Cómo los avances en materiales han mejorado los sellos y aumentado la vida útil de las juntas

Aaron Larson

La mayoría de la gente probablemente no piensa en las juntas muy a menudo. Sin embargo, cosechan los beneficios proporcionados por las juntas todos los días de sus vidas. Desde la electricidad que utilizan, producida por centrales eléctricas que tienen literalmente miles de juntas instaladas, hasta los automóviles que conducen y el agua corriente que beben y en la que se bañan, las juntas soportan casi todos los aspectos de la vida moderna.

El término junta se puede definir como un material o una combinación de materiales sujetos entre dos piezas separables de una junta mecánica, como una válvula o una brida de tubería. Su función es crear un sello entre las piezas y mantener el sello por un período prolongado de tiempo. Francamente, sin juntas, la mayoría de los equipos no podrían funcionar, al menos no por mucho tiempo. Cada sistema que contiene un líquido o gas requiere sellos, y las juntas son uno de los principales productos utilizados para mantener los fluidos dentro y los contaminantes fuera.

En el libro Gaskets and Gasketed Joints, editado por John H. Bickford y publicado en 1998 por CRC Press (una editorial de Taylor & Francis Group), Daniel E. Czernik proporcionó una breve historia de las juntas. Escribió: "Las juntas se han utilizado desde el advenimiento de la revolución industrial hasta el período de la máquina de vapor y desde el comienzo de la evolución del motor de combustión interna. Desde el advenimiento del motor de combustión interna, casi todos los materiales imaginables, desde materiales extremadamente duros a extremadamente suave, ha sido (y sigue siendo) utilizado para juntas, incluyendo cuero, papel, metal, corcho, caucho, esponja y plástico".

A mediados del siglo XIX, el desarrollo de la vulcanización permitió que el caucho se convirtiera en un material común para juntas. A principios de la década de 1900 (Figura 1), la proliferación del uso de asbesto en productos de todo tipo se extendió a las juntas, ya que el material era muy resistente al calor, al desgaste, a los álcalis y a los ácidos, además de tener una gran flexibilidad, todo Propiedades deseables para sistemas de sellado de larga duración.

Czernik contó una anécdota interesante en su historia de las juntas. Explicó que la falla de las juntas, particularmente de las juntas de la cabeza del motor, a menudo era la causa de que los autos de carreras no terminaran las 500 Millas de Indianápolis en las décadas de 1920 y 1930. "Después de un par de cientos de millas, la pista se volvió tan resbaladiza por la fuga de aceite que los conductores sintieron que estaban conduciendo sobre hielo", escribió.

Hoy en día, las juntas del motor son extremadamente fiables. Muchos propietarios de automóviles nunca han experimentado una falla en la junta de la cabeza, algunos durante décadas de conducción. De hecho, no es raro que un motor diesel de servicio pesado en un semirremolque viaje más de un millón de millas antes de requerir el reemplazo de la junta de la cabeza. Basado en una operación impresionante como esa, es obvio que años de investigación y desarrollo han dado sus frutos en juntas mucho mejores.

Czernik señaló que el corcho fue uno de los primeros materiales utilizados en las juntas. A lo largo de los años, el corcho se combinó con polímeros para crear compuestos que proporcionaron mejores sellos. El papel ha sido otro material común utilizado en las juntas. Las fibras utilizadas en las juntas de papel han sido comúnmente celulosa. Con el tiempo, los fabricantes mejoraron las juntas de papel saturando las fibras con glicerina y pegamento animal, tratando la mezcla con formaldehído y secándola en un horno. El producto, conocido como "fibra tratada", todavía se usa ampliamente en la actualidad.

Jörg Latte, otro colaborador de Gaskets and Gasketed Joints, escribió en el libro: "Las juntas planas para la industria en el sentido moderno fueron inventadas por el ingeniero austriaco Richard Klinger hace unos 100 años [ver recuadro], a base de amianto y caucho. Debido a su éxito, estos primeros productos atrajeron a numerosos imitadores, y pronto estuvieron disponibles muchos materiales de varias calidades".

Latte sugirió que la gran cantidad de opciones disponibles creaba confusión, lo que llevó a algunos inventores a buscar "una junta universal adecuada para todas las aplicaciones". Sin embargo, Latte explicó: "Dichas juntas no existen ni pueden existir". Más bien, sugirió que el objetivo de desarrollar una junta universal solo puede abordarse marginalmente aumentando los rangos de aplicación de los materiales de la junta.

"Un ingeniero industrial y usuario de juntas siempre debe convertirse en juntas deficientes; solo hay una selección correcta o incorrecta de una junta para una aplicación determinada, ya que muchos otros parámetros juegan un papel en este asunto".

La revista POWER ha estado cubriendo nuevas tecnologías e informando sobre las mejores prácticas de la industria energética durante 140 años. Fundada en 1882, la publicación ha publicado innumerables artículos técnicos sobre temas de todo tipo, incluidas piezas centradas en juntas. Aunque se pueden encontrar casos de muchos números en los archivos de POWER, los siguientes son un par de ejemplos extraídos de artículos publicados hace más de 110 años.

En la edición del 11 de junio de 1912 de POWER, la "Junta Devo" (Figura 2) se presentó en un breve artículo. La junta fue fabricada por Goetze Gasket & Packing Co., en Brunswick, Nueva Jersey. El artículo explicaba que la junta estaba destinada a altas y bajas presiones, así como a vapor sobrecalentado. Consistía en "una junta de acero corrugado completamente incrustada en una cubierta de asbesto, que está grafitada en todas partes. La junta tiene 1/8 de pulgada de espesor, pero se puede comprimir a 1/16 de pulgada". El artículo continuaba: "Al estar profundamente corrugado, esta junta hará una unión hermética al vapor incluso cuando la superficie de la brida sea inusualmente áspera". Sorprendentemente, todavía existen juntas de diseño similar en la actualidad.

En un artículo publicado en la edición del 13 de febrero de 1912 de POWER, se abordó el tema del corte y la instalación adecuados de las juntas. "Los dos puntos principales con respecto a un buen trabajo de empaque son cortar el empaque y colocarlo en su lugar", escribió Scott Norton de Springfield, Ohio.

Con respecto al corte del empaque de láminas, Norton explicó: "Está bien colocar el empaque contra la brida y golpearlo ligeramente con el martillo para marcarlo, pero de ningún modo golpee lo suficientemente fuerte como para cortar el empaque; use el cuchillo para eso, cuando el martillo lo rompe. Para ahorrar tiempo, los hombres a veces abren los orificios para pernos con el extremo del martillo del maquinista. Esta es una mala práctica y es la causa de muchos reventones en los orificios para pernos".

El artículo explica además: "Tan importante como cortar la junta y colocarla en su lugar es colocar los pernos con las tuercas". Norton escribió: "Simplemente mire a un ingeniero de primera clase que se acerca a los pernos de la culata de cilindros de su motor o a la caja de vapor cuando los reemplaza. Observe con qué cuidado los aborda todos, poco a poco, prestando especial atención a cada uno de ellos". a medida que la tarea está casi terminada. Uno o dos pernos no se someten a una tensión severa mientras que el resto se lleva a la tensión adecuada, pero la presión se divide por igual y gradualmente en todos ellos. La inclinación a apretarse primero en uno perno, luego siga con el siguiente, y así sucesivamente, es la causa de muchos reventones en los orificios de los pernos".

Una última lección compartida en el artículo involucraba el costo. El artículo dice: "La parte más económica de cualquier junta es su costo original; colocarla es la parte costosa". Quizás lo más sorprendente es que estas lecciones todavía resuenan hoy, más de 110 años después de haber sido publicadas en las páginas de la revista POWER. Esto solo demuestra que las buenas prácticas de ingeniería son atemporales.

Czernik explicó que la fabricación de juntas de papel pasó por una "gran revolución" después de la Segunda Guerra Mundial con la introducción del proceso batidor-añadir (BA). "En este proceso, los elastómeros, las fibras y los rellenos se mezclan con agua en una suspensión. Luego, la suspensión se deposita en una cinta transportadora y se extrae el agua. Después de calentar, el revestimiento BA está listo para convertirse en juntas", dijo. escribió.

Los cauchos BA incluyen nitrilos, estirenos, acrílicos, fluorocarbonos y otros. Czernik señaló que las mezclas de cauchos son comunes. "Posteriormente, las juntas compuestas que incorporan materiales de revestimiento agregados por batidor y un núcleo de refuerzo de acero sólido o perforado se convirtieron en los productos dominantes para sellar diversas aplicaciones de juntas de motor", escribió.

Después de que se reconoció ampliamente que el asbesto aumenta el riesgo de varias enfermedades graves, como la asbestosis, el mesotelioma y el cáncer de pulmón, muchos gobiernos comenzaron a restringir su uso. Según la Secretaría Internacional para la Prohibición del Asbesto, 67 países ahora han prohibido el asbesto, incluidos todos los países de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE), excepto Costa Rica, México y los EE. UU. Incluso China ha prohibido el asbesto.

Como resultado de las restricciones, muchos fabricantes de materiales trabajaron intensamente para desarrollar alternativas al asbesto. Con una gran cantidad de recursos detrás de ellos, han tenido un gran éxito. Hoy en día, los materiales comprimidos sin asbesto están disponibles que consisten en fibras sin asbesto, como fibra de vidrio o fibras de aramida, combinadas con caucho. Esta formulación ha demostrado tener muy buen rendimiento de temperatura y presión y, a menudo, sirve como un reemplazo adecuado para los materiales que contienen asbesto.

Hay docenas de diferentes materiales de juntas disponibles para cumplir con las especificaciones de diseño de ingeniería para casi cualquier sistema de planta de energía. Los siguientes son algunos de los tipos de juntas generales que existen:

■ Materiales de caucho esponjoso de celda cerrada. ■ Sin amianto comprimido. ■ Corcho. ■ Aislamiento eléctrico. ■ Blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI) e interferencias de radiofrecuencia (RFI). ■ Fieltro. ■ Materiales de alta temperatura. ■ Aleación de metal. ■ Materiales de caucho esponjoso de celda abierta. ■ Plásticos. ■ Compuestos de moldeo de caucho. ■ Caucho. ■ Semimetálicos (Figura 3).

Entre los materiales comunes y los nombres de los productos utilizados en algunos de los tipos de juntas enumerados anteriormente se encuentran: butilo, celulosa, coméricos, insertados en tela, elastómeros, EPDM (monómero de etileno propileno dieno), grafito flexible, Formex, HDPE (monómero de alta densidad). Polietileno), Hitex, Hypalon, Látex, LDPE (Polietileno de Baja Densidad), Mylar, Neopreno, Nitrilo, Nomex, Nylon, Fenólico, Poliéster, Poliuretano, PTFE (Politetrafluoroetileno), PVC (Cloruro de Polivinilo), Silicona, UHMW (Ultra High peso molecular), uretano, vinilo, vitón, fieltro de lana y otros.

Según Latte, las propiedades más importantes para los materiales de sellado son:

■ Capacidad de carga. ■ Sellabilidad. ■ Comportamiento elástico de un material de sellado. ■ Capacidad de resistencia química frente a medios.

Latte señaló que la resistencia a la tracción de un material "no es de particular importancia para la consideración de la calidad, porque generalmente no se ejercen fuerzas de tracción sobre una junta, solo fuerzas de presión". No obstante, sugirió que la determinación de la resistencia a la tracción es importante para fines de producción porque "es un método simple y rápido para demostrar la estabilidad y la reproducibilidad de la producción. Otros métodos, aparte de la determinación de la compresibilidad y la recuperación, consumen demasiado tiempo y son demasiado costosos". utilizarse para controlar la calidad de la producción", escribió Latte.

Cuando se trata de elegir el mejor material de junta para usar en una aplicación determinada, a menudo es mejor consultar con un experto. Se deben evaluar varios factores para garantizar que el material elegido sea apropiado para el propósito previsto. Algunas de las consideraciones clave son:

■ Temperatura. ¿Qué rango de temperatura debe soportar? ■ Presión. ¿Qué rango de presión debe soportar? ■ Medios. ¿A qué fluidos o materiales estará expuesto? ¿Son abrasivos o corrosivos? ■ Exposición a los rayos ultravioleta y al ozono. ¿Estará expuesto a la luz solar y al ozono? ■ Normas del producto. ¿Está sujeto a algún requisito de producto específico de la industria? ¿Necesita propiedades de blindaje EMI? ■ Estándares de la industria. ¿Está sujeto a otras normas específicas de la industria?

Si bien existen múltiples razones por las que es posible que sea necesario reemplazar una junta, la más común es después de que se haya desmontado un sistema o componente para su mantenimiento. Es entonces cuando tener un proveedor confiable que pueda proporcionarle la junta que necesita, cuando la necesita, es fundamental. Una empresa que ha proporcionado juntas a la industria energética durante 75 años es Lamons. La empresa fue fundada en 1947 por WA Lamons y desde entonces ha estado distribuyendo juntas de calidad a las industrias petroquímica y de petróleo y gas. Lamons también ha apoyado a clientes en los sectores militar, de pulpa y papel, alimentos y bebidas, agua y aguas residuales, generación de energía y farmacéutico de EE. UU.

Con sede en Houston, Texas, Lamons se ha convertido en uno de los mayores fabricantes privados de juntas, sellos, pernos y conjuntos de mangueras del mundo. Su crecimiento ha sido impulsado en parte por la adquisición. En 1985, Lamons adquirió Richard Gasket Company y unos años más tarde, en 1988, se hizo cargo de Packing and Gasket Engineering. La empresa compró Industrial Bolt and Gasket, una empresa con sede en Beaumont, Texas, en 1997. En 2010, Lamons adquirió South Texas Bolt and Fitting, lo que convirtió a la empresa en uno de los fabricantes de sujetadores especializados más capaces del mundo.

IsoTek se compró en 2012, lo que agregó juntas de aislamiento, manguitos y arandelas a la cartera de productos de la empresa. Con la adición de mangueras en 2016, Lamons cumplió su visión de liderar los mercados mundiales en soluciones de sellado y fijación de seguridad. En 2019, Lamons pasó a formar parte de la familia First Reserve, una firma de inversión de capital privado líder a nivel mundial centrada exclusivamente en la energía.

Lamons tiene una planta de fabricación en Houston con un total de 300 000 pies cuadrados, que incluye una adición de 64 000 pies cuadrados (Figura 4) construida durante la pandemia de COVID, y tiene otra instalación de 30 000 pies cuadrados en Denver, Colorado, dedicada específicamente a la línea de productos de sellado y aislamiento IsoTek de la compañía.

"Un punto fundamental de nuestro éxito llegó cuando decidimos crear una experiencia única para nuestros clientes", dijo Kris Beezley, vicepresidente senior de Desarrollo de Negocios Estratégicos de Lamons. "En lugar de solo producir juntas, ampliamos nuestra oferta de productos para incluir sujetadores estándar y especiales, y ensamblaje de mangueras, lo que nos permitió brindar soluciones totales para nuestros clientes".

A lo largo de las últimas siete décadas, Lamons se ha enorgullecido de la mejora continua y la innovación para servir mejor a sus clientes e industrias. Una piedra angular para lograr esto ha sido su filosofía de atención al cliente superior en todo el mundo con sucursales en América del Norte, Europa y Asia que brindan productos de calidad con un servicio más rápido y entregas a tiempo.

El CEO de Lamons, Marc Roberts, sugirió que el enfoque de la empresa en servir a los clientes es lo que realmente diferencia a la empresa de otros proveedores (Figura 5). Señaló que las refinerías y las plantas petroquímicas podrían perder millones de dólares en ingresos si una unidad tiene que permanecer fuera de línea incluso por un período corto de tiempo porque está esperando que se entregue una junta de $20 o un perno de $5. Él sabe que lo mismo es cierto para las plantas de generación de energía eléctrica.

"En lo que realmente nos hemos enfocado es en aumentar nuestros niveles de servicio, de modo que estemos allí las 24 horas del día, los 7 días de la semana, independientemente de si es feriado o no, no nos importa. Nos aseguramos de que nuestros clientes permanecerán en línea y que nuestro producto no será el impedimento de por qué tienen un problema de tiempo de inactividad", dijo Roberts.

Beezley dijo que una de las palabras de moda que ha escuchado recientemente es "glocal", que combina global y local. Si bien sabe que se pueden obtener beneficios al trabajar con un proveedor global, que es Lamons, también se pueden obtener beneficios de las empresas con un toque local que ofrecen un servicio personalizado.

"La gente está buscando proveedores localizados, y están buscando proveedores que se comprometan mucho más a encontrar soluciones creativas en torno a cosas como el inventario administrado por el proveedor o los programas VMI, por ejemplo. Estos pueden incluir la gestión de repuestos en consignación o la búsqueda de una asociación en la que mantenemos material disponible para ayudar a los clientes a ser más competitivos", explicó Beezley.

No es un secreto que las cadenas de suministro han sido desafiadas en los últimos años, principalmente debido al COVID-19, pero también más recientemente debido a las sanciones a Rusia como resultado de la guerra en Ucrania. "Mucho material venía de Europa del Este y China", dijo Beezley. "Todo esto se ha transformado en conjunto, donde, para mantenerse al día con el lado de la demanda, las empresas no pueden seguir teniendo plazos de entrega de cinco o seis meses para satisfacer sus demandas de producción. Creo que ha cambiado o empujado mucho ese requisito hasta el subproveedor en el mercado de la cadena de suministro, y creo que eso es lo que ha hecho que Lamons sea mucho más relevante como proveedor nacional para el mercado de energía eólica de América del Norte, por ejemplo, y realmente para la generación de energía en general".

"Fabricamos el 78 % de todo lo que vendemos en todo el mundo aquí en Houston [Figura 6]", dijo Roberts a POWER. "No somos un distribuidor. Somos un fabricante directo y vendemos directamente a los clientes. De hecho, actualmente vendemos a los distribuidores".

"La industria ha pivotado aquí", dijo Beezley. "Hace un par de años, la gente básicamente buscaba el costo más bajo. Era lo único que importaba para mucha gente, lo que los llevó a proveedores en China o India o en algunos de esos lugares. Ahora, no ha sido así". hecho un giro completo de 180, pero ha comenzado a ir en una dirección diferente. La gente pagará una prima por un mejor servicio al cliente o por tener programas de consignación o VMI. Eso no estaba realmente sobre la mesa hace dos años".

Para servicios y soporte técnico, Lamons ofrece una variedad de ofertas: soluciones de ingeniería personalizadas, soluciones de ingeniería inversa, piezas maquinadas especiales, maquinado de prototipos, capacitación y soporte de campo. La compañía también emplea un concepto de "Fábrica enfocada" para garantizar que los pedidos más urgentes se completen lo antes posible. Roberts dijo que el concepto ha sido utilizado por la industria automotriz durante décadas.

Lo que ha hecho Lamons es crear un equipo dedicado que incluye trabajadores de producción (Figura 7), personal de soporte, miembros del equipo de control de calidad y otros necesarios básicamente para tomar un pedido y producir rápidamente un producto que se puede enviar en horas. No todos los pedidos se manejan de esta manera, pero un cierto porcentaje de pedidos vienen con estipulaciones de "debe tenerlo ahora", y esas solicitudes reciben este tipo de tratamiento real. Roberts dijo que Focused Factory mejora la capacidad de Lamons para "servir a los clientes cuando lo necesitan, cómo lo necesitan y dónde lo necesitan".

“Creo que la mayoría de los fabricantes típicos han mantenido el tipo de enfoque de primero en entrar, primero en salir. Es como, 'Dame una orden de compra y obtendrás lo que quieres cuando te diga que los materiales están listos'. Y creo que muchas personas lo aceptan porque no creen que tengan otra opción", explicó Beezley. "Pero nuestra mentalidad es realmente lo que yo llamaría Johnny-on-the-spot. Alrededor del 35-37 % de nuestro negocio tiene un tiempo de respuesta de 24 horas o menos. Cerca del 55 % de nuestro negocio tiene un tiempo de respuesta de 48 horas. rápidamente cómo tener máquinas y transporte realmente dedicados, y sistemas de entrada de pedidos muy optimizados, para que las personas puedan obtener las cosas que necesitan de una manera más rápida. Y, sinceramente, creo que esa mentalidad funciona extremadamente bien para la industria energética o cualquier otra. industria con requisitos sensibles al tiempo".

Lamons, uno de los principales proveedores de sellos y juntas personalizados.