Arandela de goma resistente al calor: Aplicaciones en hornos industriales

Por qué las arandelas de goma resistentes al calor fallan sin la selección adecuada de materiales

Esfuerzo térmico y fallo del sello en ensamblajes de puertas y bridas de hornos

Cuando los hornos industriales pasan por ciclos constantes de calentamiento, las arandelas de goma sufren deterioro con el tiempo. Hablamos de temperaturas que pasan de la ambiente hasta superar los 260 grados Celsius y luego se enfrían repetidamente. Según algunos artículos científicos sobre sellos, este tipo de tratamiento comienza a provocar la formación de microgrietas en tan solo medio año. Con mayor frecuencia, estas grietas se inician en puntos donde la presión se concentra, especialmente cuando existe una diferencia entre la expansión de las piezas metálicas y la de las arandelas de goma durante el calentamiento. ¿Qué ocurre después? El sello entre bridas se debilita. Comienza a haber pérdidas de calor, lo que significa que el horno ya no funciona con la misma eficiencia (la eficiencia disminuye entre un 12 % y un 18 %), y la seguridad se convierte en una preocupación mayor para los operarios de la planta.

Degradación por Deformación Permanente por Compresión por Encima de 150 °C: Cómo Compromete la Integridad a Largo Plazo de las Arandelas de Goma

La operación continua por encima de 150 °C inicia la ruptura irreversible de las cadenas poliméricas, conocida como deformación permanente, lo que provoca una pérdida permanente de elasticidad. A 200 °C, los elastómeros estándar pierden entre un 40 % y un 60 % de su capacidad de recuperación en solo 500 horas de funcionamiento (según la norma ASTM D395). Esta deformación crea superficies de sellado irregulares que permiten:

• Fugas acumulativas de calor (>15 % de pérdida de energía)
• Triplicar la frecuencia de reemplazo
• Ingreso de contaminantes en entornos aptos para alimentos
  Dado que la degradación avanza de forma invisible, la selección del material debe anticipar el rendimiento a largo plazo, no solo la tolerancia máxima a la temperatura.

Comparación de materiales clave para arandelas de goma en aplicaciones de hornos industriales

Arandelas de caucho de silicona: alta flexibilidad y estabilidad intermitente hasta 300 °C

Las arandelas de caucho de silicona resisten muy bien el calor en hornos que se encienden y apagan cíclicamente. La estructura química del silicone permanece flexible incluso cuando las temperaturas descienden hasta -60 grados Celsius y aumentan brevemente hasta aproximadamente 300 grados Celsius. Esto significa que las puertas sellan adecuadamente incluso después de múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento. Las pruebas muestran que, tras exponerse a 200 grados Celsius, el silicone solo pierde alrededor del 15 % de su forma según los estándares ASTM, lo que indica una mayor resistencia al aplastamiento permanente en comparación con otros materiales. Existe un inconveniente: si estas arandelas permanecen demasiado tiempo en contacto con vapor a temperaturas superiores a 150 grados Celsius, comienzan a degradarse químicamente. Esto representa un problema importante en entornos donde es necesario esterilizar regularmente o limpiar con altos niveles de humedad.

Arandelas de caucho Viton® (FKM): Resistencia química y rendimiento continuo a 204 °C (400 °F)

Cuando se trata de situaciones en las que altas temperaturas se combinan con productos químicos agresivos, las arandelas de fluoropolímero Viton® destacan frente a la competencia. La singular unión flúor-carbono del material le permite funcionar continuamente incluso a 204°C sin degradarse al estar expuesto a aceites, diversos ácidos, disolventes y esos molestos gases residuales catalíticos. Tomemos, por ejemplo, los hornos catalíticos. Tras pasar 1.000 horas en condiciones tan ácidas, estas arandelas aún conservan aproximadamente el 90% de su resistencia a la tracción original. Eso es aproximadamente tres veces mejor que lo que normalmente observamos con el silicona, según las especificaciones técnicas de DuPont. Para aplicaciones industriales como los hornos de temple de metales, que habitualmente deben enfrentarse a vapores de aceite de enfriamiento y entornos de vapor presurizado, este nivel de durabilidad simplemente no puede ser igualado por otros materiales disponibles actualmente en el mercado.

Arandelas de caucho EPDM: rentables solo por debajo de 150°C; riesgos de oxidación térmica en uso prolongado en hornos

Las arandelas de EPDM funcionan bien económicamente para aplicaciones de sellado, pero solo cuando las temperaturas permanecen por debajo de aproximadamente 150 grados Celsius. Lo que las hace resistentes al ozono y al vapor es su estructura química saturada, aunque comienzan a degradarse rápidamente cuando las temperaturas superan ese umbral. Según hallazgos recientes de Rubber World en 2023, estas arandelas pierden más del 40 por ciento de su elasticidad tras unas 500 horas de funcionamiento a temperaturas superiores a 160 grados Celsius. Esta degradación provoca grietas superficiales y finalmente provoca fallos en los sellos en lugares como hornos de panadería, donde la exposición al calor es crítica. Para componentes secundarios, como conexiones de conductos de ventilación, el EPDM aún es adecuado. Sin embargo, quien intente utilizarlo como material de sellado principal en puertas de hornos o bridas probablemente enfrentará problemas en el futuro.

Ajuste de las especificaciones de arandelas de goma a entornos reales de hornos industriales

Hornos para Procesamiento de Alimentos: Arandelas de Caucho de Silicona que Garantizan un Sellado Conforme a la FDA y Integridad al Vacío

Las arandelas de caucho de silicona cumplen con los estándares de la FDA 21 CFR 177.2600 para materiales que entran en contacto con alimentos, lo que las hace especialmente adecuadas para aplicaciones como horneado, asado y envasado al vacío en hornos industriales. Estas arandelas pueden soportar procesos de limpieza con vapor a temperaturas que alcanzan hasta 150 grados Celsius durante períodos cortos sin liberar sustancias nocivas. Lo que realmente destaca es su capacidad para mantener la forma con el tiempo. Tras permanecer a 177 grados Celsius durante 168 horas seguidas, solo presentan aproximadamente un 15 % de deformación por compresión. Esta propiedad significa que mantienen la presión adecuada incluso después de abrir y cerrar las puertas del horno innumerables veces. Para los fabricantes que trabajan con productos cárnicos o productos horneados, esta consistencia es absolutamente esencial, ya que ayuda a mantener sellos de vacío adecuados y evita que microorganismos no deseados penetren en los alimentos envasados durante todo el proceso de producción.

Hornos de Temple y Catalíticos: Arandelas de Caucho Viton® Resistentes al Vapor, Vapores de Aceite y Gases Ácidos

Las arandelas de Viton® (FKM) soportan operación continua a aproximadamente 204°C en condiciones severas de procesamiento térmico. Estas arandelas resisten bien problemas como hinchazón o endurecimiento causados por la niebla de aceite de temple, humos ácidos de escape y potentes chorros de vapor que con frecuencia se presentan en operaciones de temple de aluminio y sistemas de tratamiento de gases de escape. Después de permanecer unas 1.000 horas a temperaturas que alcanzan los 230°C, estas arandelas aún conservan su forma con menos del 20% de deformación por compresión. Esto significa que mantienen un sellado adecuado incluso en entornos agresivos llenos de sustancias tóxicas o bajo presión. Además, su capacidad para resistir cambios bruscos de temperatura ayuda a prevenir la formación de grietas cuando piezas frías se introducen en cámaras calientes de alrededor de 400°F.

Factores Críticos No Térmicos en la Selección e Instalación de Arandelas de Caucho

Cuando se trata de la duración de las arandelas, la temperatura no siempre es la principal preocupación. La compatibilidad química suele ser igual de importante, si no más. Muchos entornos industriales exponen los equipos a productos químicos agresivos que descomponen los materiales con el tiempo. Piense en álcalis, esos disolventes orgánicos que todos conocemos, o sustancias ácidas que se acumulan durante el procesado de alimentos y tratamientos metálicos. Estas sustancias pueden deteriorar los materiales incluso cuando las temperaturas están dentro de rangos aceptables. Por ejemplo, los hornos catalíticos con vapor requieren especialmente materiales que resistan la descomposición frente a reacciones basadas en agua. Y luego está el problema de los sistemas de escape ácidos, que requieren polímeros especiales como Viton que no se derritan bajo condiciones ácidas. Elegir correctamente marca una gran diferencia en los costos de mantenimiento y en la vida útil general del equipo.

Los agentes agresivos ambientales, incluyendo la radiación UV y el ozono, también degradan los elastómeros, especialmente cerca de campanas de ventilación o hornos montados al aire libre. Aunque el silicona presenta una excelente resistencia al ozono (según ASTM D1149), se hincha rápidamente en fluidos a base de petróleo. Por el contrario, el Viton® resiste los aceites pero sufre en condiciones prolongadas de alto contenido de vapor.

Hacer bien la instalación es tan importante como cualquier otro aspecto. Cuando las bridas se comprimen demasiado durante el montaje, se produce lo que se conoce como deformación por compresión prematura, lo cual puede reducir la fuerza de sellado casi a la mitad según las normas ASTM. La clave aquí es aplicar la cantidad adecuada de par, algo que debe ajustarse en función tanto del grado de dureza de la arandela como de su espesor real. Esto ayuda a prevenir problemas como la extrusión del material o cambios de forma permanentes. Para el mantenimiento continuo, son imprescindibles revisiones periódicas. Hay que estar atentos a signos como la aparición de grietas en las superficies, cambios en la dureza del material (medida en unidades Shore A) y retrasos en la recuperación de la forma original tras liberar la presión. Estas son señales de advertencia de que las cosas podrían estar encaminándose hacia un fallo si no se corrigen a tiempo.

Entre las consideraciones clave se incluyen:

• Perfil de exposición a productos químicos (ácidos, álcalis, disolventes, vapor)
• Tolerancia requerida al conjunto por compresión bajo carga sostenida
• Clasificaciones de resistencia a UV/ozono según ASTM D1149
• Especificaciones de par ajustadas a la dureza y geometría de la arandela

Preguntas frecuentes

¿Por qué fallan las arandelas de caucho resistentes al calor?

Las arandelas de caucho resistentes al calor fallan principalmente debido al estrés térmico, la selección inadecuada del material y la exposición química. Con el tiempo, estos factores provocan grietas, pérdida de elasticidad y una integridad de sellado comprometida.

¿Qué es la degradación por deformación por compresión y cuáles son sus efectos?

La degradación por deformación por compresión ocurre cuando el caucho pierde su elasticidad tras una exposición prolongada a altas temperaturas, causando deformación permanente. Esto puede provocar superficies de sellado irregulares y un mayor riesgo de fugas.

¿Por qué se prefiere el caucho de silicona para hornos de procesamiento de alimentos?

Las arandelas de caucho de silicona cumplen con los estándares de la FDA, garantizando contacto seguro con los alimentos. Mantienen su forma incluso después de ciclos repetidos de calor y pueden soportar la limpieza con vapor sin liberar sustancias nocivas.

¿Qué hace que las arandelas de caucho Viton® sean adecuadas para hornos de temple de metales?

Las arandelas Viton® resisten altas temperaturas, aceites y condiciones ácidas, lo que las hace ideales para entornos exigentes de procesamiento térmico. Mantienen su forma y propiedades de sellado, incluso después de una exposición prolongada a condiciones severas.

¿Qué tan importante es la instalación adecuada de las arandelas de goma?

La instalación adecuada es crucial para evitar problemas como el endurecimiento prematuro por compresión y la extrusión del material. Esto implica aplicar el par correcto según la dureza y el espesor de la arandela para garantizar una fuerza óptima de sellado.