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 . Es un material deformable que se utiliza para crear un sello estático y mantenerlo bajo diversas condiciones operativas 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 comúnmente cortando materiales laminados. Dado el costo potencial y las implicaciones de seguridad de juntas defectuosas o con fugas, es fundamental seleccionar el material de junta correcto que se ajuste a las necesidades de la aplicación. [2]
Las juntas para aplicaciones específicas, como sistemas de vapor de alta presión, pueden contener asbesto . Sin embargo, debido a los riesgos para la salud asociados con la exposición al asbesto, cuando sea práctico, se utilizan materiales para juntas sin asbesto. [3]
Generalmente es deseable que la junta esté hecha de un material que hasta cierto punto sea flexible de modo que sea capaz de deformarse y llenar herméticamente el espacio para el que está diseñada, incluyendo cualquier ligera irregularidad. Algunos tipos de juntas requieren que se aplique un sellador directamente a la superficie de la junta para que funcione correctamente.
Algunas juntas (de tuberías) están hechas completamente de metal y dependen de una superficie de asiento para lograr el sello; Se utilizan las características elásticas propias del metal (hasta pero sin pasar σ y , el límite elástico del material ). Esto es típico de algunas "juntas de anillo" (RTJ) o de algunos otros sistemas de juntas metálicas. Estas juntas se conocen como juntas de tipo compresivo R-con y E-con. [4]
Algunas juntas se dispensan y curan en su lugar. Estos materiales se denominan juntas formadas in situ. [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 en el rango de 14 MPa (2000 psi ) o más. En términos generales, existen varias perogrulladas que permiten un mejor rendimiento de las juntas. 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.
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 en una lámina de material plano y delgado, lo que da como resultado juntas en lámina . Las juntas de lámina son rápidas y económicas de producir y pueden fabricarse a partir de una variedad de materiales, entre ellos materiales fibrosos y grafito mate (y en el pasado, amianto comprimido ). Estas juntas pueden satisfacer varios requisitos químicos diferentes según la inercia del material utilizado. La lámina de junta sin asbesto es duradera, está hecha de múltiples materiales y es de naturaleza gruesa. Ejemplos de materiales son cauchos minerales, de carbono o sintéticos como EPDM, nitrilo, neopreno, natural o SBR Insertion, cada uno de los cuales tiene propiedades únicas adecuadas para diferentes aplicaciones. [2] Las aplicaciones que utilizan juntas de lámina implican ácidos, productos químicos corrosivos, vapor o cáusticos suaves. La flexibilidad y la buena recuperación evitan la rotura durante la instalación de una junta de lámina. [6]
La idea detrás del material macizo es utilizar metales que no se puedan perforar en láminas pero que sean 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 mucho para quedar 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 y oxidación del proceso 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 así evitar el sellado con futuras juntas. Aun así, estas juntas han encontrado un hueco en la industria.
Las juntas en espiral comprenden una mezcla de material metálico y de relleno. [7] 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. lado. Esto da como resultado capas alternas de masilla 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 mayor.
La junta de tensión de asiento constante consta de dos componentes; un anillo portador sólido de un material adecuado, tal 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 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 de tensión de asiento constante tiene en cuenta esta deflexión al crear el anillo portador para un tamaño de brida, clase de presión y material determinados, el perfil del anillo portador se puede ajustar para permitir que la tensión de asiento de la junta sea radialmente uniforme a través de 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 'constante' en el asiento de la junta mientras está en servicio. Por lo tanto, la junta es inmune a los modos de falla comunes 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 juntas de 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 del proceso y la aplicación, y (iii) la suficiente Si se logra la tensión del asiento de la junta durante la instalación necesaria para afectar 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 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", lo que hace que el tubo sea más grueso en los puntos de encuentro. El relleno se bombea entre la cáscara 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 fabricar con casi cualquier material que pueda convertirse en una lámina y luego se puede insertar un relleno. [8]
Las juntas Kammprofile (a veces escritas "Camprofile" debido a su diseño que 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. Los Kammprofiles funcionan teniendo 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 falla el grafito en lugar del núcleo metálico, Kammprofile se puede reparar en caso de inactividad posterior. Kammprofile tiene un alto costo de capital para la mayoría de las aplicaciones, pero esto se ve contrarrestado por una larga vida útil y una mayor confiabilidad.
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 durante el almacenamiento ni en la planta. Los bordes redondeados no dañan las bridas. El "paso de parada" agregado evita que las juntas de espina de pescado se compriman o aplasten en exceso, a menudo causado por técnicas de torsión en caliente durante el arranque de la planta. Los huesos de la junta permanecen dúctiles y se ajustan a los ciclos térmicos y a 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.
Una junta de brida es un tipo de junta hecha para encajar entre dos secciones de tubería que están abocardadas para proporcionar una mayor superficie.
Las juntas de brida vienen en una variedad de tamaños y se clasifican por su diámetro interior y exterior.
Existen muchas normas en juntas para bridas de tuberías. Las juntas para bridas se pueden dividir en cuatro categorías principales:
Las juntas de lámina 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 marinos y están diseñados para funcionar bajo presiones extremadamente altas. Son anillos macizos de metal en diferentes secciones transversales como ovalados, redondos, octogonales, etc. A veces vienen con un orificio en el centro para presionar.
Las juntas enrolladas en espiral también se utilizan en tuberías de alta presión y están hechas con anillos exterior e interior 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 juntas enrolladas en espiral utilizarán dos espesores de juntas 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 pulgada. Para 3/16 de pulgada, comprima hasta un grosor de 0,13 pulgada.
Junta blanda es un término que se refiere a una junta cortada de un material laminar blando (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 de la empaquetadura anular (RTJ) puede describirse como un flujo irregular en la ranura de la brida de sellado deformada debido a la carga de compresión axial. El sello coloreado (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 aptas para su reutilización.
Muchas juntas contienen mejoras menores para aumentar o inferir condiciones de funcionamiento aceptables:
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 al apretar los pernos en el momento de la brida, la brida se convierte en una discontinuidad. Con conexiones asimétricas, las superficies de sellado se deformarán más o menos y la presión se reducirá, la carga de funcionamiento será 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 enrollada en espiral, la tensión del perno disminuirá gradualmente, lo que provocará una pérdida de torsión y provocará una fuga. En general, los pernos más largos y de menor diámetro son mejores para prevenir la pérdida de torque. Un perno largo y delgado es una forma eficaz de evitar la pérdida de torsión. 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 sea más delgada y pequeña habrá mayor pérdida de torque. Además, evite fuertes vibraciones de la máquina y de la propia tubería, y aíslelos de las vibraciones del equipo adyacente. Los impactos sobre la superficie de sellado no son insignificantes. No impactar los pernos apretados puede evitar la pérdida de torque.
Es importante hacer que el sellado termine correctamente, de lo contrario se producirán fugas. Una superficie demasiado lisa puede permitir que el material de la junta explote bajo presión. Una superficie que no esté mecanizada en plano puede proporcionar vías de fuga. Una buena regla general es una superficie mecanizada a 32 RMS. Esto asegura que la superficie sea plana, pero con suficiente acabado superficial para morder la junta bajo compresión.
Con juntas recubiertas con núcleo metálico, ambos lados del núcleo están cubiertos con un sellador flexible y maleable. Hay juntas metálicas reforzadas en la clase de presión hasta 300. Un núcleo metálico resistente evita las juntas de presión y un núcleo blando garantiza una estanqueidad excepcional.
