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El acabado superficial de la junta tórica es con más frecuencia la causa de las fugas que la propia junta. La ranura es correcta, la junta tórica es del material adecuado, la compresión ha sido calculada: y aun así hay fugas. En la mayoría de los casos, la causa está en el acabado superficial. Una sola ranura de torneado, un arañazo o una marca de mecanizado en la superficie de sellado es suficiente para crear un camino de fuga continuo a lo largo de la junta tórica. Este artículo trata los valores normativos de rugosidad para el acabado superficial de la junta tórica y lo que significan en la práctica para aplicaciones estáticas, dinámicas y pulsantes.
Una junta tórica sella mediante contacto elástico con dos superficies: el fondo de la ranura y la contrasuperficie. La estanqueidad funciona mientras la presión de contacto de la junta sea superior a la presión de trabajo del medio. Esa presión de contacto viene determinada por la compresión, la dureza de la junta y la calidad de la superficie sobre la que se apoya.
A altas presiones de trabajo, la propia presión ayuda: presiona más la junta contra la superficie y salva pequeños defectos superficiales. A bajas presiones de trabajo, la presión de contacto de la junta es limitada y la junta no es capaz de cubrir pequeños picos de rugosidad. Precisamente a bajas presiones, en vacío o al sellar gases, la calidad superficial es por tanto la variable más crítica del diseño. Una superficie de sellado bien rectificada puede compensar un pequeño error geométrico en la ranura. Una superficie de sellado rugosa o dañada puede echar a perder una ranura perfectamente dimensionada.
Cuatro veces más estricta: la superficie de sellado en aplicaciones dinámicas (Ra 0,4 µm) es cuatro veces más estricta que en estáticas (Ra 1,6 µm). Cada carrera sobre una superficie rugosa desgasta la junta.
En las juntas tóricas hay tres superficies independientes, cada una con su propio requisito de rugosidad: la superficie de sellado (la contrasuperficie sobre la que sella la junta), el fondo de la ranura (la superficie sobre la que se apoya la junta dentro de la ranura) y las paredes laterales de la ranura (las paredes laterales de la ranura). Los requisitos varían según la superficie y el tipo de estanqueidad.
La superficie de sellado tiene el requisito de rugosidad más estricto. Es la superficie que está en contacto directo con la parte exterior de la junta y a lo largo de la cual se sella el medio. En aplicaciones estáticas se requiere Ra máx. 1,6 µm. En aplicaciones dinámicas, en las que la junta desliza sobre esta superficie en cada carrera, el requisito es cuatro veces más estricto: Ra máx. 0,4 µm. En presión pulsante, donde los golpes de presión empujan cíclicamente la junta contra la superficie, se aplica Ra máx. 0,8 µm. Los daños como marcas de torneado, rayaduras o cavidades de contracción en la superficie de sellado son directamente críticos. Incluso una fina marca de torneado en dirección radial forma un camino de fuga continuo a lo largo de la circunferencia de la junta.
El fondo de la ranura tiene un requisito menos estricto que la superficie de sellado, pero desde luego no debe tratarse como una superficie no crítica. En estático basta con Ra máx. 3,2 µm. En dinámico, es Ra máx. 1,6 µm. El fondo de la ranura es la superficie sobre la que se apoya la junta cuando no está sometida a presión. Un fondo de ranura demasiado rugoso no daña directamente la parte inferior de la junta, pero a presiones más elevadas provoca un apoyo desigual, lo que conduce a una compresión localmente excesiva en los picos de rugosidad.
Las paredes laterales de la ranura son las menos críticas de las tres superficies para la función de estanqueidad en sí. En estático, la norma es Ra máx. 6,3 µm. En dinámico, Ra máx. 3,2 µm. Pero las paredes laterales de la ranura sí son críticas para el montaje: bordes vivos o rebabas en la transición de la pared lateral a la superficie de sellado dañan la junta al insertarla. Comprueba siempre si hay formación de rebabas en las paredes laterales después del mecanizado.
La tabla siguiente muestra todos los valores normativos de rugosidad de la especificación Anyseals para las tres superficies y los tres tipos de estanqueidad. Ra es la rugosidad media, Rz la altura media de pico y Rmax la altura máxima de pico.
|
Superficie |
Dinámico Ra |
Dinámico Rz |
Dinámico Rmax |
Estático Ra |
Estático Rz |
Estático Rmax |
Presión pulsante Ra |
|
Superficie de sellado |
≤ 0,4 µm |
1,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
6,3 µm |
10 µm |
0,8 µm |
|
Fondo de la ranura |
≤ 1,6 µm |
3,2 µm |
6,3 µm |
3,2 µm |
10 µm |
12,5 µm |
1,6 µm |
|
Paredes laterales de la ranura |
≤ 3,2 µm |
6,3 µm |
10 µm |
6,3 µm |
12,5 µm |
16 µm |
3,2 µm |
Para el uso diario, la comparación compacta a nivel de Ra es la más práctica:
|
Superficie |
Estático Ra máx. |
Dinámico Ra máx. |
Presión pulsante Ra máx. |
|
Superficie de sellado |
1,6 µm |
0,4 µm |
0,8 µm |
|
Fondo de la ranura |
3,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
|
Paredes laterales de la ranura |
6,3 µm |
3,2 µm |
3,2 µm |
Además de la rugosidad, existen formas específicas de daño que siempre provocan problemas, independientemente de que el valor Ra esté dentro de la norma. La norma establece explícitamente que las superficies de sellado deben estar libres de los siguientes daños.
Rayaduras: las rayaduras axiales o radiales en la superficie de sellado forman caminos de fuga a lo largo de la junta. Incluso una rayadura finísima es crítica con gases o a bajas presiones. Las rayaduras son la causa más frecuente de fugas en sistemas recién montados.
Cavidades de contracción: pequeñas cavidades en la superficie debidas a fundición o soldadura provocan una interrupción local del contacto entre la junta y la superficie. Visibles como pequeños poros o ampollas, a veces solo bajo aumento.
Marcas profundas de mecanizado: un avance demasiado alto durante el torneado o fresado deja marcas espirales o lineales que superan claramente Rmax, incluso si el Ra medio permanece dentro de la norma. Por eso, mide siempre Rz o Rmax además de Ra.
Ra por sí solo es insuficiente como criterio de control. Una superficie puede tener un valor Ra bajo y aun así contener rayaduras profundas y aisladas que superen claramente Rmax. En superficies de sellado, es habitual medir tanto Ra como Rz y, en aplicaciones críticas, también Rmax.
La medición debe realizarse en la dirección crítica: en superficies de sellado cilíndricas, la dirección axial (paralela al eje) es la más crítica, porque las rayaduras en esa dirección discurren paralelas a la junta y pueden formar un camino de fuga continuo. Una medición en dirección radial ofrece, en superficies cilíndricas, una imagen diferente a la situación real de estanqueidad.
En cada carrera, la junta tórica desliza sobre la superficie de sellado. Una superficie rugosa desgasta mecánicamente la junta, un poco más con cada movimiento. En estático esto no ocurre: la junta permanece quieta sobre la superficie y puede salvar pequeños picos de rugosidad mediante deformación elástica.
Ra es la desviación media del perfil de rugosidad con respecto a la línea media: un valor promedio a lo largo de toda la longitud de medición. Rz es la altura media de los cinco picos más altos menos los cinco valles más profundos: por eso es más sensible a valores extremos. Rmax es el pico más alto medido en el perfil. Para las estanqueidades, Rmax es el más crítico, porque una sola rayadura profunda basta para crear un camino de fuga.
La causa más frecuente es que Rmax o Rz superen la norma, aunque Ra esté dentro de los valores permitidos. Una o unas pocas rayaduras profundas o marcas de mecanizado pueden formar un camino de fuga sin que la rugosidad media llame la atención. Mide también Rz y Rmax, y revisa visualmente la superficie en busca de rayaduras, picaduras o marcas en espiral.
En aplicaciones estáticas, las rayaduras leves a veces pueden rectificarse o pulirse, siempre que la precisión dimensional siga cumpliendo los requisitos después. En aplicaciones dinámicas, casi siempre es necesario retrabajarla porque la exigencia es más estricta. Después del retrabajo, comprueba siempre de nuevo las dimensiones y la rugosidad. En caso de daño grave, sustituir el componente es la opción más segura.
No. En uso dinámico, el fondo de la ranura puede tener un Ra máx. de 1,6 µm, es decir, una exigencia cuatro veces menos estricta que la de la superficie de sellado. El fondo de la ranura no está en contacto con la contrasuperficie móvil y no contribuye directamente al desgaste de la junta durante la carrera.
