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Jun 10, 2023

Este nuevo sello de PTFE podría mejorar las bombas de insulina y otros dispositivos médicos

26 de abril de 2018 Por Chris Newmarker En aplicaciones dinámicas que requieren sellado a velocidades y presiones bajas a moderadas, los ingenieros de diseño están reemplazando juntas tóricas elastoméricas de bajo rendimiento con

26 de abril de 2018 Por Chris Newmarker

En aplicaciones dinámicas que requieren sellado a velocidades y presiones bajas a moderadas, los ingenieros de diseño están reemplazando juntas tóricas elastoméricas de bajo rendimiento con sellos de “anillo C” de PTFE energizados por resorte.

David Wang, ingeniería de sellos Bal

Cuando fallan las juntas tóricas y otros métodos de sellado tradicionales, los ingenieros de equipos de diagnóstico y administración de medicamentos están adoptando una forma nueva y más rentable de mejorar el rendimiento de sus diseños de hardware existentes: el sello de “anillo C” de PTFE energizado por resorte.

El sello de anillo C se desarrolló por primera vez para una herramienta de diagnóstico que empleaba un pistón que operaba en un baño de agua a aproximadamente 100 °F, oscilando a una velocidad de 5 pies por minuto. Las condiciones de operación fueron suaves, pero las tolerancias fueron grandes. El diseño original requería una junta tórica elastomérica para sellar el pistón, pero la junta tórica no pudo mantener un sello consistente y el equipo tuvo fugas.

Con los prototipos ya construidos, los ingenieros comenzaron a buscar una alternativa. Las copas en U o los sellos de labio estándar, que normalmente se usarían en una aplicación de pistón, no eran una opción viable debido a las grandes tolerancias radiales. Además, instalarlos sobre una ranura de paso completo no fue práctico. La instalación requeriría demasiado estiramiento, lo que provocaría la deformación del sello y una falla prematura.

En 2016, Bal Seal Engineering, diseñador de sellos con sede en Foothill Ranch, California, propuso una solución experimental: un resorte helicoidal inclinado envuelto en un anillo de PTFE en forma de C. El sello funcionó exactamente como estaba previsto. Al combinar las propiedades de baja fricción del PTFE con una geometría de camisa aerodinámica, el “anillo C” proporcionó un sellado confiable y consistente, además de un funcionamiento más suave y silencioso que un anillo tórico. Además, el anillo C podría instalarse en el prensaestopas de anillo O de paso completo, lo que normalmente no se recomienda con materiales no elastoméricos. Como resultado, el anillo C se instaló sin modificaciones al diseño original del hardware y sin el uso de herramientas especializadas.

Ese sello de anillo en C original ha estado en uso durante dos años. El uso del anillo en C ha dado como resultado un mejor rendimiento del producto y una vida útil prolongada del equipo, lo que reduce el tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento.

Las unidades de imágenes médicas, las bombas de insulina, los ventiladores y los dispositivos de administración de medicamentos normalmente dependen de juntas tóricas para sellar dentro de espacios axiales cortos. Pero cuando se requiere una capacidad de deflexión radial extrema, las juntas tóricas no pueden compensar, lo que a menudo resulta en desgaste, deformación permanente y fugas. A pesar de estas deficiencias, los ingenieros han seguido usando juntas tóricas porque otras soluciones (por ejemplo, copas en U, sellos de labio) no pueden manejar los requisitos de deflexión radial y normalmente requieren más espacio axial que una junta tórica.

El anillo en C es diferente porque puede caber en el pequeño espacio axial que normalmente se ofrece para los anillos en O, mientras que las configuraciones de sello estándar no pueden. Además, el anillo C es totalmente personalizable, según las necesidades de la aplicación. Puede configurarse con labios ultrafinos y flexibles para aplicaciones criogénicas o con un labio grueso para una aplicación dinámica donde el sello requiere más resistencia al desgaste.

Debido a que el anillo en C se adapta a movimientos giratorios y alternativos, es una solución versátil potencialmente útil en una variedad de productos que requieren un sellado de velocidad lenta a moderada, incluidos robots médicos, equipos médicos portátiles y conectores de sonda/manguera. El anillo en C puede adaptarse a un grado inusualmente grande de tolerancia radial: al menos cinco veces más que una configuración de sello estándar de una sección transversal similar. Los rangos de tolerancia dependen de la presión ambiental, el tipo de medio y las condiciones de acabado de la superficie. El anillo C también funciona bien en aplicaciones estáticas, donde los componentes requieren protección contra contaminantes ambientales.

Al eliminar el material PTFE del diseño inicial de la cubierta del anillo C, los ingenieros pudieron mejorar su elasticidad y flexibilidad. Como resultado, el anillo en C ha demostrado ser más elástico y flexible de lo que se esperaba originalmente, lo que lo hace útil para aplicaciones no redondas. El anillo C ya se utiliza en una bomba de administración de medicamentos con pistón ovalado. Y debido a que la camisa del sello se puede fabricar con PTFE virgen o relleno, el anillo C es un sello extremadamente versátil, compatible con hardware fabricado con metales y plásticos de uso común.

El anillo C original desarrollado para su uso en la herramienta de diagnóstico a base de agua incluía un resorte helicoidal inclinado dentro de la cubierta de PTFE. Pero también se puede fabricar un anillo en C utilizando un resorte de cinta helicoidal como energizador. La sustitución del resorte helicoidal inclinado por un resorte de cinta helicoidal permite que el anillo en C proporcione una presión de contacto de sellado muy alta, lo que lo hace ideal para su uso en aplicaciones criogénicas o estáticas.

Citando su capacidad para proporcionar una vida útil más larga en aplicaciones donde las holguras, los acabados de las superficies y otras características de diseño varían ampliamente, Bal Seal Engineering ha llamado a su anillo C "el sello perfecto para un mundo imperfecto". Si bien ningún sello es perfecto, la versatilidad y personalización del anillo C ciertamente lo convierten en una opción interesante y potencialmente beneficiosa en ciertos dispositivos médicos y de diagnóstico. Es un sello relativamente liviano, ideal para usar en aplicaciones de baja presión (<500 psi) y baja velocidad (<100 pies/min) que requieren baja fricción. Para tales entornos, un anillo en C puede resultar una mejor solución de sellado que una junta tórica elastomérica u otro tipo de sello estándar, ofreciendo a los diseñadores la oportunidad de lograr una mayor vida útil y un rendimiento más silencioso sin costosas modificaciones de hardware.

David Wang es gerente de mercado global del negocio de dispositivos médicos de Bal Seal Engineering. Ingeniero con más de 10 años de experiencia en diseño, colabora con fabricantes de equipos originales y proveedores de nivel para crear soluciones de sellado, conexión, conducción y blindaje EMI que ayudan a establecer nuevos estándares para el rendimiento de los dispositivos.

Las opiniones expresadas en esta publicación de blog son exclusivas del autor y no reflejan necesariamente las de MedicalDesignandOutsourcing.com o sus empleados.