Y aquí va la fascinante segunda parte…

Vamos a ilustrar rápidamente porqué es necesario crear una fuerza de sellado en un sistema o sobre un material, si no queremos tener fugas. Y lo voy a mostrar como me lo explicaron a mí, pues creo que es el ejemplo más sencillo para entender estos conceptos, y es a través de un collarín hidráulico o neumático, en «U» (también llamado sello de labio, sello V, retén, etc…)

En primer lugar, existen unas medidas de ranura en el equipo (en adelante cajera), donde se introducirá el collarín que deberá generar estanqueidad en el sistema. Podemos ver en amarillo una sección representativa de un collarín en «U», habitualmente fabricado en elastómero.

A continuación, y para poder observar de manera clara la interferencia con la que se ha fabricado el collarín, os muestro esta imagen, donde los labios que deben generar el sellado, se fabrican con unas dimensiones superiores a la cajera que los contendrá, para que, como veremos más adelante, generen una presión, que se conoce como fuerza de sellado (al ser aplicada sobre una superficie). En realidad podéis imaginar que esta es un imagen ilustrativa, ya que automáticamente cuando la goma quede aprisionada en la cajera, se adaptará a la forma de esta (if you put water into a cup…).

Y efectivamente, cuando el collarín quede aprisionado en su cajera, quedará de esta forma.

Lo que originará automáticamente una fuerza de sellado sobre la superficie en contacto de los labios con el metal, que generará un gradiente de fuerzas, calculado por el fabricante del sello para que este funcione.

 

 

En realidad, lo que sucederá cuando el fluido ejerza también presión sobre el collarín, que el gradiente de fuerzas aumentará, incrementando así la fuerza de sellado (aquí algunos deberían entender porqué con presión muchos sistemas no fugan, y cuando esta desaparece, fuga, aunque más adelante veréis donde está concretamente el truco, por culpa del compression set). Llegados a este punto ¡ya tenemos el primer ingrediente para el compression set! ¡Presión!

El segundo ingrediente ¡la temperatura! En realidad es opcional, como los elevalunas eléctricos cuando yo era pequeño, y en realidad lo más interesante es que si no existe, igualmente se producirá la deformación, pero si existe, provocará una aceleración del proceso.

Y el tercer ingrediente… ¡el tiempo! Ese que todo lo arregla, o todo lo jode, según se mire

Y es que el compresión set no es más que una modificación de la geometría original que sufren los elastómeros y algunos plásticos sometidos a una carga de compresión, con o sin temperatura, que se alarga en el tiempo de manera continua o cíclica.

Como podéis ver en la siguiente imagen, en realidad lo que le pasa a un sello dentro de su cajera, es que «se olvida» de su forma original debido a los procesos de envejecimiento citados en el primer artículo, que sumados a la presión, temperatura y tiempo, conforman el material con cualquier forma que tenga la ranura. Por eso sucede que con el tiempo, cuando un equipo está en marcha, y existe presión, el collarín crea una fuerza de sellado que evita las fugas, pero cuando esta fuerza desaparece, y el compression set ya ha hecho estragos, el líquido es capaz de colarse entre el metal y el collarín de manera que el sistema «suda aceite o el líquido que estemos intentando contener».

Y hasta aquí queridos niños la maravillosa y apasionante vida del compression set, o más largo para los que gusten de un mayor uso de saliva: deformación permanente por compresión

En castellano la definición más correcta que he encontrado es «deformación permanente por compresión», y se refiere al grado de deformación de un elastómero debido a una exposición prolongada a una carga de compresión.

Este asunto es de vital importancia en aplicaciones industriales de sellado de equipos, tanto estáticas como dinámicas, donde los materiales elastómeros son ampliamente utilizados.

Los materiales elastómeros

Debemos partir del conocimiento básico de los elastómeros, que pueden ser de origen natural o sintético, y cuyo proceso de fabricación puede concluir con la vulcanización, que realiza un cohesión de sus moléculas, dotándo al material de unas propiedades muy interesantes.

En general los elastómeros tienen un inconveniente, y es que conforme se fabrican, comienza un proceso de envejecimiento por oxidación que hace que pierda resistencia y elasticidad, este puede ser en días o en años hasta que pierda sus propiedades, pero existe, si no, me quedaría sin artículo ;). Incluso existiendo normas y técnicas sobre su fabricación (con aditivos específicos para retardar este efecto), conservación (almacenamiento controlado en temperatura, humedad, etc), y uso (condiciones ambientales de funcionamiento), es conocido que un elastómero envejece y pierde propiedades.

Todos hemos observado en nuestra propia casa con diferentes elementos como la suela de los zapatos que se endurece, las gomas de pollo que sujetan nuestros cables o cromos que se rompen, incluso los neumáticos de nuestros coches o motos que pierden adherencia, y es que, con el pasar de los años, lo que inicialmente tenía una elasticidad envidiable, y un aspecto «gomoso» muy apetecible :), se torna liso y brillante (por una capa externa endurecida), y con una elasticidad y otras propiedades desaparecidas, incluso llegando al agrietamiento o rotura del material ante una deformación mínima.

Ahora vamos a llevar todo esto al campo de la industria, y en concreto a las aplicaciones de estanqueidad o sellado, que es donde queremos llegar, ya que allí el compression set, o deformación permanente por compresión, cobra una importancia notable, produciendo numerosos problemas en la industria, aunque algunos no quieran reconocerlo 😉

No quiero hacer una lista de materiales elastoméricos, pues es vastamente conocido el uso de diferentes elastómeros para el sellado desde muchas décadas atrás hasta hoy; pero me estoy dando cuenta que la voy a tener que hacer para satisfacer vuestras ansias de conocimiento, pues ya oigo a la gente agolpándose bajo mi ventana para reivindicar un listado mínimo. En este hay una mezcla entre términos técnicos, marcas y «palabros de uso común»; vaya por delante que no está completa, pues sería tarea ardua y quizás mejor que consultéis la ISO 1689:

• NBR. Nitrilo butadieno, BR, buna-N, Perbunan®, goma-lona (combinación NBR con textil)…
• EP. Etileno propileno con variantes como EPDM, EP962…
• FKM. Fluoroelastómeros, FPM, Vitón®…
• VQM. Silicona, SI, comenzando con las famosas «goma-lona», hasta llegar al más avanzado compuesto en materia química como son los perfluoroelastómeros, pasando por los nitrilos butadienos (NBR o buna), buna
• PU. Poliuretanos, PUR, TPU, TPE, AU, EU…
• FPKM. Perfluoroelastómeros, FFKM, Kalrez®…
• CR. Chloroprene, Neopreno®…

Qué mejor ilustración para este artículo que la vista esquematizada de un elastómero en reposo (A), y el mismo sometido a tensión (B).

Vaya rollazo os he estado explicando hasta ahora, y aún no hemos empezado con el compression set. Pero no se vayan todavía ¡aun hay más!

La memoria y la estanqueidad

Por si alguien lo dudaba, existe una necesidad básica para conseguir estanqueidad en un sistema, y es la memoria.

Si tienes un poro en un globo que acabas de llenar de agua, instintivamente pones el dedo para que deje de salir, y juegas a mojar a los de al lado. Y así será hasta que olvides porqué tenías el dedo allí, y vuelva a salir agua. Memoria.

Si ponéis un parche en una cámara o neumático se quedará allí hasta que olvide cual era su función y vuelva a perder aire (aunque puedan pasar años). Memoria.

Si ponéis una junta planta en cualquier sitio, y apretáis los tornillos que la aprisionan, estáis dotando al sistema de una carga, que debería permanecer ahí «para siempre» y así tener estanqueidad. Memoria.

Os podría dar cientos de ejemplos más de como el hombre dota a los materiales o a un sistema de memoria para evitar fugas (esta frase con hombre y memoria, es caldo de cultivo para mujeres 🙂 )

¿Y qué pasa si el material o sistema pierde u olvida la memoria? ¡pues averías!

¿Por qué es importante este punto? Aunque breve (con mi mal llevaba brevedad), porque el compressión set, es un proceso por el cual un elastómero pierde la memoria, y deja de realizar su función de estanqueidad, y… ¡avería!

¿Nos vas a explicar de una p*** qué es el compression set? Si. En el próximo artículo

 

Hace bastante tiempo escribí que en muchas situaciones de mi vida no me dedico a buscar culpables, sino que dedico mis esfuerzos a encontrar soluciones; para qué perder el tiempo, si la recompensa por encontrar al culpable es 0, y la solución vale 1 (estoy en modo binario). En realidad, todos necesitamos que una parte de nuestra vida se ejecute en modo diagnóstico (buscando culpable y solución), porque si no seríamos incapaces de relacionarnos con nuestro entorno y avanzar, pues cada día es un cúmulo de circunstancias, que nos permiten aprender mediante observación, y posteriormente, si queremos (actitudes), y/o podemos (aptitudes), buscaremos soluciones (toma filosofía barata).

Recuerdo que en ese mismo artículo aclaré que en la técnica, justamente aplico todo lo contrario, ya que en ese caso si que hay recompensa por encontrar al culpable, la de evitar un error o fallo.

Sobre todo en mecánica, no olvidemos que estoy venía siendo un blog de mecánica, las pistas que nos ofrecen los fallos son muy importantes, y sirven en muchísimos casos para determinar las causas, incluso su orden y su magnitud, y de esta manera, bien corregirlas, bien establecer herramientas de predicción que nos permitan acotarlos. En realidad, con este artículo no invento nada, y por ejemplo se habla de «eliminación del problema» (troubleshooting), o del «análisis de la causa raíz» (root cause analysis), como herramientas que nos permiten encontrar las causas del fallo y solucionar, pero como había empezado a escribir este artículo antes de hablar de estos sistemas, ahora ya lo acabo.

Ahora voy a hacer gala de mi palabra 301, y 302. Este texto, escrito como mecánico venido a más, aunque circunscrito a esta temática, permite extrapolar el sistema a otras muchas disciplinas que no quiero citar para que no me lluevan hostias, incluso a las personas, y me vino a la mente porque:

1. Tengo espacio de sobra en esta inmensa esfera con pelo que tengo por cabeza
2. En mi día a día vivo de analizar el fallo, lo que me permite ayudar a otras personas, animales o cosas

Aunque muchas veces, al menos en mi trabajo, no requiere más que unos sencillos pasos que os pasaré a describir:

1. conocimiento del sistema. El primer punto es básico, por eso es el primero;) , pues lo requerimos para poder entender cómo debe funcionar el sistema. Y aunque la práctica muchas veces lo es todo, aquí la teoría es muy importante, pues nos permite visualizar los tipos de esfuerzo a los que están sometidos las piezas, a los desgastes relativos que pueden producirse, a los propios materiales de los componentes, etc.
2. búsqueda de pistas mediante observación. Como siempre, sin tiempo no hacemos nada, y es que en función de la experiencia ante la situación, deberemos emplear más o menos tiempo buscando pistas, marcas, señales, cualquier información que nos acerque a la causa o causas del fallo.
3. relación causa/efecto. Los dos puntos anteriores nos permiten encontrar los efectos, que debemos relacionar con sus causas, y como apuntaba antes, con su magnitud. Añado aquí el término «magnitud», pues como suelo explicar, conviene relativizar las cosas, pues no es lo mismo un tornillo que se ha roto al segundo día de funcionamiento, que uno que lo hace tras 20 años de servicio. Aunque las causas y los efectos puedan ser las mismas.
4. solución. Esta es la parte más importante del proceso, y aquí intervienen innumerables cualidades del observador, pero no podemos decir que cerramos el círculo si no somos capaces de corregir o minimizar los efectos de las causas (creo que empiezo a abusar de estas palabras…)

Seguro que muchos de vosotros, que en vuestro día a día tenéis, o necesitáis de este procedimiento para subsistir, tenéis muchas variantes de este sistema que me acabo de inventar mientras hago la digestión, pero para eso están los comentarios del blog ¡y gratis!