Los factores como la dirección de la presión, la velocidad, el acabado de la superficie y la lubricación influyen en la determinación del diseño adecuado para un sello de pistón.

Un sello de pistón impide que la presión pase entre los lados opuestos de un pistón en movimiento. Esta es una afirmación muy simple. En realidad, existen varios factores contradictorios que un sello debe manejar. Es necesario que el sello evite fugas internas en la mayor medida posible, manteniendo un nivel de fricción aceptable. Además, debe soportar diversas condiciones de superficie y resistir repetidos cambios de dirección, sin que su ranura se deforme ni se enrolle.

Se utilizan juntas de pistón de goma especiales cuando ninguno de los perfiles estándar se ajusta a la ranura, el material del orificio, el fluido de trabajo, la velocidad o el procedimiento de montaje. El perfil de junta óptimo debe determinarse considerando todo el cilindro. Las fichas técnicas de los materiales no reflejan el funcionamiento de una junta de goma específica en el orificio del usuario.

La dirección de la presión determina el perfil básico.

Un sello unilateral se energiza principalmente desde un lado. Un cilindro de doble efecto requiere control en ambas direcciones, lo que puede implicar el uso de un perfil simétrico o un par de elementos de sellado. El cambio de presión podría descargar un labio y cargar el otro con bastante rapidez.

Con frecuencia, los sellos de pistón hidráulico entran en juego en aplicaciones donde la alta presión con fluidos incompresibles es la norma. La holgura, junto con los picos de presión, tienden a empujar el caucho hacia una abertura de extrusión. Según el diseño, puede ser necesario un compuesto más duro o un anillo o perfil de soporte que limite el movimiento del material en el borde.

En el caso de los sellos neumáticos de pistón, suelen funcionar a bajas presiones, pero pueden ciclar rápidamente con una lubricación mínima. La fuerza de arranque en seco, junto con la retención del lubricante, puede resultar más significativa que la presión máxima soportada. El aire seco, el agua condensada y las prácticas de mantenimiento también influyen en el desgaste.

Ranura y orificio crean una interfaz de sellado

La ranura y el orificio, por un lado, forman la superficie de sellado; por el otro, sirven de punto de montaje. La superficie del orificio debe ser tal que no corte los labios del elemento de sellado y, al mismo tiempo, permita la formación de una película estable de aceite o grasa. Una superficie muy rugosa puede aumentar rápidamente el desgaste y las fugas. Sin embargo, una superficie muy lisa puede contener marcas de mecanizado, como arañazos o pequeñas protuberancias, que pueden dañar gravemente el elemento de sellado.

Según Parker, el diseño de sellos alternativos para pistones se basa en la idea de que el acabado de la superficie de contacto, el acabado de la ranura y el chaflán de entrada son características individuales a las que se debe prestar atención.

Este chaflán de entrada ayuda a proteger el borde de sellado en el momento del montaje.

Las transiciones redondeadas y limpias reducen el riesgo de cortar o torcer el sello.

El sellado del papel también se ve afectado por el espacio de extrusión formado por el pistón, el orificio y los cojinetes. La carga lateral puede aumentar la holgura en un lado. Podrían ser necesarios anillos de desgaste o guías para mantener el pistón centrado y evitar que el sello se cargue durante la guía mecánica.

Variación de la fricción a lo largo del movimiento

El primer movimiento puede requerir más fuerza que el deslizamiento continuo.

La diferencia mencionada puede provocar un deslizamiento intermitente a baja velocidad, lo que a su vez afectará la posición. La carga de compresión del sello labial, las superficies, la lubricación, la presión y los materiales son los principales factores que influyen en este fenómeno, por lo que se debe medir la fricción en la aplicación prevista.

A mayor presión, una junta que funciona bien en cuanto a fricción a baja presión puede comportarse de manera diferente. Por lo tanto, las juntas de pistón de caucho personalizadas deben someterse a pruebas de presión y temperatura extremas, así como a diferentes velocidades, y no solo a condiciones típicas.

Un ejemplo de energía fluida pública

Parker presenta un perfil compacto en U C2, apto para cilindros hidráulicos y neumáticos. La ficha técnica ofrece un amplio rango de niveles de presión para ambas tecnologías e indica que los valores máximos dependen de la sección transversal y el material compuesto. Además, recomienda mantener las superficies libres de bordes afilados durante la instalación.

Este caso demuestra que existe un único perfil para dos medios, pero las restricciones y las sugerencias de ajuste no son las mismas. Este ejemplo es de un proveedor de código abierto, no de Yida. Un orificio, fluido o ciclo a medida puede requerir una solución única.

La elección del material sigue el curso del movimiento y la fluidez.

La selección del material del sello del pistón comienza con las condiciones del fluido hidráulico o aire comprimido, y luego se consideran la temperatura, la velocidad, la presión y el desgaste. El NBR es común con aceites minerales. El FKM puede considerarse para temperaturas elevadas o fluidos agresivos, mientras que el EPDM es adecuado para ciertos fluidos a base de agua, pero no para aceites derivados del petróleo.

El poliuretano ofrece una gran resistencia al desgaste y a la extrusión, aunque la flexibilidad a bajas temperaturas, la hidrólisis y la compatibilidad con fluidos dependen del grado. Los perfiles de caucho pueden presentar diferentes niveles de fricción y resiliencia. El nombre de la familia no sustituye la información a nivel de compuesto.

La selección del material del sello del pistón debe incluir el lubricante de montaje. Una grasa que simplifica la instalación puede hinchar el labio o alterar el comportamiento de desprendimiento tras el almacenamiento. Los agentes de limpieza y los aditivos para fluidos también deben revisarse cuando existe la posibilidad de contacto.

Los límites del catálogo no son calificaciones simultáneas.

El catálogo de sellos hidráulicos de Trelleborg indica que los valores máximos de presión, velocidad y temperatura especificados no necesariamente pueden utilizarse simultáneamente. Esta es una regla de diseño importante. El calor generado por la velocidad puede reducir el margen de material disponible para la exposición a la presión y al fluido.

La norma ISO 7986 proporciona métodos de ensayo estándar para juntas utilizadas en aplicaciones alternativas oleohidráulicas. Si bien permite realizar ensayos comparables, una condición de ensayo estándar no abarca todas las superficies de orificio, niveles de contaminación, cargas laterales ni ciclos de trabajo.

La norma ASTM D471 permite comparar los cambios tras la exposición a líquidos, y la ASTM D412 permite medir las propiedades de tracción. Ninguno de los dos métodos demuestra la presencia de fugas o desgaste en los sellos de pistones hidráulicos dentro de un cilindro en funcionamiento.

Secuencia de prueba de sellado finalizada

Inspeccione las dimensiones, el estado del labio, las rebabas y los defectos de moldeo antes del montaje. Confirme el ancho de la ranura, el diámetro del orificio, la entrada y los requisitos de superficie dentro de los límites de tolerancia. Registre el método de instalación y deseche las herramientas o los bordes que puedan rayar la superficie de sellado.

Mida la fuerza de arranque y la fuerza de funcionamiento a las presiones y velocidades requeridas. Para sellos de pistón neumáticos, incluya condiciones de lubricación con aceite y lubricación baja especificada cuando corresponda. Para diseños hidráulicos, incluya inversiones de presión, tiempos de espera y eventos de pico justificados.

Registre las fugas internas en todo el rango de operación. Haga funcionar el cilindro a una carrera, frecuencia, temperatura y carga lateral representativas. Añada contaminantes solo cuando la prueba pueda reproducir el entorno previsto de forma segura y consistente.

Tras el ciclo de funcionamiento, repita las mediciones de fugas y fricción. Inspeccione el pulido de los labios, los cortes, la extrusión, el laminado y la deformación permanente. El sellado dinámico del cilindro debe cumplir los criterios funcionales acordados antes de la prueba, no solo tener un aspecto aceptable tras el desmontaje.

Se necesitan los detalles de la aplicación antes de la fabricación de las herramientas.

Proporcione planos de perforación y ranurado, dirección de la presión, fluido, temperatura, carrera, velocidad, frecuencia de ciclo y vida útil prevista. Incluya la holgura de extrusión, la carga lateral, las especificaciones de la superficie, el lubricante, la ruta de montaje y las fugas y la fricción admisibles.

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. desarrolla componentes de elastómero moldeado para aplicaciones específicas del cliente. Yida puede analizar la viabilidad de fabricación, las opciones de compuestos, la geometría del labio y las dimensiones críticas para proyectos de sellado hidráulico y neumático.

Para garantizar un sellado fiable del pistón, el diseñador debe adaptar el perfil al cilindro, de modo que el sello se someta a un movimiento representativo que le permita resistir. Este método puede ofrecer mejores resultados que simplemente elegir los que parezcan adecuados según la presión o la dureza.