Archivo del sitio

Historia breve de la empaquetadura – 2

En la década de los 80…

Tras la prohibición del uso del amianto, se ha ido avanzando en todo tipo de fibras sintéticas, y se han recuperado algunas naturales. Aparecen las aramidas como el Kevlar®, el poliacrilonitrilo (PAN), y…….¡¡¡el politetrafluoruro de etileno (PTFE)!!! ¡¡¡el Teflón®!!! Por supuesto todos las fibras hace tiempo que estaban descubiertas, pero hacen su irrupción en las empaquetaduras en esta época.

Fuente: Tropfen

Fuente: dongga BS

El PTFE o teflón (nombre dado por DuPont al polímero de su invención que ha dado nombre al material), tiene una resistencia a la tracción elevada, es un material inerte, así que se comporta bien químicamente, y tiene el coeficiente de fricción más bajo conocido (0,125), así que ¡todo el mundo a hacer empaquetadura de teflón! Sin embargo, tiene un pequeño problema, y es que aproximadamente 315ºC se carboniza, y a 325ºC empieza a emitir vapores un “pelín” chungos…

La aramida o kevlar (nombre dado por DuPont al polímero de su invención que ha dado nombre al material), es una poliamida con una resistencia a la tracción “im-presionante”, 7 veces mayor que la del teflón, aunque las temperaturas andan por valores similares, es capaz de soportar mayores presiones. Como inconvenientes es que es un pésimo conductor de calor, y además tiene un elevado coeficiente de fricción, así que  hay que vigilar que no quede sin lubricar…

El poliacrilonitrilo (PAN), no es tan famoso como los anteriores, pero al igual que las anteriores es una fibra polimérica, con una buena resistencia química (pH 2-13), y que es capaz de alcanzar temperaturas de hasta 250ºC. ¡¡¡Pero!!! Esta sí que es una excelente conductora de calor, perfecto para una empaquetadura, y además tiene un coeficiente de fricción cercano al teflón. Así que esta dió paso a las empaquetaduras actuales…

El teflón aparece también en forma de lubricante, y sigue haciéndolo actualmente.

Y los 90…

Llegan los híbridos. Quedando ya pocas cosas por descubrir, el personal se dedica a hacer híbridos con las fibras existentes, pero se da un salta cualitativo a través del grafito y el carbón.

Fuente: Wikipedia

A partir de fibras de rayón (viscosa), se fabrican hilos que se impregnan con grafito en diferentes concentraciones, en función de la aplicación y necesidad (y precio). A partir de un 95% de grafito, se considera grafito puro, en menores porcentajes, de 80 a 95% se considera carbón, y por debajo, encontramos el denominado pitch y otras fibras más baratas, que poseen muchas impurezas, y por tanto tienen un menor rendimiento.

El grafito, es el material del que se hacen las minas de lápiz, así que imaginar un lápiz rozando contra un eje de acero girando, pues más o menos eso hará una empaquetadura de este tipo. El grafito es autolubricante, tiene un coeficiente de fricción de 0,01, y aguanta pH desde 0 a 14 ¡ideal! Encima, como mineral aguanta hasta 1000ºC, y es un excelente conductor de calor ¿qué más podemos medir?

El mismo grafito se puede manipular como lubricante en otras empaquetaduras, así que unimos sus propiedades como lubricante, a las de otras fibras anteriormente citadas.

Os recomiendo leer esta información sobre el grafito, donde aparte de información técnica, leeréis sobre la invención del lápiz, y, ojo al “palabro”: levitación diamagnética ¡alucinante!

Pues nada, ya conocéis un poco de historia sobre empaquetaduras, y un montón de información técnica sobre ellas. Ni que dedir tengo, que todas las fechas escritas, y algunos datos, son orientativos, y tratan de reflejar “momentos cumbre”, o sea, que no tengo ningún rigor periodístico…(siento decepcionaros)

Y cualquier corrección, aclaración, apunte o aportación será bienvenida.

Anuncios

Historia breve de la empaquetadura – 1

Del autor de ¿qué es una empaquetadura? y ¿cómo es una empaquetadura? llega a sus pantallas “Historia breve de la empaquetadura”. Si pensabas que las segundas partes no eran buenas, espera a leer la tercera…y la cuarta…

Me ha parecido interesante hacer un poco de repaso histórico a la evolución de las empaquetaduras, y como es un tema amplio, me han salido dos partes.

Como ya habíamos hablado anteriormente, los tres parámetros con los que podemos jugar en una empaquetadura son su geometría y trenzado, las fibras, y el lubricante. Cada una de ellas ha ido evolucionando o adaptándose a los cambios en la industria, al avance de la técnica, y por supuesto a las necesidades, eso es lo que trataré de mostraros.

El primer cambio que sufrió la empaquetadura con el paso de los años fue su forma, que básicamente ha evolucionado con la técnica que ha permitido fabricar una empaquetadura cada vez más efectiva. Las primeras empaquetaduras, hasta la década de los 50, eran redondas, y se trenzaban igual que una cuerda; aun podemos encontrar cajeras de bombas muy antiguas con las paredes preparadas para compactar esta empaquetadura redonda; más tarde se comenzó a saber como trenzar una empaquetadura cuadrada, pero con los cantos aún bastante redondeados; finalmente, con la evolución de la fibras, se consiguieron hacer refuerzos y formas que formaban un cuadrado muy compacto, perfecto para rellenar toda la cajera. En la foto podéis observar su evolución, y cómo su forma ha ido “llenando” de mejor manera la cajera.

Pese a ir de la mano en lo anteriormente comentado, la evolución de empaquetaduras está sobre todo ligada a las fibras, y también a la de sus lubricantes, y como tratamos en el artículo anterior, a la evolución de los trenzados. Por ejemplo, muchas personas cuando una empaquetadura se ha quedado sin lubricante, decimos que “ha muerto”.

Hasta la década de los 50…

Las fibras eran básicamente vegetales, algodón, lino, yute, y una de las mejores, el ramio (se encontraba en pantanos). Las ventajas básicas es que son materiales que tienen un bajo coste porque se encuentran en la naturaleza, se pueden enlazar fácilmente entre ellas, y tienen una buena resistencia a la descomposición. Su primer inconveniente es su baja resistencia química, de pH 5 a 9, y sólo se pueden usar para trabajar con temperaturas por debajo de 60-80ºC, tienen una baja resistencia a la tracción, y muy importante, no disipan el calor (recordar que una empaquetadura actúa por fricción, y eso genera calor).

Los lubricantes hasta estos años han sido las grasas animales, sobre todo la de cerdo, por aquello de que siempre ha habido muchos cerdos jejeje. La mejor de las grasas animales para empaquetaduras, era la de ballena ¡para que veáis hasta donde llega el aprovechamiento de algunos animales! Y ahí lo dejo…

En la década de los 50…

¡¡¡Llegó el amianto!!! El amianto es un mineral, que podemos encontrar en la naturaleza, y se posicionó rápidamente por encima de todas las empaquetaduras existentes porque es químicamente inerte, y aguanta líquidos con pH 0-14. Además trabajaba hasta los 550ºC y aguantaba grandes presiones por sus buenas propiedades mecánicas. El amianto estaba formado por unas fibras, que en función de su longitud tenían mayor o menor calidad (más largas, mejores). Existían varias calidades, como los que se usaron en materiales de construcción, e incluso en aislantes de estufas y tostadores, de color grisáceo, y el amianto azul, que se extraía de África, que tenía una mayor resistencia química. De hecho, la única incompatibilidad química que se conoce del amianto (o que yo conozca), es el ácido sulfúrico fumante, y no os recomiendo estar cerca. Pero aunque algunos lo recuerden como la 8ª maravilla, tenía varios inconvenientes, algunos técnicos, y uno mortal.
En primer lugar, era un material que tenía un coeficiente de fricción de 3, de hecho se utilizaba para hacer discos de freno, así que parece una incongruencia utilizarlo como material para rozar contra un eje de acero ¿no? Además no tenía ninguna capacidad de evacuar temperatura, eso hacía que el lubricante que acompañaba al amianto en la empaquetadura, desapareciera rápidamente y dejara de hacer su función.
“Lo peor de todo”, después de llevar bastantes años en el mercado, y pese que hacía mucho tiempo que se conocían los aspectos peligrosos de su manipulación, a raíz de una denuncia de una empresa que colocaba placas en el interior de submarinos, que habían padecido unas cuantas muertes por lo que más tarde se conoció como asbestosis, un cáncer que afectaba a los pulmones entre otras dolencias, empezó la debacle y prohibición de utilizar amianto. Básicamente su peligrosidad está en la manipulación de sus fibras en la extracción, en el corte o roturas, y es que sus fibras tienen una forma que al respirarse, se “clavan” en nuestros tejidos, y sobre todo al llegar a los pulmones es imposible de eliminar.

Durante esta época se habían sumado a los lubricantes naturales, la silicona, que no aguantaba mucha temperatura, pero con un gran poder de lubricación.

En el próximo artículo seguiremos con los 80, los 90 y más…

Ranking palabras cosmocax

A veces, para satisfacer mi propio ego, busco palabras que tienen cierta importancia dentro del blog, y veolos resultados que aparecen en Google. Espero que más gente lo haga, y no quede como un patético egocéntrico, incapaz de transmitir otros valores que no sean su propio y oculto deseo de autosatisfacción y…vale…lo dejo…

Pues nada, os hago un listado con las palabras que aparecen en Google.es mejor posicionadas. Tengo que decir, que si en vez de palabras, escribo frases, salen unas cuantas más, pero como conozco la vagancia humana, y sé que la gente siempre prueba primero con una o dos palabras, pues eso es lo que he hecho en este pedazo de estudio de medios ¡ah! Y me he ceñido a términos técnicos, ya que supuestamente este es un blog técnico:

  1. En primera página: molde inyecciónlimadomecanizarrapid prototypingtribologíamaleabilidadductilidadpelochos malignos (mi preferida) – empaquetaduralimas (en foto) – la hidráulica
  2. En segunda página: refractariedadla resiliencia (si quito el artículo…se va…)
  3. En tercera página: serradodurezacroquispropiedades de los materiales
  4. En cuarta página: fricciónelasticidadla corrosión (de nuevo con artículo) – deconstructivismo
  5. En quinta página: desgaste

Espero que os hayáis aburrido tanto como yo con este artículo…

Por cierto ¿os gustaría saber cuáles són los artículos más leídos?

¿Cómo es una empaquetadura?

Artículos anteriores: ¿Qué es una empaquetadura?

Vista la primera parte de donde y para que se utilizan las empaquetaduras, vamos a explicar algo sobre ellas.

Las empaquetaduras se componen de:

  1. tipos-de-hilo-peqhilo. Básicamente podremos encontrar tres tipos:
    • Hilado simple. Hecho con fibras cortas (vegetales y minerales), que da como resultado una empaquetadura blanda, porosa, por tanto absorbente, y con baja resistencia a la tracción. Estas fibras suelen ser de lino, algodón, yute, ramio, cáñamo, y durante muchos años, ahora está prohibido, de asbesto (amianto). Aunque veáis la imagen, sería como una hebra de lana…
    • Hilado continuo. Hecho con fibras largas (sintéticas), que da como resultado una empaquetadura poco porosa, y más firme y resistente que la anterior. Pueden ser de politetrafluoretileno (teflón), fibra de vidrio, kevlar o polimetilmetacrilato. Sería como un cable de acero trenzado…
    • Hilado combinado. Pues eso, la combinación del primero con el segundo, para intentar obtener lo bueno de ambas.
  2. trenzado de los hilos. La manera en que trenzamos el hilo, tendrá un efecto directo sobre el comportamiento durante su funcionamiento. Los más típicos:
    • Retorcido (1) . Muy blanda, baja resistencia al desgaste. Se utiliza sólo para baja presión.
    • Trenzado cuadrado (2). Blanda, absorbente, adaptable. No soporta altas presiones y se puede deshilar.
    • Trenza sobre trenza (3) o sobre núcleo (4). Densa pero flexible, puede soportar altas presiones, pero a baja velocidad.
    • Intertrenzado (5). Densa, firme y poco porosa, por tanto bastante resistente.

    tipos-de-trenzado-peq

  3. lubricantes. Este punto es fácil, ya que la misión de los lubricantes es lubricar 🙂 . A veces son partículas sólidas, otras líquidos, pero básicamente pueden ser: mica, grafito, grasa, silicona, politetrafluoretileno (teflón) o aceite.

Hasta aquí, creo que hemos llegado a un buen conocimiento de las empaquetaduras, ahora únicamente me falta explicar para qué se utilizan en industria, y me daré por satisfecho de momento. Así que los objetivos por los que se instalan empaquetaduras son:

  • reducir la fricción entre equipos
  • reducir el desgaste entre el eje y la camisa
  • resistir el ataque químico de productos químicos
  • resistir alta presión
  • resistir la abrasión
  • aguantar la carga del prensaestopas
  • y sobre todo, controlar las fugas

Fijaos que he escrito “controlar las fugas”, y esto es así, porque aunque existen diferentes sistemas, casi todas las empaquetaduras, necesitan fugar para refrigerar el sistema. Por supuesto, en bombas con productos en los que no puede haber fugas, se montan sistemas que permiten refrigerar sin que la fuga esté en contacto con dichos productos. Pero definitivamente, en el transporte y manipulación de productos peligrosos, hoy en día las empaquetaduras ya no son una solución, ni fiable, ni económica, y ya no hablamos de riesgos medioambientales.

Pues ala, sólo me queda explicar como se monta una empaquetadura, varias ejemplos, y arreando, que por lo que pagáis ya está bien…

¿Qué es una empaquetadura? (o estopada)

Pues es el método más antiguo ideado por el hombre para garantizar la estanqueidad en equipos o instalaciones que trabajan con fluidos.

Los egipcios, que fueron bastante listillos para temas de maquinaria, hasta usaban Catia, crearon una especie de trenza retorcida de lino, que recubrían con una grasa animal ¡esa fue la primera empaquetadura! (siento no poder contar con algún testimonio de aquello, Egipto me queda un poco lejos).

En inglés packing. En castellano, empaquetadura es el término aceptado en la RAE. Pero “en la calle” también se le conoce como estopada, si no me equivoco, me imagino que viene del uso que se hacía antaño, con estopa y algún aglutinante para tratar de sellar equipos y evitar fugas. Aún hoy día, en instalaciones de agua y aire (industriales), se utiliza estopa para unir conductos. Eso sí, en equipos industriales, la cosa ha evolucionado mucho. Tanto que casi a día de hoy, la empaquetadura ya se ve como una solución rudimentaria y en desuso para nuevos equipos, aunque en muchos casos es suficiente, eficiente, y más económica que otras soluciones.

Después del dato curioso sobre los egipcios para dar nivel al artículo, quería explicar porqué surgió la necesidad un día de crear la empaquetadura, sobre todo a nivel de equipos industriales, que es donde me voy a centrar. Y creo que la mejor manera es haciendo un croquis, y explicando sobre él:

empaquetadura

Tenemos un motor ACME, que mueve una bomba, la carcasa (pieza rayada) es un compartimento estanco con tres orificio (vaya mierda estanqueidad ¿no?). El primero, por donde entre el líquido a la bomba, indicado con una flecha que sorprendentemente reza “líquido” (no os sorprendáis, lo he escrito yo mismo). El segundo, marcado con el número 1, es por donde esperamos que salga el mismo caudal de líquido que entra,  impulsado por el giro del impulsor que hay en el interior y que es solidario al eje  movido por el motor ACME (vaya lío) ¡¡¡peeeeeeeeeero!!! Tenemos el tercer orificio, el de la discordia, marcado con el número 2, y que existe porque por algún sitio tienen que entran siempre los malos, en este caso el eje. Por ahí vendrán los problemas.

Mecánicamente, entre piezas de acero siempre habrá una fuga de líquido, por microscópica que sea, crecerá. Además, donde hay movimiento y contacto, ya sabemos que aparece el desgaste, que en combinación con la corrosión, que nos falta por ver, es criminal para los equipos. Así que debemos buscar una solución (ver el rótulo a la izquierda de la imagen, el que parece un titular de ofertas del supermercado).

Por suerte en la parte inferior de la imagen tenemos una ingeniosa solución, que lleva muchísimos años en la industria, y que permanecerá otros tantos: un sistema de empaquetadura.

¿Qué hemos hecho?

Hemos agrandado el agujero de la carcasa para el eje, para intercalar entre estos unos cuanto aros de empaquetadura como los de la imagen, que previamente hemos cortado de un rollo semejante al mostrado. Si hemos dejado 10 milímetros a cada lado del eje, pondremos una empaquetadura, normalmente cuadrada, de 10 mm. Como la empaquetadura no es rígida, sino todo lo contrario, se adapta bastante bien al habitáculo  que la contiene. Y el invento finaliza cuando por cada lado del  sistema, pongo dos piezas (las negras), llamadas prensaestopas, que mediante tornillos o cualquier otro sistema, comprimen cada uno de estos aros asegurando la estanqueidad entre estas dos piezas.  Podéis ver a la derecha del sistema, de qué manera se comportará un aro de empaquetadura ante la presión ejercido por ambos lados, esa fuerza que en el dibujo pasa de paralela al eje, a perpendicular al mismo, es la conocida como fuerza de estanqueidad.

Nuestra bomba puede seguir funcionando, la estanqueidad está asegurada…al menos de momento.

Por último, un último apunte, porque seguiré con unos cuantos artículos más sobre empaquetaduras, pero los tipos de movimiento que solemos sellar con empaquetaduras son:

  • alternativo: sobre todo en cilindros y válvulas
  • rotativo: sobre todo en bombas y turbinas
  • helicoidal: sobre todo en válvulas

movimientos-sellado-empaquetadura