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Los espacios de instalación para juntas tóricas constituyen la base de toda solución de sellado. No es la junta en sí, sino el espacio en el que se coloca, lo que determina si un sellado funciona. Una junta correctamente dimensionada en espacios de instalación para juntas tóricas mal ejecutados tiene fugas igual que una junta deficiente en una ranura perfecta. Este artículo ofrece una visión general de las cuatro condiciones constructivas que, en conjunto, definen el espacio de instalación: diseño de la ranura, acabado superficial, chaflanes y dimensiones de la holgura.
La tabla siguiente muestra la esencia de cada tema uno al lado del otro: cuál es el requisito, cuál es el error más frecuente y cuál es la consecuencia. El resto de este artículo desarrolla cada tema con más detalle.
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Tema |
Esencia del requisito |
Error más frecuente |
Consecuencia |
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Diseño de ranura |
Rectangular, máx. 5° inclinada, radios correctos r1/r2 |
Radios omitidos, rebabas no eliminadas |
Inicio de grietas en el caucho, compresión irregular |
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Acabado superficial |
Superficie de sellado Ra máx. 1,6 µm (estático) o 0,4 µm (dinámico) |
Ranura de torneado o arañazo en la superficie de sellado |
Camino de fuga continuo a lo largo de la junta |
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Chaflanes |
De 15 a 20 grados, longitud z de la tabla de medidas |
No se ha realizado chaflán |
Grieta interna en la junta, fuga bajo presión |
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Dimensiones de holgura |
La holgura máxima depende de la presión y de la dureza |
Holgura demasiado grande a mayor presión |
Extrusión: caucho destruido, junta perdida |
Las cuatro condiciones límite son igual de determinantes. Un sellado que cumple en tres de cuatro pero falla en una, tiene fugas.
Para prácticamente todos los sellados con juntas tóricas, la ranura rectangular es la forma recomendada y la más utilizada. La norma permite que los flancos de la ranura se ejecuten con una inclinación de hasta 5 grados por razones de producción. Más de 5 grados cambia la anchura efectiva de la ranura en función de la profundidad, por lo que la junta deja de estar apoyada uniformemente. En la práctica, esto ocurre con el desgaste de la herramienta de fresado: una ranura ligeramente cónica rara vez es visible en una inspección visual, pero puede medirse con un instrumento de medición de perfiles.
Además de la forma de la ranura, los radios r1 (fondo de la ranura) y r2 (esquinas superiores) son determinantes para la vida útil de la junta. Un radio demasiado vivo concentra la tensión en el caucho en una superficie pequeña, lo que provoca el inicio de grietas a presiones más altas o con carga pulsante. Estos radios no siempre se programan por separado en trabajos sencillos de fresado, lo que constituye el error de diseño más habitual en la fabricación de ranuras.
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Diámetro de la sección d2 (mm) |
r1 radio de fondo (mm) |
r2 radio de esquina (mm) |
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menor que 3 |
0,3 |
0,2 |
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de 3 a 6 |
0,6 |
0,2 |
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de 6 a 10 |
1,0 |
0,2 |
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de 12 a 15 |
1,5 |
0,2 |
Más información sobre diseño de ranura, tipos de ranura y acabado sin rebabas: Diseño de ranura para junta tórica: diseño, geometría y reglas de ejecución.
El acabado superficial correcto es decisivo para un sellado fiable. Las superficies de sellado deben estar libres de daños como arañazos, cavidades de contracción y profundas marcas de mecanizado. Una sola marca de torneado en la superficie de sellado basta para crear un camino de fuga continuo a lo largo de la junta, especialmente a bajas presiones, donde la fuerza de contacto de la junta es limitada.
Los sellados dinámicos exigen más a las superficies que los estáticos. La superficie de sellado en aplicaciones dinámicas requiere Ra máx. 0,4 µm, cuatro veces más estricto que los 1,6 µm en estático. En cada carrera, la junta se desliza sobre la superficie: una superficie rugosa desgasta mecánicamente el caucho, un poco con cada movimiento, hasta que la junta ya no tiene suficiente fuerza de sellado.
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Superficie |
Estático Ra máx. |
Dinámico Ra máx. |
Presión pulsante Ra máx. |
|
Superficie de sellado |
1,6 µm |
0,4 µm |
0,8 µm |
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Fondo de la ranura |
3,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
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Flancos de la ranura |
6,3 µm |
3,2 µm |
3,2 µm |
Atención: Ra por sí solo es insuficiente como criterio de control. Una superficie puede tener una rugosidad media baja y, aun así, contener un arañazo profundo y aislado que sobrepase ampliamente Rmax. En aplicaciones críticas, mida siempre también Rz y Rmax además de Ra.
Más información sobre métodos de medición, formas de daño y reglas de ejecución: Acabado superficial para sellados con juntas tóricas.
Las juntas tóricas están diseñadas con sobremedida en relación con el espacio de montaje. Durante el montaje, se comprimen entre los componentes de la máquina. Para evitar daños, como el cizallamiento de la junta al deslizarse sobre un borde, deben preverse chaflanes adecuados en los componentes. Sin chaflán, la junta desarrolla microgrietas internas que no son visibles después del montaje, pero que bajo presión se convierten en fugas.
El ángulo del chaflán es de 15 a 20 grados. La longitud z depende del diámetro de la sección y está incluida en cada tabla de medidas. Además, el chaflán debe estar acabado sin rebabas: una rebaba en la transición entre el chaflán y el borde de la ranura tiene el mismo efecto que no tener chaflán.
El chaflán añade segundos al mecanizado. Omitirlo cuesta después horas al localizar la fuga.
Valores normativos de z por diámetro de la sección, reglas de ejecución y montaje sobre roscas: Chaflanes en el montaje de juntas tóricas: ángulo, longitud y ejecución.
La anchura de la holgura entre los componentes de la máquina que deben sellarse debe mantenerse reducida de acuerdo con la aplicación. Con holguras demasiado grandes, existe el peligro de extrusión en la holgura: el caucho de la junta tórica es empujado dentro de la holgura en el lado de baja presión y destruido. Después de eso, la junta queda irreversiblemente dañada. La anchura máxima admisible de la holgura depende de la presión de trabajo, de la dureza de la junta y del tipo de sellado.
En materiales de silicona, las dimensiones de la holgura deben reducirse a la mitad respecto a los valores de la tabla. La silicona tiene una resistencia a la tracción menor que NBR o FKM y, por ello, se extruye con holguras más amplias. En aplicaciones con holguras mayores o presiones más altas, se recomiendan anillos de respaldo en el lado de baja presión de la ranura.
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Tipo de sellado |
Presión (bar) |
70 Shore A |
80 Shore A |
90 Shore A |
|
Estático |
hasta 63 |
0,20 mm |
0,25 mm |
0,30 mm |
|
Estático |
63 a 100 |
0,10 mm |
0,20 mm |
0,25 mm |
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Estático |
100 a 160 |
0,05 mm |
0,10 mm |
0,20 mm |
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Dinámico |
hasta 30 |
0,20 mm |
0,25 mm |
0,30 mm |
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Dinámico |
30 a 63 |
0,10 mm |
0,15 mm |
0,20 mm |
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Dinámico |
63 a 80 |
n/a |
0,10 mm |
0,15 mm |
Tablas completas, el efecto de la temperatura por encima de 70 °C y recomendaciones sobre anillos de respaldo: Dimensiones de holgura en sellados con juntas tóricas.
Los cuatro temas no son listas de comprobación separadas que puedan marcarse de forma independiente. Interactúan entre sí. Una compresión mayor (menor profundidad de ranura) aumenta la presión de contacto de la junta y la hace menos sensible a pequeños defectos superficiales, pero al mismo tiempo incrementa el riesgo de extrusión con una holgura demasiado ancha. Una junta más dura tolera una holgura mayor, pero exige más a la superficie de sellado a bajas presiones. Una superficie más precisa compensa un ligero error geométrico en la ranura, pero nunca compensa la ausencia de un chaflán.
En la práctica, esto significa que las cuatro condiciones límite deben evaluarse juntas, no una por una. El orden que recomendamos: empiece con la geometría de la ranura y la compresión asociada, determine después el requisito de holgura con la presión de trabajo y la dureza, fije luego el requisito de rugosidad según el tipo de sellado y, por último, asegúrese de que el chaflán se haya realizado antes del primer montaje.
Secuencia de diseño: geometría de la ranura y compresión → anchura de la holgura y dureza → calidad superficial → chaflán. En ese orden, no al revés.
Los cuatro temas se traducen en ocho puntos de control concretos que puede revisar para cada ranura nueva o después de cada revisión.
Según nuestra experiencia, la superficie de sellado es el factor más subestimado. Una geometría de ranura correcta, una junta bien elegida y aun así hay fuga: en la mayoría de los casos hay un arañazo, una ranura de torneado o una marca de mecanizado en la superficie de sellado que forma un camino de fuga continuo. Compruebe siempre primero la superficie de sellado visualmente y mida Ra y Rz antes del montaje.
En una ranura nueva: sí, los ocho puntos de control. En una revisión o sustitución de la junta en una ranura existente: como mínimo la anchura de la ranura (desgaste), la superficie de sellado (daños) y el chaflán (formación de rebabas por desgaste de la zona del borde). La profundidad de la ranura y los radios normalmente no cambian con el uso normal.
En aplicaciones estáticas, la ausencia de chaflán o un chaflán deficiente es el error más determinante para la vida útil inmediata: la junta empieza su servicio ya dañada. En aplicaciones dinámicas, la calidad superficial de la superficie de sellado es el factor más determinante a largo plazo: una superficie rugosa desgasta la junta en cada carrera, independientemente de lo bien que esté ejecutado el resto de la ranura.
Los anillos de respaldo son necesarios cuando la holgura entre los componentes es demasiado grande a la presión de trabajo para la dureza dada de la junta. Por encima de 100 bar en aplicaciones estáticas y por encima de 63 bar en aplicaciones dinámicas, se recomiendan anillos de respaldo para la mayoría de las durezas. En caso de presión pulsante, se recomiendan anillos de respaldo a ambos lados de la junta.
En una inspección visual, un ángulo de inclinación de 5 grados o menos no es visible. Utilice un instrumento de medición de perfiles o mida la anchura de la ranura a dos profundidades: en la abertura y en el fondo. Si el fondo es más estrecho que la abertura, los flancos son cónicos. La diferencia de anchura dividida entre la profundidad de la ranura da la tangente del ángulo.
No. En aplicaciones estáticas, el fondo de la ranura puede ser Ra máx. 3,2 µm, el doble de amplio que la superficie de sellado (Ra 1,6 µm). El fondo de la ranura no está en contacto con el medio y no contribuye directamente a la función de sellado. En aplicaciones dinámicas, el fondo de la ranura es Ra máx. 1,6 µm, igual que la superficie de sellado estática.
Hay tres opciones: elegir una junta tórica más dura (un Shore A más alto tolera una holgura mayor), modificar el diseño para reducir la holgura o aplicar anillos de respaldo en el lado de baja presión. Los anillos de respaldo son la solución más práctica en construcciones existentes. Consulta la gama completa en o-ring-stocks.eu/es/anillos-de-respaldo/.
