También conocidos como retenes de aceite, los retenedores son dispositivos ampliamente usados para contener fluidos, excluir contaminantes y en algunos casos para vencer presión o para separar fluidos.
Cualquier montaje mecánico que contenga fluidos, debe ser diseñado de tal forma que estas sustancias fluyan únicamente donde sea necesario y no escapen fuera del montaje. Los retenedores son incorporados en diseños mecánicos para prevenir tal escape en los puntos donde confluyen diferentes partes del montaje. Estos puntos de encuentro son conocidos como superficies de contacto, y el espacio entre ellos es llamado espacio de holgura. El propósito de un retén es bloquear el espacio de holgura de forma que nada pase a través de él.
- Labio de Sello: La característica más importante de un retén es el labio de sellamiento en elastómero. Para asegurar el contacto entre el labio y el eje, el labio debe presentar siempre un diámetro interior más pequeño que el diámetro del eje. La diferencia entre el diámetro del eje y el diámetro interior del labio se conoce como interferencia. El incrementar la interferencia (por ejemplo modificando la longitud del resorte) incrementa la cantidad de fuerza sobre el eje, incrementando así la fricción y el desgaste. El disminuir la interferencia (por ejemplo, agrandando el diámetro interior del labio) reduce la fuerza sobre el eje pero también reduce la capacidad del labio para seguir ejes en movimiento.
- Caja Metálica: Cualquiera que sea la manera, la caja hace dos cosas por el retenedor: Primero, provee estabilidad, permitiendo al diámetro exterior entrar a presión y ajustado en el alojamiento evitando el escape por esta vía. Segundo, la caja también provee protección, previniendo el daño del labio durante la instalación.
- Resorte: El resorte cumple dos funciones principales: primero contribuye a la fuerza de sellamiento radial total o carga, entre el labio y el eje. Segundo, el resorte también ayuda a asegurar que se mantenga la cantidad deseada de carga incluso cuando el material del labio se hinche y ablande debido a la exposición al lubricante a alta temperatura. Un labio que se ha hinchado es menos capaz de mantener un contacto consistente con el eje sin la ayuda de un resorte. Un contacto inconsistente propicia el desarrollo de una ruta de escape. El resorte endurece artificialmente al labio, y esto ayuda a mantener al labio en su lugar.
- Labio Secundario o Guardapolvo: Además del labio de sellamiento primario, existen retenedores que incorporan uno más pequeño, el labio secundario. La función de este es excluir polvo, suciedad y otros contaminantes. A diferencia del labio primario, este labio secundario estácomúnmente de frente al lado del aire de la aplicación (dado que el sucio y otras materias indeseadas pueden intentar migrar hacia el interior del montaje).
Son variados los factores que influyen en el funcionamiento adecuado de un retenedor. Entre los más influyentes se destacan el compuesto, temperatura,condiciones del montaje, medio de instalación, fluido, compatibilidad química entre compuesto y fluido, entre otros.
Compuesto y Temperatura de Operación:
Los materiales comúnmente usados para labios de sellamiento son nitrilo, silicona, poliacrílico y fluoroelastómero. El material es importante porque determina la expansión del labio con la temperatura. Las propiedades del material y sus cambios por el contacto con el aceite y la temperatura deben ser conocidas para tenerlos en cuenta en el diseño. La gráfica siguiente muestra los límites generales de temperatura para los principales compuestos empleados en retenedores. Se debe tener en cuenta que estas temperaturas pueden ser modificadas por factores como el tipo de fluido y velocidad de rotación del eje, los cuales darán temperatura adicional al labio de sello debido a la fricción del sistema.
Fluido:
La selección del fluido es una de las consideraciones más importantes en la vida del retenedor. La reacción con el elemento de sellamiento de caucho algunas veces puede ser perjudicial para el retenedor.
La mayoría de los retenedores funcionan mejor en un aceite de viscosidad media tal como un aceite para motor SAE 10. Un aceite más ligero no brinda tan buenas características de tensión superficial y un aceite de viscosidad más alta crea un arrastre de fricción más grande causando una vida más corta. En cuanto a la presión del fluido, se recomienda que la presión no exceda los 5 psi (35 KPa) en un retenedor estándar.
Condiciones medioambientales:
Las condiciones medioambientales encontradas en cualquier aplicación son numerosas y varían con cada diseño. El nivel del efecto que tendrán estas variables en el retenedor desde el punto de vista de la vida útil debe ser considerado, de tal manera que el retenedor pueda ser diseñado correctamente. Una lista conveniente de condiciones a reconocer e incluir en la evaluación preliminar son:
1. Temperatura y rango de temperaturas.
2. Polvo y residuos o desechos.
3. Humedad y agua.
4. Ozono y efectos infrarrojos
Labio Flexible: El labio de sellamiento debe contar con la flexibilidad necesaria que le permita en todo momento, mantener el contacto con el eje o con la camisa de sello. El labio debe ser capaz de mantener el contacto durante condiciones normales de descentramiento.
Distribución de la presión de contacto del labio: La presión de contacto del labio sobre el eje o camisa de sello debe cumplir con las especificaciones de sellamiento tanto en condiciones de movimiento como de reposo.
Resistencia a la Vibración: El diseño del retenedor debe resistir la tendencia a la vibración y a la resonancia, que pueden causar que se presente escape de fluido, a causa de pérdida de contacto entre el labio de sellamiento y el eje o camisa de sello.
Resistencia del Retenedor a la Deformación: El retenedor debe soportar pequeños incrementos y descensos de presión sin que haya escape.
Capacidad de sellamiento estático: El retenedor debe sellar varios niveles de lubricantes en una condición estática en un amplio rango de temperaturas incluso cuando se presente desalineación normal.
Capacidad de Instalación: El retenedor debe ser fácilmente instalable para evitar daños al mismo.
Carga Radial: El labio principal debe tener la cantidad apropiada de presión sobre el eje o camisa de sello. Demasiada presión causa que el retenedor se desgaste rápidamente. Muy poca presión causa escape de fluido.
Interferencia entre el labio primario y el eje o camisa de sello: La cantidad adecuada de interferencia entre el labio principal y el eje o camisa de sello debe brindar un sellamiento estático apropiado.
A medida que pasa el tiempo, los retenedores y otros productos de caucho pueden experimentar cambios en sus propiedades físicas, incluso se pueden volver inservibles debido a un endurecimiento excesivo, ablandamiento, agrietado u otras degradaciones de la superficie. Estos cambios pueden ser el resultado de factor único o de una combinación de factores tales como la adición de oxígeno, ozono, luz, calor, humedad, aceites, agua, u otros solventes. Sin embargo, los efectos perjudiciales de estos factores pueden ser minimizados mediante condiciones de almacenamiento.
Temperatura.
La temperatura de almacenamiento óptima es entre 5º C y 26º C. Las altas temperaturas aceleran el deterioro de los productos de caucho. Las fuentes de calor en los sitios de almacenamiento deben ser dispuestas de manera que la temperatura del producto almacenado nunca exceda 49º C. Los efectos de las bajas temperaturas no son ni destructivos ni permanentes, pero bajo estas condiciones, los artículos de caucho como los retenedores tienden a endurecerse.
Humedad.
Expresada como un porcentaje, la humedad relativa es la relación de la cantidad de vapor de agua presente en el aire a la cantidad más grande que podría estar presente a una temperatura dada. Idealmente, la humedad relativa en el área de almacenamiento debe estar por debajo de 75%. Se deben evitar condiciones muy húmedas o secas. Donde se necesite ventilación, esta se debe mantener al mínimo. No puede permitirse que ocurra el proceso de condensación. Algunos materiales, tales como los poliuretanos basados en el poliéster, son higroscópicos y absorben la humedad del aire.
Luz.
Los retenedores y otros productos de caucho siempre deben ser protegidos de la luz, especialmente de la luz solar. La luz artificial fuerte con alto contenido ultravioleta (UV) también es peligrosa. Sin tener en cuenta la fuente, los rayos UV pueden causar ruptura de la cadena. Se recomienda el uso de bolsas de polietileno almacenadas dentro grandes contenedores de cartón.
Oxígeno y Ozono.
Tanto el oxígeno (O2) como el ozono (O3) son bastante perjudiciales a los productos de caucho. Cuando sea posible, los retenedores y otros artículos moldeados deben ser almacenados en contenedores herméticos para protegerlos del aire circulante. El oxígeno (especialmente en combinación con el calor) causa que los artículos de caucho formen entrecruzamiento adicional, causando endurecimiento no deseado del retenedor. Como con el agua y la luz UV, el ozono es capaz de causar la ruptura de la cadena. Los productos de caucho deben ser mantenidos lejos de generadores de ozono tales como motores eléctricos, lámparas de vapor de mercurio, equipo de soldadura, y equipos eléctricos de alto voltaje.
Deformación.
Los artículos de caucho deben ser almacenados en condiciones de relajación, libres de tensión, compresión u otra deformación, todas las cuales pueden causar agrietamiento o cambio de forma permanente. Los retenedores no deben ser almacenados en clavijas o alambres.
Dependiendo de la aplicación se pueden encontrar diferentes tipos de retenedores, que se diferencian principalmente por presentar variaciones en sus partes constitutivas o recubrimientos que le brindan mayor resistencia en el montaje. Las líneas de retenedores que se ofrecen al mercado son: Estándar, OBS (Oil Bath Seal) y SS (SealSleeve) caracterizada por presentar camisa o pista de desgaste.
Los retenedores pueden presentar labio secundario o guardapolvo y las aplicaciones que demandan mayor fuerza del retenedor pueden utilizar caja interior que se inserta en la caja exterior. La función de la caja interior es proteger el labio y el resorte durante la manipulación y la instalación. Los diámetros exteriores en metal han probado mucha efectividad cuando se ubican en alojamientos de hierro fundido y acero.
Los retenedores con diámetro exterior en caucho se usan a menudo en aplicaciones donde los diámetros exteriores en metal no funcionarían adecuadamente,tal es el caso de los alojamientos en aluminio, en donde este último se expande aproximadamente dos veces la proporción del acero. Una expansión progresiva del aluminio como resultado del ciclo térmico reduce la interferencia (fuerza de retención) entre el diámetro exterior de acero y un alojamiento en aluminio.
Retenedores con diámetro en metal y caucho se requieren para aplicaciones más exigentes. El metal brinda retención mientras el caucho provee capacidad de sellamiento. La parte metálica protege la porción de caucho del daño en la instalación. El metal también asiste con una alineación precisa en el alojamiento y minimiza la desviación del retenedor y/o el movimiento durante el uso. El elemento de caucho permite un ajuste elástico más estrecho en el alojamiento.