En este tutorial analizaremos las peculiaridades de la formación de juntas con adhesivos y sus ventajas sobre el sellado tradicional por compresión.
El autor de este post es Antonio Conesa de Henkel Ibérica.
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La formación de juntas con adhesivos
En el montaje de bombas, como en el de cualquier equipo dinámico, al igual que en conducciones estáticas de fluidos a presión nos encontraremos con el reto de sellar bridas. Para ello es preciso emplear una junta o sellador.
Formación de juntas con adhesivos ha supuesto un aumento de fiabilidad y una mayor facilidad de trabajo tanto en fabricación de equipos como en mantenimiento industrial. Vamos a analizar el problema y el por qué del empleo de adhesivos como formadores de juntas.
Sellado de bridas. Clasificación de selladores
En toda brida que precise estanqueidad, será necesario colocar un material sellante que sea capaz de rellenar los huecos debidos a la falta de coincidencia entre los materiales. Son varias las posibilidades, y los selladores pueden clasificarse según el esquema siguiente:
La distinción fundamental en esta clasificación se basa en el tipo de sellado: por compresión o por adhesión.
Sellado por compresión
Es la manera tradicional de lograr estanqueidad, basada en el empleo de juntas sólidas. Una junta sólida comprimida mediante tornillos se deforma copiando las superficies de la brida y sus irregularidades, cerrando así los caminos a posibles fugas de producto.
Un sellado así depende absolutamente de la compresión de los tornillos y presenta numerosos problemas:
– Asentamiento de la junta
El material de la junta, al someterse a compresión, puede sufrir asentamiento, que no es más que una pérdida de elasticidad debida a deformación plástica o a ataque causado por el contacto con fluidos.
Esta pérdida de elasticidad, hace que disminuya el espesor de la junta comprimida y disminuya el estiramiento de los pernos, perdiendo parte de su tensión.
Fig. 1 – Asentamiento de una junta: menor espesor de junta y acercamiento de los pernos.
La pérdida de tensión puede conducir a fugas. La forma de solucionarlo es reapretando los pernos para recuperar la compresión. Este es uno de los problemas típicos de las juntas sólidas: la necesidad de reaprietes periódicos.
– Insuficiente copiado superficial
Las juntas precortadas requieren de un alto grado de compresión para poder copiar las irregularidades de las superficies. Si el acabado superficial es basto o la brida tiene ligeros daños o marcas, puede comprometerse el sellado.
Fig. 2 – El copiado superficial de una junta sólida es tan solo parcial.
– Desgaste de la junta por cargas laterales
Cuando la brida está sujeta a cargas laterales, pueden producirse desplazamientos relativos entre la junta y las superficies de la brida, produciendo desgaste de la junta (conocido como fretting o corrosión por frotamiento).
Estas cargas laterales pueden deberse a cargas mecánicas o a diferentes coeficientes de dilatación de los materiales de las dos bridas.
Fig. 3 – Desplazamientos en una unión embridada sellada con juntas sólidas debido a cargas laterales.
– Arqueo de la brida
Las juntas precortadas requieren un diseño óptimo para lograr un sellado efectivo. Si la rigidez de la brida es insuficiente o la distancia entre tornillos es excesiva, puede producirse el arqueo de la brida. En la zona más alejada de los tornillos no habría compresión suficiente para lograr un buen sellado.
Fig. 4 – Arqueo de la brida
Estos fenómenos por separado o combinados producen la pérdida de estanqueidad en tiempos más o menos largos dependiendo de su gravedad.
Ventajas del sellado de bridas con adhesivos
El uso de adhesivos como selladores de bridas elimina los problemas mencionados y aporta ventajas adicionales. Se basa en la aplicación de un adhesivo en la superficie de una de las bridas, y el montaje de la segunda brida con el adhesivo aún fresco.
De esta forma, el adhesivo, en estado líquido, fluye y copia perfectamente las irregularidades de ambas superficies. Posteriormente, el adhesivo cura, generando la junta perfecta a medida para la brida.
Fig. 5 – Comparación de junta adhesiva y junta de compresión.
El adhesivo rellena todas las irregularidades y copia perfectamente ambas superficies. La junta solo consigue un copiado parcial.
No hay problemas de asentamiento, ya que al apretar los pernos, el adhesivo, aún líquido, fluye y permite el contacto entre ambas bridas. El adhesivo simplemente rellena las irregularidades entre las superficies, pero no se encuentra comprimido por los tornillos, con lo que no hay posibilidad de asentamiento.
El sellado se produce por adhesión, no por compresión. El adhesivo se une fuertemente a las superficies de ambas bridas y proporciona un sellado mucho más eficaz que el sellado por compresión (mayor resistencia a presiones elevadas).
Al no depender de la compresión, el sellado es menos sensible a problemas de diseño como el arqueo de la brida o la falta de compresión en algunas zonas. Como regla general puede afirmarse que cualquier diseño que selle con una junta precortada, funcionará con mejores prestaciones al emplear una junta hecha con adhesivo. Para profundizar en recomendaciones de diseño, puede consultarse el manual Loctite Bridas Sin Fugas.
En cuanto al comportamiento frente a cargas laterales, el adhesivo no es un elemento pasivo como la junta, sino que está uniendo ambas bridas, haciéndolas funcionar como un todo solidario. Se puede decir que el adhesivo contribuye a absorber cargas cortantes y a eliminar el fretting antes mencionado.
Además de todas estas ventajas operativas, que se traducen en una mayor fiabilidad, hay otra razón que por sí sola justifica el cambio de las juntas sólidas por juntas adhesivas: el adhesivo elimina la necesidad de mantener un stock de juntas precortadas para cada diseño de brida.
Tanto en fabricación como especialmente en mantenimiento, resulta muy sencillo hacer cualquier junta disponiendo tan solo de un bote de adhesivo, por muy compleja e intrincada que sea la geometría, se puede “dibujar” la junta de una manera rápida y fácil.
Fig. 6 – Dibujando la junta.
Limitaciones en el empleo de adhesivos como formadores de juntas
Son fundamentalmente dos:
– Temperatura de trabajo.
– Resistencia química al fluido operativo.
Ambas dependerán de la tecnología adhesiva empleada.
Tecnologías adhesivas para sellado de bridas
Más adelante trataremos los adhesivos base acuosa o solvente así como las juntas curadas in situ. Por ahora nos centraremos en los adhesivos de más amplio uso como formadores de juntas: los adhesivos anaeróbicos y los adhesivos de silicona.
Adhesivos anaeróbicos: sellado de bridas rígidas
Los adhesivos anaeróbicos destacan por su resistencia química a casi todos los fluidos industriales, incluidos combustibles, aceites, disolventes, la mayoría de ácidos y álcalis, etc. La resistencia a temperatura se sitúa en el entorno de 200ºC.
Son productos de un solo componente, estables al aire, que endurecen al quedar confinados en ausencia de aire y en contacto con metal, con lo que resultan idóneos ya que se dispone de un amplio tiempo abierto para la dosificación y no curan hasta que no se produce el montaje.
Los excesos de adhesivo que puedan quedar en la parte interior en contacto con el fluido, no endurecen, y se disuelven por ejemplo en aceites sin causar problemas de obstrucción en los equipos.
A la hora de seleccionar un formador de juntas anaeróbico otros factores a tener en cuenta son:
– Velocidad de curado: En bridas grandes es preciso emplear productos de curado lento, para evitar que el adhesivo comience a curar parcialmente antes de haber completado el apriete de todos los pernos.
Esto puede dar lugar a un problema conocido como acuñamiento, producido por rotura del adhesivo parcialmente curado. Por otro lado, en fabricación y a menudo también en reparación, se busca un curado rápido para pruebas de presión o puesta en servicio de los equipos.
Ha de seleccionarse el producto con propiedades que se adapten a los requisitos de cada proceso o aplicación.
– Resistencia mecánica: los productos más fuertes aportan un mayor refuerzo frente a cargas laterales, importante para prevenir el fretting cuando la brida está sometida a altas cargas. Por otro lado, dificultan el desmontaje de las uniones, especialmente las de gran tamaño.
A menudo los diseños han de incluir elementos que faciliten el desmontaje (tales como resaltes para hacer palanca o tornillos elevadores). La rigidez del adhesivo contribuye a facilitar el desmontaje.
– Holgura: los adhesivos anaeróbicos se emplean exclusivamente en bridas metálicas rígidas y mecanizadas. Las holguras en la brida deberían ser mínimas, en todo caso inferiores a 0,25mm.
– Flexibilidad: cuando hay combinación de dos materiales distintos, o en bridas de metales de gran conductividad térmica como el aluminio, pueden producirse deformaciones locales debidas a diferencias de dilatación que hagan fallar prematuramente a los adhesivos más rígidos. Para estas situaciones es preciso recurrir a adhesivos con mayor flexibilidad.
En cuanto a la forma de aplicación los selladores anaeróbicos, son muy versátiles, pudiéndose aplicar como un cordón continuo o con rodillo. De forma manual o automática mediante robot. Incluso es posible trazar la junta sobre las piezas usando una plantilla de serigrafía.
Adhesivos de silicona: sellado de bridas rígidas y flexibles
La otra gran tecnología adhesiva para el sellado de bridas la constituyen los adhesivos de silicona.
Poseen una excelente resistencia térmica, en el entorno de 300ºC, pero su resistencia química es inferior a la de los adhesivos anaeróbicos (resultan adecuadas para el sellado de aceites y mezclas agua-glicol, pero no para el sellado de combustibles).
Tienen gran flexibilidad y capacidad de relleno de holgura, con lo que, además de sellar bridas rígidas, pueden usarse en otras más delgadas y deformables, incluso con superficies no mecanizadas, y sellan entre superficies tanto de metal como de plástico.
Mecánicamente son productos de media-baja resistencia, con lo que el aporte de resistencia a cortante es muy inferior al de un adhesivo anaeróbico.
En cuanto a la forma de curado, son productos que endurecen superficialmente al contacto con la humedad del aire, y este curado progresa hacia el interior mediante difusión de la humedad a través del polímero curado. Hay que entender bien esto para comprender la metodología de trabajo.
Se aplican casi exclusivamente en forma de cordón continuo. El tiempo transcurrido entre la aplicación del cordón de adhesivo y el montaje de la brida ha de ser el mínimo posible para evitar que se forme una piel en el cordón que impida la adhesión sobre el segundo sustrato.
Pero una vez ensamblada la brida, el tiempo necesario para apretar los pernos no resulta crítico, ya que el acceso a la humedad se ha restringido a los bordes de la brida, por tanto el problema del acuñamiento, tan crítico para los anaeróbicos, no existe para esta tecnología.
Uno de los principales problemas de la silicona es la posibilidad de que los excesos interiores de producto se desprendan y pasen al fluido, bloqueando conductos o produciendo desgaste en piezas móviles, cosa que no ocurre con el anaeróbico.
Es conveniente que los diseños de brida que van a ser sellados con silicona incluyan un chaflán o radio de acuerdo en la parte interior de la brida (donde va a haber contacto con el fluido). Su función es doble: por una parte, la de contener el exceso de producto y evitar que pueda desprenderse. Por otra parte se genera una zona con mayor espesor de producto, que es capaz de absorber grandes deformaciones sin que se produzca la rotura del adhesivo.
Las siliconas son capaces de sellar con garantías uniones muy problemáticas, como las uniones en T, en las que coinciden 3 superficies. Este tipo de uniones son difíciles de sellar con juntas o con selladores rígidos. La capacidad de relleno de holgura y de absorción de desplazamientos relativos de las siliconas hace que su comportamiento sea óptimo en estas uniones.
Fig. 7 – Aplicación de adhesivo de silicona en el sellado de una unión en T. En la zona de coincidencia de los 3 sustratos es preciso añadir mayor cantidad de producto.
Selladores base acuosa o solvente
Dentro de la clasificación inicial, mencionamos este grupo dentro de los selladores por adhesión. Se trata de pastas que curan por la evaporación de agua o de un disolvente, dejando un material que actúa a modo de junta.
– Pastas de sellado con disolvente: Refuerzo de juntas
Aunque en ocasiones pueden utilizarse por sí solas, es más frecuente encontrar este tipo de pastas selladoras, empleadas para reforzar el sellado de juntas sólidas. En ocasiones no es posible retirar la junta sólida ya que puede afectar a las tolerancias dimensionales de montaje del equipo.
En esos casos, puede mejorarse el sellado de la junta aplicando una pasta selladora en ambas caras de la misma. La pasta selladora aportará un mejor copiado superficial y relleno de holguras, mejorando las prestaciones y durabilidad de las juntas sólidas.
Fig. 8 – Aplicación de reforzador de juntas sobre una junta sólida.
– Pastas de sellado acuosas: sellado de alta temperatura
Dentro de este grupo existe una familia de selladores en base mineral. Además del curado por evaporación del agua, tienen un curado adicional por calor, produciendo un material sellante con excelentes prestaciones de resistencia a temperatura. Este tipo de sellante se emplea en aplicaciones por encima de 800ºC.
Juntas curadas in situ
Son un caso especial de junta de compresión fabricada con adhesivo. En ocasiones, en fabricación, en lugar de emplear una junta precortada, resulta más ventajoso trazar la junta con un adhesivo elástico directamente sobre la pieza.
Tras el curado del adhesivo elástico, queda una junta de está unida adhesivamente a una de las piezas, y en la otra brida actúa como una junta de compresión.
Este tipo de juntas se conocen como juntas CIP, y se fabrican fundamentalmente con silicona u otro adhesivo elástico.
La precisión en la aplicación ha de ser extrema (solo son viables con dosificación automática) ya que las irregularidades en el cordón producirían fugas. Suele además usarse adhesivos elásticos con curado por luz o por calor, para conseguir un rápido curado del cordón aplicado.
En ocasiones se inyecta gas sobre el adhesivo en el momento de su dosificación para producir un material elástico espumado capaz de sellar uniones con tolerancias dimensionales poco estrictas (como armarios eléctricos, etc).
Resumen y conclusiones
El empleo de adhesivos para formación de juntas simplifica los procesos y contribuye a fabricar equipos y componentes más fiables. Existen varias tecnologías de adhesivo que se adaptan a la mayoría de requisitos de fabricación o mantenimiento.
Lo resumimos un poco en el siguiente video…
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