Ranura para junta tórica - Diseño - Diseño de ranura

¿Qué es la extrusión en la holgura?

La extrusión en la holgura se produce cuando la presión de trabajo empuja el material elastomérico de la junta tórica hacia la abertura entre los dos componentes. De este modo, la junta es empujada parcialmente a través de la holgura, en el lado de baja presión de la ranura. El elastómero que ha sido presionado dentro de la holgura no puede recuperar su forma: ha quedado dañado por la sobreelongación mecánica. En el siguiente golpe de presión, la parte sobresaliente se daña aún más, y todavía más en el siguiente. Al final, se desprende un trozo de elastómero o la junta pierde tanto material que ya no tiene fuerza de estanqueidad suficiente.

La extrusión se reconoce por el característico daño de nibbling: pequeños fragmentos deshilachados de elastómero en el lado de baja presión de la junta. En aplicaciones estáticas, la extrusión también puede ser invisible hasta que se inspecciona la junta durante el desmontaje. En aplicaciones dinámicas, la extrusión es casi siempre visible como fragmentos de elastómero en el sistema o como una fuga que se acelera repentinamente después de cierto número de horas de funcionamiento.

La extrusión en la holgura es irreversible. La junta debe sustituirse. Pero la holgura que causó la extrusión sigue siendo exactamente igual de grande que antes: sin modificar la construcción, la extrusión volverá a producirse con la siguiente junta.

La influencia de la presión y de la dureza

La anchura máxima de la holgura depende de dos variables: la presión de trabajo y la dureza Shore A de la junta tórica. Una presión más alta genera más fuerza para empujar el elastómero a través de la holgura: esto hace que la holgura máxima permitida sea menor. Una dureza más alta hace que el elastómero sea más rígido y menos deformable: esto hace que la holgura máxima permitida sea mayor.

Esto explica por qué se eligen durezas más altas a presiones de trabajo más elevadas o en construcciones donde la holgura no puede reducirse por razones técnicas. Una junta de 90 Shore A siempre tolera una holgura mayor que una de 70 Shore A a la misma presión. El compromiso es que una junta más dura sigue peor las pequeñas irregularidades de la superficie de sellado y, por tanto, requiere una superficie más lisa para un buen sellado a bajas presiones.

Anchura máxima de la holgura en aplicaciones estáticas

Los valores de la tabla siguiente son válidos para temperaturas de hasta un máximo de 70 °C. A temperaturas más altas, el elastómero se vuelve más blando y la resistencia a la extrusión disminuye. Por encima de 70 °C, los valores deben aplicarse de forma más conservadora o debe elegirse una junta más dura.

En materiales de silicona, todos los valores deben reducirse a la mitad. La silicona tiene una resistencia a la tracción menor que el NBR o el FKM y, por tanto, extruye con holguras más amplias de lo que indica la tabla.

Anchura máxima de la holgura en aplicaciones dinámicas

En aplicaciones dinámicas, los valores máximos de holgura son más bajos que en estático, con la misma presión y dureza. La presión pulsante en cada carrera crea una carga cíclica sobre la junta en el lado de la holgura. Esta carga dinámica acelera la extrusión en comparación con una presión estática constante. Por encima de 63 bar, en uso dinámico ya no se permiten juntas de 70 Shore A sin anillos de respaldo, independientemente de la anchura de la holgura.

La presión por ambos lados implica un requisito de holgura diferente al de la presión por un solo lado. Con presión por ambos lados, las juntas se cargan en ambos flancos de la ranura y deben considerarse anillos de respaldo en ambos lados.

Anillos de respaldo: la solución para holguras demasiado grandes

Cuando la holgura entre los componentes no puede reducirse por razones constructivas, los anillos de respaldo son la solución más utilizada. Un anillo de respaldo es un anillo duro, no elástico, normalmente de PTFE, PE o NBR, que se coloca junto a la junta tórica en la ranura, en el lado de baja presión. El anillo de respaldo rellena la holgura y bloquea el paso del elastómero.

Presión por un solo lado: un anillo de respaldo en el lado de baja presión es suficiente.

Presión por ambos lados o presión pulsante: anillos de respaldo a ambos lados de la junta tórica.

Material del anillo de respaldo: el PTFE tiene la fricción más baja y la mejor resistencia química. El PE es más económico. El NBR (forma cóncava) se utiliza en aplicaciones en las que se desea una ligera elasticidad.

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Medir y controlar la anchura de la holgura

En la práctica, la anchura de la holgura no siempre es fácil de medir, especialmente en uniones cilíndricas en las que la holgura depende del ajuste entre el alojamiento y el vástago. La holgura es la diferencia entre el diámetro interior nominal del alojamiento y el diámetro exterior del vástago, dividida entre dos. Con un alojamiento de 50,10 mm y un vástago de 49,90 mm, la holgura unilateral es de 0,10 mm.

En el diseño, ten en cuenta la holgura máxima en toda la banda de tolerancia: no es el ajuste nominal lo que determina el resultado, sino la combinación de peor caso entre alojamiento máximo y vástago mínimo. Durante el mantenimiento, comprueba si la holgura ha aumentado por desgaste del vástago o del alojamiento por encima del valor permitido.

Efecto de la temperatura: por encima de 70 grados Celsius

Los valores de holgura de las tablas son válidos hasta un máximo de 70 °C. Por encima de esa temperatura, el módulo de elasticidad de los elastómeros disminuye: el elastómero se vuelve más blando y la resistencia a la extrusión se reduce. Esto significa que, a temperaturas más altas, la misma presión ejerce una mayor fuerza de extrusión sobre el material. Como guía: por encima de 70 °C, elige una clase de dureza superior a la que indica la tabla para tu rango de presión, o reduce aún más la holgura. En aplicaciones por encima de 100 °C, es aconsejable determinar los valores de holgura en consulta con un especialista técnico.