Esta guía le ayudará a comprender cómo puede evaluar sus necesidades de juntas, lograr el porcentaje de compresión adecuado para su aplicación, los factores que afectan la compresión e incluso cómo puede evitar la deformación permanente de sus juntas en algunas aplicaciones. Continúe leyendo mientras descubrimos los secretos del porcentaje de compresión de las juntas de silicona.
¿Cuál es el porcentaje de compresión de la junta de silicona?
El porcentaje de compresión de la junta de silicona es la diferencia entre el grosor original de la junta y el grosor de la junta comprimida, dividida por el grosor original de la junta (antes de la compresión), expresada como porcentaje. Es una medida sencilla de cuánto se comprime una junta de silicona durante su uso.
El porcentaje de compresión de la junta de caucho de silicona puede servir como una buena guía para asegurar que no aplique una compresión insuficiente al instalarla . Y, lo que es aún más importante, también puede servir como guía para asegurar que no aplique demasiada compresión al sello.
La creencia generalizada es que cuanto más ajustada esté la junta de goma, mejor, pero este error común afecta negativamente a las propiedades mecánicas de la junta y puede provocar un rendimiento deficiente a largo plazo del sello en algunas aplicaciones.
¿Qué son las juntas de silicona?
Las juntas de silicona son sellos flexibles que se instalan y comprimen entre superficies de contacto para evitar que sustancias entren o salgan del espacio sellado. También se utilizan para mantener los niveles de presión dentro de espacios sellados.
Al comprimirse, una junta de silicona se adapta a las irregularidades de las superficies de contacto, rellenando surcos y arañazos. Esto crea una barrera mecánica que impide que las sustancias se desplacen de un lado a otro de las superficies.
Tradicionalmente, las juntas se fabricaban con amianto y caucho natural , pero las juntas de silicona se han vuelto cada vez más populares debido a propiedades como:
- baja toxicidad
- Baja inflamabilidad
- Buenas propiedades de aislamiento.
- Seguro para aplicaciones alimentarias y médicas.
- Buena resistencia al ozono, la luz ultravioleta y muchos productos químicos.
- Excelente rendimiento a altas y bajas temperaturas en comparación con juntas de caucho natural
Existen diferentes tipos de juntas de silicona que poseen una variedad de propiedades que las hacen adecuadas para diferentes aplicaciones. Algunos tipos de juntas de silicona incluyen:
- juntas troqueladasLas juntas de silicona troqueladas se producen utilizando un troquel y una prensa, lo que da como resultado cortes precisos y consistencia de una junta a la siguiente.
- juntas de fluorosilicona: Estas juntas ofrecen una resistencia superior a productos a base de petróleo como aceites, combustibles y refrigerantes en comparación con otras juntas de silicona. Estos pueden proporcionar un sello confiable en una aplicación automotriz o aeroespacial.
- Espuma de silicona juntas: Estas juntas son livianas y poseen buenas propiedades de deformación por compresión. Son más suaves que las juntas de esponja y pueden usarse para sellar, aislar y amortiguar.
- Esponja de silicona juntas: Esponja de silicona Se considera impermeable y puede soportar altas temperaturas. Su resistencia al desgarro y a la tracción superan a las de la espuma de silicona y también puede utilizar este tipo de junta para amortiguar y sellar en exteriores.
- Juntas de silicona maciza: Estas juntas no son tan suaves como sus contrapartes de espuma o esponja. Forman un buen sello a tasas de compresión más bajas y tienen variedades con durómetros de rango bajo y medio.
- Goma conductiva junta: Eléctricamente goma conductora Las juntas contienen partículas conductoras. Puede usarlos donde necesite un sello confiable junto con protección contra Interferencia electromagnética (EMI) e interferencia de radiofrecuencia (RFI).
- Grado alimenticio aprobado por la FDA juntas: Estas juntas de silicona están hechas de materiales que se consideran seguros para los alimentos. Pueden soportar el calor y no se degradan con los productos de limpieza. Estos serán vitales para usted si es un fabricante de bebidas o alimentos.
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Compresión en el diseño de juntas
Cuánto se puede comprimir una junta a lo largo de su espesor es un factor que se debe considerar cuando se diseña una junta. Es más probable que se produzcan fugas si una junta se comprime demasiado o muy poco.
Papel de la compresión en el sellado
Para que una junta selle correctamente las superficies de contacto, es necesaria cierta compresión. Al comprimirla, la junta sufre una deformación elástica y plástica que la obliga a rellenar las irregularidades que permitirían la fuga de un gas, líquido o polvo.
Si la compresión es insuficiente, la junta no rellenará las irregularidades lo suficiente como para evitar completamente una fuga. Sin embargo, una compresión excesiva también puede causar una deformación más permanente , lo que reduce la probabilidad de que la junta recupere su forma original y selle adecuadamente la próxima vez que se comprima.
Factores que influyen en la compresión de la junta
Varios factores afectan cuánto se puede comprimir una junta. Éstas incluyen:
- ¿Con qué fuerza se aprietan los pernos?
- Las propiedades del material utilizado para formar la junta.
- El diseño de las superficies de contacto.
Para lograr un buen sellado, los pernos de las bridas no deben estar ni demasiado apretados ni demasiado flojos. Si no se aprietan lo suficiente, las juntas no se deformarán lo necesario para formar un buen sellado entre las superficies de contacto. Sin embargo, si se aprietan en exceso, las juntas sufrirán una deformación permanente .
Una junta de silicona más blanda puede formar un mejor sellado, ya que requiere menos fuerza de compresión para adaptarse a las imperfecciones de las superficies de contacto. Sin embargo, estos materiales blandos tendrían dificultades para mantener el sellado bajo presiones elevadas.
Algunas bridas ofrecen una gran superficie para la junta, mientras que otras disponen de menos espacio. Las bridas con mayor superficie permiten el uso de juntas más anchas, que se comprimen más. Estas ofrecen un mejor sellado, pero ocupan más espacio y no son adecuadas para aplicaciones de baja presión.
Se pueden usar juntas con anchos más pequeños donde hay menos espacio pero no ofrecen los mejores sellos.
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Porcentaje de compresión de juntas de silicona: la ciencia
El porcentaje de compresión de la junta de silicona, comúnmente conocido como compresión de la junta de silicona, es una de varias guías que puede utilizar para evitar juntas con fugas. ¿Qué es esta métrica y cómo se calcula al apretar bridas?
Definición e importancia
El porcentaje de compresión de la junta de silicona es el porcentaje del espesor inicial de la junta de silicona que se ha reducido al ser comprimida.
Por ejemplo, si una junta de silicona de 2 mm tiene un porcentaje de compresión ideal de 30, su espesor ideal bajo compresión será de 1.4 mm. Su porcentaje de compresión en cualquier momento se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Si la junta de silicona de 2 mm anterior se comprimió hasta un espesor de 1.6 mm, su porcentaje de compresión se puede calcular de la siguiente manera:
La importancia de conocer el porcentaje de compresión de la junta de silicona es que puede ayudarle a determinar si ha aplicado suficiente compresión para formar un sello eficaz.
Al apretar tuercas o tornillos, es fácil suponer que cuanto más se aprieten, mejor será el sellado, pero esto puede dañar la junta.
Con la ayuda del porcentaje de compresión de la junta de silicona, puede medir periódicamente el grosor de la junta y utilizar la fórmula anterior para determinar cuándo se ha alcanzado la compresión adecuada.
Comportamiento material
Los isómeros, como el caucho de silicona y el caucho natural, son algunos de los mejores materiales para juntas. Su capacidad de estirarse o comprimirse varias veces su tamaño es útil, pero tienen otras características que conviene tener en cuenta al utilizarlos como materiales para juntas.
Viscoelasticidad en juntas de caucho de silicona
Una de las propiedades mecánicas del caucho de silicona se denomina viscoelasticidad. Esta propiedad puede contribuir a un mejor sellado, pero también puede comprometer la durabilidad del material de la junta.
La viscoelasticidad describe la capacidad de un material para exhibir simultáneamente un comportamiento viscoso y elástico al ser sometido a una fuerza. Esto significa que, bajo deformación, estos materiales presentan un comportamiento tanto sólido como líquido.
Cuando el caucho de silicona se fabrica con propiedades viscoelásticas , al ser sometido a una fuerza repentina, por ejemplo, al ser golpeado con un martillo, el material exhibirá una gran rigidez. ¡El martillo puede rebotar contra el material sin dejar marca!
Por otro lado, cuando se aplica una fuerza al mismo material durante un cierto período, este se deforma gradualmente hasta adoptar la forma que le impone dicha fuerza. El mismo material que rebota al ser golpeado con un martillo puede deformarse al presionarlo con un dedo durante un tiempo.
Cuando se elimina la fuerza deformante, el material rebota lentamente hasta recuperar su forma original.
Esta capacidad de deformarse gradualmente puede hacer que una junta de silicona forme un mejor sello a medida que "fluye" gradualmente para llenar las imperfecciones.
Por otro lado, en el contexto del porcentaje de compresión de las juntas de silicona, esta misma propiedad viscoelástica puede ser un problema . Al instalar la junta, es posible que deba aplicar suficiente compresión para lograr el porcentaje de compresión deseado.
Sin embargo, con el tiempo, el material de la junta puede deformarse aún más, lo que provoca diferencias en las medidas . La junta puede recuperar sus dimensiones originales al liberar la compresión, pero las diferencias dimensionales que aparecen horas después de la instalación pueden generar otros problemas.
Características tensión-deformación del caucho de silicona sometido a compresión
Las características tensión-deformación de los cauchos de silicona bajo compresión no son lineales, especialmente cuando pasa suficiente tiempo. La cantidad de tensión o deformación que presenta el caucho de silicona puede cambiar incluso bajo tensión constante.
Una forma de observar esto es cuando se atornilla inicialmente una junta de caucho de silicona . Al principio, resistirá más la compresión, lo que provocará que se introduzca más profundamente en los pequeños huecos e imperfecciones de las superficies de la brida.
Sin embargo, una hora después, el grado de este retroceso se habrá reducido en un porcentaje. Esto puede provocar un sellado deficiente y fugas.
Estas características de tensión-deformación del caucho de silicona se ven afectadas por varios factores, entre ellos:
- Composición del caucho de silicona utilizado.
- Tasa de deformación, es decir, el período durante el cual actúa la tensión.
- Condiciones ambientales, por ejemplo, temperatura y humedad.
- Exposición a ciertos químicos
Estos factores pueden provocar que la goma de silicona se ablande y sufra mayor tensión, incluso cuando esta es constante. En un caso , en condiciones de 0% de humedad relativa, la goma de silicona se volvió más rígida y requirió mayor compresión para alcanzar los mismos niveles de deformación.
Este complejo comportamiento tensión-deformación puede afectar el porcentaje de compresión de la junta de silicona, especialmente si las condiciones durante la instalación son muy diferentes de las condiciones durante la operación.
Rangos de compresión óptimos
No existe una única respuesta sobre cuánta compresión se debe aplicar a una junta . La compresión ideal dependerá de las características específicas de cada aplicación. Sin embargo, se suele coincidir en que el punto óptimo de compresión se sitúa entre el 35 % y el 40 %, tanto para cauchos de silicona esponjosos como sólidos.
Buscamos alcanzar este punto óptimo, pero no garantizamos que obtengas los resultados deseados dentro de este rango. En cualquier caso, se recomienda no superar el 50 % de compresión. El límite inferior es más variable y puede ser del 10 %, 15 % o incluso 25 %.
El porcentaje de compresión no solo afecta la calidad del sellado que proporciona la junta, sino que también determina su vida útil. Cuando el porcentaje de compresión es superior a los valores óptimos, existe una mayor probabilidad de que la junta falle prematuramente.
Cuando las juntas de silicona se someten a compresión, experimentan deformación tanto elástica como plástica . Cuanto mayor sea el porcentaje de compresión, mayor será la deformación plástica.
La parte de la deformación que se debe a la elasticidad del material se recuperará cuando se elimine la carga de compresión. Sin embargo, la deformación plástica es permanente y es por esto que tu junta sólo recuperará un porcentaje de su espesor inicial pero no todo.
Una deformación plástica excesiva puede provocar un sellado deficiente en aplicaciones donde la tensión es periódica en lugar de constante. Esto se debe a que dichas aplicaciones dinámicas requieren que el material recupere parte de su espesor inicial periódicamente para mantener el sellado.
Un porcentaje de compresión más alto también puede hacer que el material de la junta se rompa o se rompa, volviéndolo rápidamente ineficaz.
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El papel del conjunto de compresión
La deformación permanente por compresión es un factor clave para determinar si un material es adecuado para juntas. Las pruebas de deformación permanente por compresión se utilizan habitualmente para medir el rendimiento de sellado de los compuestos para juntas tóricas.
Se puede utilizar para comparar rápidamente la durabilidad esperada de diferentes materiales cuando una aplicación presenta cargas de compresión cíclicas.
¿Qué es un juego de compresión?
En términos generales, la deformación permanente por compresión es un parámetro que cuantifica la capacidad de un material para recuperar su forma original tras ser comprimido. En el caso de una junta de silicona, la deformación permanente por compresión se puede utilizar para expresar la cantidad de espesor que se ha perdido de forma permanente tras ser sometida a una fuerza de compresión.
La deformación permanente por compresión de un material es importante porque indica si su elasticidad es suficiente para un uso fiable en una aplicación específica. Se prefiere una menor deformación permanente por compresión, ya que implica que el material se recupera mejor y tendrá mayor durabilidad en aplicaciones con cargas de compresión cíclicas.
Conjunto de compresión VS. Porcentaje de compresión de la junta de silicona
Las pruebas de compresión A y B miden la capacidad de recuperación de un material de junta tras haber sido sometido a una fuerza de compresión y haber permanecido así. La prueba A consiste en someter el material a una fuerza constante, mientras que la prueba B consiste en comprimirlo hasta el 75 % de su espesor inicial.
El porcentaje de compresión de la junta es el porcentaje de la diferencia de espesor entre la junta original y la junta comprimida.
Para calcular el conjunto de compresión B, el porcentaje de compresión de la junta de silicona se establece en 25% de forma predeterminada. Esto significa que puede trabajar hacia atrás utilizando la fórmula del porcentaje de compresión para identificar el espesor bajo compresión.
Por ejemplo, supongamos que tengo una pieza de caucho de silicona de 1.5 mm de espesor. En ese caso, puedo usar la fórmula del porcentaje de compresión anterior para determinar el espesor bajo compresión necesario para la prueba, como se muestra a continuación.
El resultado de la operación anterior, 1.125, es el 75% de 1.5 mm.
¿Qué significa en la práctica una serie de alta compresión?
Es menos probable que los materiales con una alta deformación por compresión recuperen una porción significativa de sus dimensiones originales después de que se elimina la fuerza de compresión. Esto indica poca resiliencia y dichos materiales pueden desarrollar espacios y fugas antes si se usan como sellos.
En aplicaciones que implican cargas cíclicas, una junta estará sometida a diferentes esfuerzos de compresión en distintos momentos. Un material con menor deformación permanente se comprimirá cuando el esfuerzo de compresión sea alto y recuperará la mayor parte de su espesor original cuando el esfuerzo de compresión disminuya . Es menos probable que quede un espacio entre la superficie de contacto y la junta.
Sin embargo, un material de mayor compresión se comprimirá pero recuperará menos de su espesor original cuando se reduzca la tensión de compresión. Esto significa que cuando la carga es cíclica, se pueden formar espacios más rápidamente entre la superficie de contacto y la junta.
Esto no significa que las juntas de alta compresión no tengan utilidad. Son muy adecuadas para su uso en equipos electrónicos y otras aplicaciones con compresión permanente.
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Factores que afectan el porcentaje de compresión
No basta con conocer el porcentaje de compresión ideal de un material. Varios factores pueden limitar la cantidad de compresión que se puede aplicar, incluido el grosor de la junta, las superficies de las piezas metálicas que se unen y el entorno operativo de la junta.
Grosor de la junta
Generalmente se recomienda usar una junta más delgada, si es posible. Las juntas más delgadas tienen menos probabilidades de tener fugas, de reventarse, son más económicas y experimentan menor relajación por fluencia. Sin embargo, una compresión del 20 % en una junta más gruesa puede sellar más imperfecciones que la misma compresión en una junta más delgada.
Por lo tanto, una junta más delgada puede requerir un mayor porcentaje de compresión para proporcionar un sellado adecuado, y en algunos casos, incluso esto no es suficiente. La decisión sobre el mejor espesor de junta se basa en muchos factores que giran en torno a la aplicación específica. Estos incluyen:
- Espesor de la brida
- Diámetro de la brida
- Presión interna sobre la junta durante el funcionamiento.
- Presencia de daños en la brida.
En algunas aplicaciones, los espacios reducidos pueden requerir un espesor final específico. Esto significa que la junta tendría que tener un tamaño específico cuando se comprima. El espesor de la junta elegido tendría que tener en cuenta el porcentaje de compresión para evitar exceder las tensiones de compresión máximas.
Acabado de la superficie de la brida
Las superficies de las bridas suelen presentar un acabado liso o dentado. El tipo de acabado afecta tanto el tipo de material de la junta como el porcentaje de compresión de la junta que se necesita para conseguir un buen sellado.
En comparación con un acabado liso, un acabado dentado ofrece mayor resistencia al material de la junta. Esta fricción entre el material de la junta y las superficies de la brida dificulta que la junta se desplace y provoque una fuga, incluso con un porcentaje de compresión menor.
Es una práctica común utilizar superficies de sellado dentadas en aplicaciones que presentan altas temperaturas y altas presiones. Este tipo de acabados deben combinarse con juntas blandas, como las de silicona, que pueden deformarse más fácilmente y entrar en las ranuras para un sellado superior.
También puede combinar una junta de silicona suave con una brida con un acabado liso en aplicaciones de baja presión y baja temperatura. Sin embargo, las superficies de contacto con un acabado liso suelen combinarse con juntas duras o metálicas.
Temperaturas operativas
Cuando el caucho de silicona se calienta a una temperatura de alrededor de 150 °C (300 °F), es posible que no haya diferencias significativas en su comportamiento a compresión. Sin embargo, a unos 200 °C (392 °F), el caucho de silicona comenzará a endurecerse. Una junta también puede hincharse y cambiar de forma.
Esta mayor deformación a temperaturas más altas puede combinarse con una recuperación más pobre. Esto significa que el material tendría deformaciones por compresión más altas.
Las temperaturas muy bajas también pueden provocar una menor compresibilidad del caucho de silicona. Estos cambios en la compresibilidad del caucho de silicona a ciertas temperaturas pueden reducir la eficacia de la junta.
Para garantizar que el sellado no se vea afectado significativamente por las variaciones de temperatura, puede tomar medidas como las siguientes:
- Conocer las temperaturas a las que estará expuesta su junta durante el funcionamiento.
- Elegir el material de junta adecuado, especialmente para aplicaciones de alta y baja temperatura.
- Garantizar la instalación adecuada de la junta, incluida la elección del porcentaje de compresión adecuado para adaptarse a la expansión y contracción de las piezas metálicas inducida por la temperatura.
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Conclusión
Cuando instala una junta de silicona nueva, una de las preguntas que probablemente se haga es cuánta compresión necesita para formar un sello hermético. Esta es una pregunta que puede responderse parcialmente utilizando el porcentaje de compresión de la junta de silicona.
Si bien existe un rango ideal de valores de porcentaje de compresión, existen otros factores que determinan la cantidad de compresión necesaria para obtener un sello resistente al paso del tiempo. Estas propiedades incluyen el material de la junta, la suavidad de las superficies de contacto, las temperaturas de operación, entre otras.
Esta guía es un buen punto de partida, pero sin duda es útil hablar con un experto para analizar sus necesidades específicas de juntas y así poder tomar una mejor decisión cuando necesite una junta de silicona.
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