Ranura para junta tórica - Estática

¿Qué es el sellado estático?

El sellado estático significa que las piezas de la máquina que se sellan no presentan movimiento relativo entre sí. La junta tórica queda alojada en una ranura y se comprime durante el montaje. Esa compresión, el aplastamiento, genera la presión de contacto sobre las superficies de sellado. Mientras esa presión de contacto sea mayor que la presión de trabajo del medio, el sellado permanecerá estanco.

El sellado estático exige criterios distintos a los del sellado dinámico. No hay desgaste por movimiento, no existe riesgo de twisting y no hay fricción que deba controlarse. Pero sí hay requisitos relativos a la geometría de la ranura, al acabado superficial y a la elección del material que son igual de determinantes para el resultado que en las aplicaciones dinámicas. La mayoría de los problemas de fugas en juntas tóricas estáticas no están relacionados con la propia junta, sino con la ranura: fresada demasiado profunda, sin chaflán o con una superficie de sellado demasiado rugosa.

Regla general: si ambas piezas quedan inmóviles después del montaje, es una aplicación estática. Si una de las piezas se mueve, es dinámica.

Los cinco tipos de montaje estático en una sola vista

Existen cinco tipos de montaje estático normalizados para juntas tóricas. Se diferencian en la forma de la ranura, la dirección de compresión, el campo de aplicación y las exigencias de mecanizado que implican. La tabla siguiente ofrece una visión comparativa directa.

Compresión radial estática: el estándar

La compresión radial es el tipo de montaje estático más utilizado y la opción estándar para conexiones cilíndricas. La junta tórica se comprime en dirección radial entre dos superficies cilíndricas. La ranura se sitúa en el componente interior o exterior. La compresión recomendada está entre el 15 y el 30% del diámetro de la sección. Es un intervalo amplio que deja margen para tolerancias de diseño sin poner en riesgo el sellado.

La compresión radial es adecuada para tapones, vástagos, alojamientos y todas las construcciones en las que dos superficies cilíndricas se deslizan concéntricamente una sobre otra. La ranura tiene seis parámetros: diámetro de sección (d2), profundidad de ranura (t), anchura de ranura (b1), longitud del chaflán (z) y dos radios de redondeo (r1 y r2). Todos se derivan directamente de d2.

Más información y tabla dimensional completa: vea el artículo dimensiones de ranura para junta tórica con compresión radial estática en nuestra base de conocimiento.

Compresión axial estática: para tapas y bridas

En la compresión axial, la junta tórica se comprime en la dirección del eje, entre dos superficies planas enfrentadas. El ejemplo clásico es una tapa apretada sobre una carcasa o dos bridas atornilladas entre sí. La ranura se encuentra en una de las superficies planas enfrentadas.

La diferencia crítica con respecto a la compresión radial está en la dirección de la presión. Con sobrepresión interna, la junta debe apoyarse contra la pared exterior de la ranura y se comprime entre un 1 y un 3%. Con presión exterior, la junta apoya contra la pared interior y puede expandirse como máximo un 6%. Si coloca la junta en el lado equivocado, la presión la aleja de la superficie de sellado en lugar de empujarla contra ella. Ese es el error más frecuente en las aplicaciones axiales.

Parámetros completos de ranura y tabla dimensional: dimensiones de ranura para junta tórica con compresión axial estática.

Ranura trapezoidal estática: la junta que permanece en su sitio

La ranura trapezoidal resuelve un problema práctico: una vez colocada, la junta tórica ya no puede caerse de la ranura. La ranura no es rectangular, sino trapezoidal en sección, con una base más estrecha que la abertura. De este modo, la junta queda sujeta en cuanto se introduce por completo. En montajes por encima de la cabeza o en componentes de máquina que se abren con regularidad, esto evita retrabajos y juntas perdidas.

La fabricación es más compleja que en una ranura rectangular: se necesita una fresa de perfil especial. Las tolerancias de profundidad y anchura son simétricas y más estrictas (±0,05 mm). El rendimiento de sellado en sí es comparable al de una ranura rectangular con la misma compresión. La ranura trapezoidal no es una mejora universal, sino una solución específica para un problema concreto de montaje.

Tabla dimensional y recomendación de uso: dimensiones de ranura para la ranura trapezoidal estática.

Ranura triangular estática: solo cuando sea necesario

Para el sellado de tapas o bridas recomendamos normalmente una ranura rectangular. La ranura triangular es una excepción: solo se utiliza cuando una ranura rectangular no es viable desde el punto de vista constructivo, por ejemplo cuando no hay suficiente profundidad de material o cuando fresar una ranura en una pieza existente supone un inconveniente estructural.

La ranura triangular solo tiene tres parámetros: diámetro de sección (d2), anchura de ranura (b) y radio de fondo (r3). Las tolerancias son más estrechas que en otros tipos de ranura. La zona de contacto de la junta es más estrecha, lo que genera tensiones locales más elevadas en el caucho a presiones superiores. Nunca utilice la ranura triangular por preferencia, solo cuando el diseño lo exija de verdad.

Tabla dimensional y condiciones: dimensiones de ranura para la ranura triangular estática.

Sellado estático al vacío: reglas distintas

El sellado al vacío con juntas tóricas impone requisitos distintos a la ranura, la superficie y la elección del material. En sobrepresión, la presión de trabajo ayuda: aprieta más la junta. En vacío, esa ayuda desaparece por completo. La junta debe sellar a partir de su propia precarga elástica y, al mismo tiempo, debe limitarse la difusión de moléculas de gas a través del caucho.

Esto último exige una ranura llena: la junta debe llenar la ranura aproximadamente al 100%. Para ello, la tolerancia de la profundidad de ranura t es negativa (la ranura puede ser menos profunda, no más profunda), la tolerancia de la anchura b es simétrica y más estricta, y el requisito superficial es Ra máx. 0,8 µm, más exigente que el valor estándar de 1,6 µm. En la práctica, el FKM (fluoroelastómero) ofrece el mejor rendimiento en aplicaciones de vacío por su baja permeabilidad al gas.

Especificaciones completas para vacío: dimensiones de ranura para sellado estático al vacío.

Requisitos comunes: acabado superficial y anchura de la holgura

Independientemente del tipo de ranura, para todas las aplicaciones estáticas se aplican las mismas normas básicas de acabado superficial y anchura de la holgura. Son los dos factores que más a menudo se pasan por alto: la geometría de la ranura es correcta, pero el sistema sigue fugando. En casi todos los casos, la causa está aquí.

Acabado superficial

La calidad superficial de la superficie de sellado es directamente determinante para la estanqueidad, especialmente a bajas presiones de trabajo, cuando la presión de contacto de la junta es limitada. Una sola marca de torneado o un arañazo basta para crear un camino de fuga continuo a lo largo de la junta. En vacío se aplican valores más estrictos.

Anchura de holgura y riesgo de extrusión

Una holgura demasiado ancha entre los componentes que deben sellarse provoca extrusión a presiones más altas: el caucho es empujado hacia la abertura y se daña de forma irreversible. La anchura máxima de la holgura depende de la presión de trabajo y de la dureza de la junta tórica. En materiales de silicona, debe reducir los valores a la mitad.

Por encima de 100 bar se recomiendan anillos de respaldo en el lado de baja presión de la ranura, independientemente de la dureza.

Selección de material para aplicaciones estáticas

La geometría de la ranura es igual para todos los materiales. Lo que varía según el material es la resistencia química, los límites de temperatura y, en aplicaciones de vacío, la permeabilidad al gas. Las opciones que figuran a continuación sirven como guía para las aplicaciones más habituales. Compruebe siempre la compatibilidad con su medio específico.

• NBR: aceite y agua, hasta +100 °C: NBR es la elección estándar.
• EPDM: agua caliente, vapor, aplicaciones exteriores, líquido de frenos: EPDM.
• FKM (Viton): productos químicos agresivos, temperaturas más altas, hasta +200 °C: FKM.
• Silicona / PTFE: temperaturas muy bajas o muy altas, alimentación y sector médico: silicona o PTFE.
• FFKM: casi todos los medios, hasta +270 °C: FFKM.

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¿Cuándo no es una junta tórica la elección correcta?

Una junta tórica es muy adecuada para el sellado estático en la mayoría de las aplicaciones industriales. Sin embargo, existen situaciones en las que otros sistemas de sellado ofrecen mejores prestaciones. Si las condiciones coinciden con alguno de los puntos siguientes, merece la pena considerar alternativas.

Presiones de trabajo extremas por encima de 400 bar: a esas presiones, las juntas metálicas de cara o los sellos elastoméricos especialmente diseñados son más adecuados. Las juntas tóricas requieren anillos de respaldo y holguras más estrechas a presiones muy elevadas.

Fuertes ciclos térmicos: con ciclos de temperatura repetidos, los elastómeros se relajan y pierden su precarga. Los muelles metálicos o los sellos autoenergizados pueden funcionar mejor en estos casos.

Requisitos de vacío extremadamente altos (por debajo de 10-10 mbar): para ultraalto vacío, las juntas metálicas (como los crush rings de aluminio o cobre) son el estándar. Las juntas tóricas se quedan cortas en esos requisitos debido a la difusión a través del elastómero.