asemejan a una "C" de metal con una pieza adicional hecha para encajar dentro de la "C", lo que hace 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. [8]
Las juntas Kammprofile (a veces escritas "Camprofile" debido a que su diseño se asemeja al perfil de un árbol de levas, que es un componente giratorio en los motores de combustión interna. [9] ) se utilizan en muchos sellos más antiguos, ya que tienen una naturaleza flexible y un rendimiento confiable. Las juntas Kammprofile funcionan al tener un núcleo corrugado sólido con una capa de recubrimiento 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, las juntas Kammprofile se pueden reparar 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.
Las juntas Fishbone son reemplazos directos de las juntas Kammprofile y Spiralwound. Están fabricadas completamente con máquinas CNC a partir de materiales similares, pero el diseño de las juntas ha eliminado las deficiencias inherentes. Las juntas Fishbone no se desenrollan durante el almacenamiento o en la planta. Los bordes redondeados no causan daños en las bridas. El "paso de tope" adicional evita que las juntas Fishbone se compriman o aplasten en exceso, lo que suele ocurrir con técnicas de torsión en caliente durante el arranque de la planta. Las espinas de la junta permanecen dúctiles y se ajustan a los ciclos térmicos y 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.
Una junta de brida es un tipo de junta diseñada para encajar entre dos secciones de tubería que están ensanchadas para proporcionar una mayor área de superficie.
Las juntas de brida vienen en una variedad de tamaños y se clasifican por su diámetro interior y su diámetro exterior.
Existen muchas normas sobre juntas para bridas de tuberías. Las juntas para bridas se pueden dividir en cuatro categorías principales:
Las juntas de chapa son sencillas, se cortan a medida con orificios para pernos o sin orificios para tamaños estándar con varios espesores y materiales adecuados al medio 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 diseñadas para funcionar bajo presiones extremadamente altas. Son anillos sólidos de metal en diferentes secciones transversales, como ovalados, redondos, octogonales, etc. A veces vienen con un orificio en el centro para la presión.
Las juntas espiraladas también se utilizan en tuberías de alta presión y están hechas con anillos exteriores e interiores de acero inoxidable y un centro lleno de 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 juntas espiraladas utilizarán dos espesores de junta estándar: 1/8 de pulgada y 3/16 de pulgada. Con juntas de 1/8 de pulgada de espesor, se recomienda la compresión a un espesor de 0,100 pulgadas. Para 3/16 pulgadas, comprima a un espesor de 0,13 pulgadas.
Junta blanda es un término que se refiere a una junta que se corta a partir de un material de lámina blanda (flexible) y que puede adaptarse fácilmente a las irregularidades de la superficie incluso cuando la carga del perno es baja. Las juntas blandas se utilizan en aplicaciones como intercambiadores de calor , compresores, válvulas de capó y bridas de tuberías.
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 del empaque de 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 genera una gran presión superficial entre la superficie de sellado y la ranura, las propiedades de mantenimiento son deficientes y no son adecuadas para su reutilización.
Muchas juntas contienen pequeñas mejoras para aumentar o inferir condiciones de funcionamiento aceptables:
La presión desigual puede deberse a diversos factores. En primer lugar, está el factor humano: la aplicación asimétrica de la precarga del perno puede provocar una presión desigual. En teoría, 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, al apretar los pernos sobre el momento de la brida, la brida se vuelve discontinua. Con conexiones asimétricas, las superficies de sellado se deformarán más o menos y la presión se reducirá, lo que provocará una 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.
Apriete los pernos en la brida. Debido a la vibración, los cambios de temperatura y otros factores como la relajación de la tensión de la junta en espiral, la tensión del perno disminuirá gradualmente, lo que provocará una pérdida de par y una fuga. En general, los pernos más largos y de diámetro más pequeño son mejores para prevenir la pérdida de par. Un perno largo y delgado es una forma eficaz de prevenir la pérdida de par. Calentar durante un cierto período de tiempo para estirar el perno y luego mantener un par determinado es muy eficaz para prevenir la pérdida de par. Cuando la junta es más delgada y pequeña, habrá una mayor pérdida de par. Además, evite la vibración fuerte de la máquina y la tubería en sí, y aíslelos de la vibración del equipo adyacente. Los impactos en la superficie de sellado no son insignificantes. No impactar los pernos apretados puede prevenir la pérdida de par.
Es importante realizar el acabado de sellado correctamente, de lo contrario, se producirán fugas. Una superficie demasiado lisa puede hacer que el material de la junta se salga por la fuerza de la presión. Una superficie que no esté mecanizada de manera plana puede generar vías de fuga. Una buena regla general es una superficie mecanizada a 32 RMS. Esto garantiza que la superficie sea plana, pero con un acabado superficial suficiente para que se adhiera a la junta bajo compresión.
En las juntas con núcleo de metal, ambos lados del núcleo están cubiertos con un sellador flexible y maleable. Hay juntas de metal reforzadas en la clase de presión de hasta 300. Un núcleo de metal fuerte evita las juntas de presión y un núcleo blando garantiza un sellado excepcional.
