1. ¿Por qué el refrigerante y el aceite refrigerante acortan la vida útil de los anillos O?

Anillos O en los sistemas de refrigeración están sometidos simultáneamente a tres efectos.

Primero, la hinchazón o extracción del medio. Las pequeñas moléculas de refrigerante penetran en la red de caucho, provocando cambios en el peso, el volumen, la dureza, la resistencia a la tracción y la elongación; el aceite refrigerante también puede penetrar en el caucho y extraer plastificantes y aditivos, lo que hace que el material primero se ablande y luego se endurezca, o se contraiga tras dejar de actuar el refrigerante. Los datos de Chemours sobre el R134a indican expresamente que la hinchazón, la pérdida de plastificantes y los cambios en las propiedades mecánicas no deben evaluarse con base en un único refrigerante, ya que ninguna familia única de cauchos cubre todos los refrigerantes sustitutos.

En segundo lugar, mala recuperación a bajas temperaturas bajo ciclado térmico y fallo por deformación permanente bajo compresión. Las aplicaciones frías, en el evaporador y en el lado de aspiración requieren baja deformación permanente bajo compresión; asimismo, las condiciones de alta temperatura en compresores, tuberías de descarga y bombas de calor también exigen baja deformación permanente bajo compresión. El grado en que Junta tórica la incapacidad de recuperación tras compresión prolongada mide fundamentalmente la fuerza de sellado; cuanto mayor sea el valor, más fácilmente se perderá dicha fuerza de sellado.

En tercer lugar, riesgo de ciclado de presión y descompresión rápida. Los sistemas HFC/HFO se centran principalmente en la solubilidad, la permeación y la deformación permanente por compresión; los sistemas CO₂/R744 también deben prestar atención a los daños por descompresión rápida: las moléculas de CO₂ penetran en el caucho bajo alta presión, y una liberación rápida de presión puede provocar ampollas internas en el caucho, grietas o incluso la rotura del anillo tórico.

2. Selección de materiales según el sistema refrigerante, en primer lugar

A. R134a / HFC + PAG o POE: El escenario principal para el aire acondicionado automotriz y la refrigeración tradicional

El R134a se combina habitualmente con aceite PAG en el aire acondicionado automotriz y con aceite POE en refrigeradores, compresores y equipos de carga parcial. Para los anillos tóricos, el material debe verificarse conjuntamente frente al refrigerante HFC, el aceite PAG/POE, el envejecimiento térmico, la deformación permanente por compresión y la pérdida durante la instalación. Los datos de Chemours indican que la compatibilidad del R134a con cauchos, metales y elastómeros requiere una verificación específica por proyecto; la solubilidad del aceite POE en HFC-134a suele especificarse mediante ensayos por parte del fabricante original del compresor o del equipo.

Orientaciones recomendadas:

En Parker según el Manual de juntas tóricas, los compuestos de CR se etiquetan comúnmente para su uso con R134a o R22 y refrigerantes similares, con un rango típico de temperatura estática de -40 a 100 °C; el rango de temperatura de HNBR suele ser de -35 a 150 °C; las calidades estándar de NBR son mayoritariamente de -35 a 100 °C; EPDM es comúnmente de -50 a 150 °C. Esta estratificación térmica explica por qué NBR puede ser económico, pero no debe usarse como opción predeterminada en sistemas de aire acondicionado automotriz a largo plazo debido a sus exigencias de alta temperatura, oxígeno y deformación por compresión.

B. R1234yf / HFO + PAG o POE: vehículos de nueva energía, aire acondicionado para vehículos de pasajeros, sistemas de bomba de calor

R1234yf es un refrigerante HFO y se ha convertido en una dirección clave de sustitución para los sistemas de aire acondicionado automotrices. Los datos de Chemours etiquetan Opteon YF como R-1234yf/HFO-1234yf; está clasificado como A2L según las normas de seguridad ASHRAE e ISO 817: presenta un rendimiento y características operativas similares a las del R134a, pero requiere aceite PAG o POE específicamente formulado para R1234yf, y no puede considerarse un sustituto directo mediante conversión sencilla.

En cuanto a la compatibilidad con materiales, los datos de pruebas de compatibilidad con elastómeros de deformación fija de Chemours, realizadas a 100 °C durante dos semanas y comparando R1234yf con R134a, mostraron que el HNBR presentó un cambio de peso mayor en la inmersión con R134a, mientras que el cambio de peso fue menor con HFO-1234yf; el cambio de peso del EPDM fue claramente superior al del HNBR, NBR, EPDM y CR. El Viton® resultó el más resistente, aunque los materiales producidos por distintos fabricantes y mediante distintos procesos pueden arrojar resultados variables, por lo que deben ser suministrados por los proveedores de materiales.

Recomendaciones de Selección:

Nota: el sistema R134a no puede simplemente sustituirse por R1234yf, ni puede mezclarse R1234yf en un sistema R134a. Chemours afirma expresamente que los sistemas R1234yf utilizan conexiones exclusivas; la mezcla de refrigerantes constituye una contaminación cruzada, y los componentes del sistema están diseñados específicamente para un refrigerante determinado.

C. Mezcla de refrigerantes HFC/HFO + aceites POE/PVE: bombas de calor, refrigeración comercial y sistemas refrigerados

Los equipos de bomba de calor y refrigeración comercial suelen utilizar refrigerantes HFC, HFO o mezclas HFC/HFO, con productos que emplean mayoritariamente aceites POE, PVE o mezclas específicas. En este caso, las conclusiones obtenidas con R134a o R1234yf no pueden aplicarse directamente a sistemas como R410A, R32, R454B, R513A, R1234ze y similares, ya que difieren en polaridad, presión de vapor, temperatura de operación, solubilidad entre aceite y refrigerante y composición de aditivos.

Lógica inicial de selección:

El objetivo de la norma ASHRAE 97 es evaluar la compatibilidad de los materiales de sellado con los materiales de los sistemas de refrigeración mediante ensayos en tubos de vidrio sellados; el tubo contiene refrigerante, lubricante y los materiales de ensayo sellados en un tubo de vidrio, generalmente abierto tras el envejecimiento para realizar un análisis cualitativo o cuantitativo que determine la compatibilidad o estabilidad química.

D. CO₂ / R744 + PAG, POE o PAO: bomba de calor de alta presión, refrigeración comercial, bomba de calor automotriz

CO₂/R744 es otra categoría de problema. Su corrosividad química no es necesariamente elevada, pero el riesgo de alta presión, permeación y descompresión explosiva es muy alto. Los datos de Parker sobre materiales de sellado para sistemas de aire acondicionado con CO₂ indican que la presión de operación del sistema R744 es significativamente mayor que la del R134a; la presión de operación del R744 puede alcanzar 150–160 bar y la temperatura, hasta 180 °C; por tanto, la selección de materiales blandos para sellado debe centrarse especialmente en su resistencia a la descompresión explosiva.

Los materiales que Parker enumera para la selección de sellos para sistemas de aire acondicionado con CO₂ incluyen EPDM, FKM, HNBR y EPDM/BIIR, y subraya que estos materiales deben soportar un rango de temperaturas de –55 a +200 °C, ser compatibles con aceites PAG/PAO/POE, presentar baja permeabilidad y ofrecer una excelente resistencia a la descompresión explosiva.

Recomendaciones para la selección de R744:

El CO₂/R744 no puede utilizar sustitutos convencionales de juntas tóricas para aire acondicionado automotriz. Incluso si el nombre del material es idéntico (HNBR o EPDM), debe distinguirse si se trata de una formulación específica para R744, de baja permeabilidad y resistente a la descompresión explosiva.

3. ¿Cómo se comparan los materiales?

HNBR: La principal opción para el aire acondicionado automotriz

La ventaja de HNBR es una buena resistencia al aceite, resistencia al calor, resistencia mecánica y rendimiento combinado de los conjuntos de compresión. Para los sistemas de aceite R134a, R1234yf, PAG, POE, el HNBR es generalmente el material preferido para los anillos de O de CA automotriz, los sellos estáticos del compresor y los sellos de las válvulas de control. Los datos de Parker muestran que múltiples grados de HNBR pueden cubrir -35/-40 a 150 °C, y algunos grados de baja temperatura están marcados para escenarios de baja temperatura.

Apto para: CA automotriz, tubería R134a/R1234yf, sellado estático del compresor, parte de sistemas de bombas de calor.

Nota: El contenido de ACN, el grado de hidrogenación, el sistema de enlace cruzado y el sistema de relleno de HNBR afectarán significativamente los cambios en el conjunto de rebote y hinchazón y compresión a baja temperatura.

EPDM: buena baja temperatura, ozono, envejecimiento térmico, pero el aceite debe ser confirmado

El rendimiento de baja temperatura, resistencia al ozono y el rendimiento del envejecimiento térmico del EPDM son buenos; en la comparación de Chemours R134a/R1234yf, la selección de cambio de peso para el EPDM es relativamente pequeña. Pero el EPDM no es naturalmente adecuado para todos los tipos de aceite, especialmente el R744 dedicado "EPDM resistente a todos los PAG / POE / refrigerante agregado" que necesita una formulación dedicada. El EPDM o el EPDM/BIIR dedicados al R744 pueden ser candidatos para sistemas de alta presión de CO2, pero deben evaluarse caso por caso.

FKM: Resistente a altas temperaturas, baja permeabilidad, pero no R134a/R1234yf Material universal

La ventaja de FKM es la alta temperatura, resistencia al envejecimiento, baja permeabilidad de gases y una amplia compatibilidad química; los grados de datos de Parker marcados aplicables a altas temperaturas, aceite caliente, disolvente aromático y amplios entornos químicos, en la prueba de elastómero de deformación fija

Por lo tanto, el FKM en los sistemas de refrigeración debe corresponder a una marca específica y a una verificación específica del medio, y no debe interpretarse como «el FKM es de alta gama, por lo que es aplicable a todos los refrigerantes».

NBR: Bajo costo, pero no recomendado como opción predeterminada para el aire acondicionado automotriz a largo plazo

El NBR es económico, presenta buena resistencia al aceite mineral y cierta estabilidad del producto, pero su estabilidad ambiental frente al calor, al ozono y a la deformación por compresión a largo plazo es generalmente inferior a la del HNBR. La tabla de Parker indica que el rango de temperatura habitual para el NBR es mayormente de -35 a 100 °C. Puede utilizarse en escenarios con requisitos de bajo costo y bajas exigencias de temperatura y presión, pero no se recomienda como opción predeterminada para el aire acondicionado automotriz con R1234yf, bombas de calor ni zonas de alta temperatura en compresores.

CR: El refrigerante tradicional es utilizable, pero su capacidad a altas temperaturas es limitada

El caucho de cloropreno (CR) tiene una larga historia de uso en refrigerantes tradicionales; la tabla de Parker también indica que el CR se usa frecuentemente con R134a o R22, con un límite superior típico de temperatura alrededor de 100 °C. Para los sistemas modernos de aire acondicionado automotriz y bombas de calor de alta temperatura, el CR a menudo ya no es la solución preferida.

VMQ/FVMQ: Buena resistencia a bajas temperaturas, pero requiere atención especial ante altas presiones y permeación

El caucho de silicona y el caucho fluorosilicónico presentan baja elasticidad a bajas temperaturas, lo que los hace adecuados para ciertas juntas estáticas de baja temperatura. Sin embargo, su resistencia mecánica, resistencia al desgarro, permeabilidad gaseosa y capacidad antiextrusión a alta presión suelen ser inferiores. Al emplearse en sistemas refrigerantes, deben limitarse a sellados estáticos de bajo esfuerzo, y debe completarse una verificación integral de fugas y ciclos térmicos.

4. El diseño no puede basarse únicamente en la sustitución de materiales

La falla de las juntas tóricas (O-rings) en sistemas de refrigeración no suele deberse únicamente al material, sino que resulta de la interacción combinada entre material, ranura y proceso.

Margen de hinchamiento. El Manual de Parker indica que una hinchazón del medio de sellado estático del 25 % al 30 % en volumen es, en ocasiones, tolerable; sin embargo, la hinchazón del medio de sellado dinámico normalmente no debe superar el 10 %; una hinchazón excesiva incrementa el riesgo de extrusión cuando se reduce la compresión.

Antieextrusión. En sistemas de alta presión, compresores y CO₂/R744, es necesario reducir el juego de extrusión y utilizar anillos de respaldo cuando sea necesario; la alta presión empuja la junta tórica hacia el lado de baja presión, provocando su extrusión a través del juego, y los anillos de respaldo pueden disminuir este riesgo.

Selección de dureza. la dureza 70A se usa comúnmente para sellos estáticos generales y uniones de tuberías de aire acondicionado automotriz; la dureza 80A se emplea en aplicaciones de mayor presión o con requisitos más estrictos de montaje; la dureza 90A se utiliza habitualmente en sistemas CO₂/R744, compresores de alta presión o donde se requiere resistencia a la extrusión, aunque puede disminuir la recuperación a bajas temperaturas y la capacidad de sellado durante el montaje.

Verificación a bajas temperaturas. No se puede considerar únicamente el valor «−40 °C» indicado en la hoja de datos del material. Las bombas de calor para automoción y las pruebas de refrigeración a bajas temperaturas deben verificar los parámetros TR10, la recuperación de compresión a baja temperatura, las fugas durante el arranque en frío y las fugas provocadas por ciclos térmicos; además, el endurecimiento del caucho a bajas temperaturas y la insuficiencia de compresión generan con mayor frecuencia fugas en los momentos posteriores al estacionamiento seguidos de un arranque en frío.

Superficie y montaje. Las juntas tóricas de las uniones de tuberías suelen presentar problemas como corte, torsión, montaje en seco y fricción durante la instalación. Es necesario controlar el biselado, la rugosidad superficial, el lubricante de montaje y la compatibilidad total con el refrigerante; asimismo, en los sistemas R1234yf y CO₂ debe evitarse el uso de productos oleosos que puedan contaminar o interferir con la detección de fugas.

5. Proceso de verificación recomendado

Se recomienda que la selección de juntas tóricas para refrigerantes y aceites refrigerantes incluya al menos cuatro categorías de verificación:

La norma ASTM D471 abarca la calidad del caucho, el cambio de volumen, dureza, resistencia a la tracción y elongación tras la inmersión en líquido, y constituye el método básico para evaluar la compatibilidad con aceites refrigerantes. Sin embargo, el refrigerante en sí no es el único líquido relevante, y las pruebas deben realizarse conjuntamente con ensayos bajo presión que simulen la coexistencia de refrigerante y aceite. Trelleborg también recuerda que las tablas de compatibilidad se basan en datos públicos y pruebas de laboratorio, y que las pruebas a corto plazo a temperatura ambiente no pueden representar completamente las condiciones reales de campo; los usuarios deben confirmar los resultados mediante pruebas en aplicaciones reales.

En los sistemas de alta presión con CO₂/R744 también debe incluirse la prueba de descompresión explosiva (RGD/AED). Las normas ISO 23936-2 y NORSOK M710 se refieren a la cualificación de materiales no metálicos, siendo el Anexo B de la norma NORSOK M710 precisamente la prueba de descompresión rápida de gas, también denominada prueba de descompresión explosiva.

6. Recomendaciones para la selección ante los clientes

Clientes del sector automotriz de aire acondicionado

Anillos O para uniones de tuberías R134a o R1234yf; prioridad inicial en HNBR 70A/80A; para los lados de alta presión y uniones del compresor se puede considerar HNBR 80A/90A. En las bombas de calor para vehículos de nueva energía y los compresores eléctricos, debe confirmarse de forma independiente el uso de aceite POE o PAG especializado, sin basar la verificación únicamente en la experiencia con R134a/PAG de vehículos de combustión.

Clientes de bombas de calor

La dificultad de los sistemas de bomba de calor radica en su amplio rango cíclico de temperaturas altas y bajas, lo que exige simultáneamente una recuperación a baja temperatura en el lado de aspiración y una compresión a alta temperatura en el lado de descarga. Se recomienda priorizar la evaluación de HNBR, EPDM y FKM experimentado para bajas temperaturas, no limitándose simplemente a tablas convencionales de compatibilidad con medios.

Clientes de compresores

El enfoque de los sellos para compresores radica en el aceite refrigerante de alta temperatura, la disolución del refrigerante, los pulsos de presión y la deformación plástica a largo plazo bajo compresión. El HNBR es una opción habitual; en la zona de alta temperatura se pueden evaluar FKM especiales, pero siempre deben verificarse con el aceite refrigerante y el refrigerante reales. Los compresores de CO₂ deben diseñarse según la lógica de sellado de alta presión para R744.

Clientes de equipos de refrigeración con CO₂/R744

Priorice exigir al proveedor datos técnicos específicos para formulaciones dedicadas a R744/CO₂, incluyendo resistencia a la descompresión explosiva, baja permeabilidad, ciclado de presión, rebote a bajas temperaturas y compatibilidad con aceites PAG/POE/PAO. Nombres genéricos como HNBR estándar, EPDM estándar o FKM estándar no constituyen una prueba suficiente.

7. Campos que deben confirmarse en la adquisición o en la comunicación técnica

Al solicitar cotizaciones a proveedores de piezas de sellado, proporcione al menos esta información:

8. Errores más comunes

Error uno: centrarse únicamente en el refrigerante y no en el aceite refrigerante. La hinchazón y las características a bajas temperaturas de PAG, POE, PAO y PVE difieren; con frecuencia, el aceite determina la hinchazón y la rigidez del caucho más que el refrigerante.

Error dos: Aplicar directamente la experiencia con R134a al R1234yf. El rendimiento del R1234yf es similar al del R134a, pero el sistema, el aceite, los requisitos de seguridad A2L y la interfaz de servicio son todos distintos; además, los materiales deben verificarse independientemente frente al R1234yf más el aceite especificado.

Error tres: Creer que el FKM siempre es mejor que el HNBR. El FKM presenta ventajas en altas temperaturas y baja permeabilidad, pero en las pruebas de selección para R134a/R1234yf, el cambio de peso del Viton® no necesariamente es el menor; debe revisarse la formulación específica y las pruebas reales.

Error cuatro: Seleccionar CO₂/R744 únicamente según la compatibilidad química. El riesgo principal del R744 es la alta presión, la permeabilidad, la descompresión rápida, la resistencia a la extrusión y la recuperación a bajas temperaturas; las tablas habituales de compatibilidad con refrigerantes no son suficientes.

Error cinco: Considerar el color como prueba del material. Los anillos tóricos verdes son comunes en HNBR para aire acondicionado automotriz, pero el color no constituye una prueba del material; deben verificarse la categoría del material, el lote, la dureza, el informe de ensayo y la validación en la aplicación.