Anillo Glyd y Junta de Paso en Cilindros Hidráulicos para Perforación de Roca: Cómo Funcionan y Cómo Elegir un Reemplazo

Detrás del sistema de avance, el brazo y otros actuadores hidráulicos de cada equipo de perforación de roca se encuentran dos diseños de juntas que, a primera vista, parecen casi idénticos, pero que desempeñan funciones distintas en lugares diferentes y por razones distintas: el anillo Glyd y la junta de paso. Ambos combinan un anillo de PTFE resistente al desgaste con un elastómero Junta tórica debajo de él, y juntos constituyen algunas de las juntas para émbolos y varillas más utilizadas actualmente en cilindros hidráulicos. En este artículo se explica cómo funcionan realmente estas juntas compactas, dónde las utiliza un equipo de perforación de roca, cómo identificar su fallo y qué verificar antes de pedir un reemplazo.

¿Qué Son los Anillos Glyd y las Juntas de Paso?

Un anillo Glyd y un sello en escalón son ambos ejemplos de lo que la industria de los sellos denomina sello compacto o sello de PTFE energizado por una junta tórica: un anillo de desgaste rígido y de bajo rozamiento fabricado en PTFE, respaldado por una junta tórica de caucho que lo precarga contra la superficie acoplada. El anillo de PTFE es el que entra realmente en contacto con el cilindro o con la varilla del pistón y realiza la función de sellado; la junta tórica situada debajo proporciona la compresión elástica que el PTFE, por sí solo, no puede ofrecer, ya que el PTFE no recupera su forma como lo hace el caucho tras ser comprimido.

El nombre «Glyd Ring» y «Step Seal» se originaron como marcas comerciales de fabricantes, pero actualmente se usan de forma generalizada en toda la industria, del mismo modo que el término «O-ring» se ha convertido en un término genérico. En los catálogos de piezas en chino, ambos suelen agruparse bajo el término genérico ge Lai Quan (Glyd ring), mientras que si Te Feng (Step Seal) se emplea específicamente para la variante de sello en la varilla.

¿Cuál es la diferencia entre un Glyd Ring y un Step Seal?

Los dos diseños están concebidos para funciones opuestas en el mismo cilindro. Un anillo Glyd tiene un perfil simétrico y rectangular, lo que le permite sellar con igual eficacia independientemente del lado desde el que provenga la presión: justo lo que necesita un sello de pistón cilindro hidráulico sello de varilla cilindro hidráulico

Una forma sencilla de recordar la diferencia: el anillo Glyd se instala en el émbolo (sello de cámara, sellado bidireccional), mientras que el sello escalonado se instala en la varilla (sello de varilla, sellado unidireccional). Ambos utilizan la misma construcción básica de PTFE más junta tórica, razón por la cual suelen analizarse conjuntamente, pese a desempeñar funciones distintas dentro del mismo cilindro.

Foto 1: Comparación de los perfiles del anillo Glyd y del sello escalonado

¿Cómo logra la junta tórica de energización convertir un sello de PTFE en un sello funcional?

El PTFE es valorado para sellado debido a su fricción muy baja y su excelente resistencia química y al desgaste, pero por sí solo carece prácticamente de memoria elástica: una vez comprimido, permanece comprimido en lugar de recuperar su forma para mantener la presión de contacto. Un anillo tórico de caucho situado detrás del anillo de PTFE resuelve este problema actuando como un resorte: empuja continuamente el anillo de PTFE hacia afuera (para un Glyd Ring en su ranura de alojamiento) o hacia adentro (para una configuración de sello de vástago), manteniendo al anillo de desgaste en contacto firme con la superficie móvil incluso a medida que el propio PTFE se desgasta con el tiempo.

Esta división de funciones es lo que otorga a los sellos compactos su comportamiento característico: la superficie deslizante de PTFE, con fricción baja y baja tendencia al stick-slip, combinada con la capacidad del anillo tórico para ajustar continuamente la fuerza de contacto del sello conforme cambian las holguras y el anillo de desgaste se desgasta gradualmente. La pérdida de la función del anillo tórico —por su propia degradación— provoca el fallo del sello incluso cuando el anillo de PTFE pueda seguir pareciendo intacto.

La prueba básica que debe superar cualquier junta de este tipo, a cualquier presión de funcionamiento, es que la presión de contacto entre el anillo de PTFE y la superficie móvil debe mantenerse por encima de la presión del fluido que retiene. Estudios mediante elementos finitos de las juntas Glyd Ring confirman esto directamente: la presión de contacto máxima aumenta junto con la presión del fluido y se mantiene por encima de ella en todo el rango ensayado, lo cual es la condición que evita fugas en la junta. Dichos estudios también muestran hasta qué punto el rendimiento de la junta depende con gran sensibilidad de su perfil exacto; en un estudio sistemático, el mejor rendimiento de estanqueidad bajo alta presión se obtuvo únicamente dentro de ventanas geométricas bastante estrechas, del orden de unas décimas de milímetro en el radio del labio y de unos pocos grados en el ángulo lateral de la junta; esta es una de las principales razones por las que los perfiles Glyd Ring y Step Seal no deben aproximarse a partir de una pieza de aspecto similar.

También vale la pena comprender que un sello reciprocante no constituye una barrera perfecta de cero fugas, incluso cuando funciona exactamente según su diseño, lo cual es relevante al evaluar si una pequeña fuga en una varilla representa realmente un problema. La teoría de lubricación basada en la ecuación de Reynolds, utilizada para modelar la película delgada de fluido entre el labio del sello y la superficie móvil, muestra que un sello reciprocante transporta una película de fluido hacia afuera durante una carrera y una película de vuelta durante la carrera de retorno; la fuga neta por ciclo es proporcional a la diferencia entre esos dos espesores de película, lo cual, a su vez, depende del gradiente de presión en el lado del fluido frente al lado del aire en cada extremo de la carrera. Un perfil de sello diseñado para acentuar el gradiente de presión en el lado del fluido y suavizarlo en el lado del aire devolverá más fluido del que deja escapar, acercándose a una fuga neta nula durante un ciclo completo; un perfil mal adaptado produce el efecto opuesto. Esto forma parte de la base teórica por la cual pequeños cambios en el perfil, medidos en décimas de milímetro y mencionados anteriormente, pueden tener un efecto desproporcionadamente grande sobre la fuga medida.

¿Dónde se utilizan los anillos Glyd y los sellos de escalón en las perforadoras de roca?

En una perforadora de roca, los sellos del tipo anillo Glyd y sello de escalón se encuentran con mayor frecuencia en los cilindros actuadores hidráulicos que desplazan el equipo alrededor de la broca, y no dentro del mecanismo de percusión de la unidad perforadora: cilindros de avance que desplazan la broca hacia adelante y hacia atrás a lo largo de su carril guía, cilindros de brazo y giro que posicionan la broca sobre el orificio, y cilindros actuadores similares ubicados en otras partes del chasis portador. Estos cilindros soportan la misma condición de doble acción y presión alternada para la cual fueron diseñados los anillos Glyd y los sellos de escalón.

Dado que los cilindros de avance, en particular, realizan ciclos constantes durante un turno de perforación y operan en un entorno polvoriento y cargado de residuos, sus sellos de émbolo y de vástago son algunos de los elementos de desgaste que se reemplazan con más frecuencia en la parte de la perforadora («rig side»), distinguiéndose así de las piezas de desgaste del lado de percusión, como la membrana del acumulador o el sello de copa, tratadas en otras secciones.

¿Qué ocurre cuando falla un anillo Glyd o un sello de escalón?

Cuando el anillo de desgaste de PTFE se desgasta por completo o el energizador de junta tórica pierde su elasticidad, el sello ya no puede mantener suficiente presión de contacto contra el cilindro o el vástago para contener la presión hidráulica. El resultado práctico es una fuga interna alrededor del pistón (lo que se manifiesta como pérdida de fuerza de retención del cilindro o desplazamiento bajo carga) o una fuga externa alrededor del sello del vástago (goteo visible de aceite en el vástago, especialmente tras un período de inactividad y presurización del cilindro).

Dado que el anillo de PTFE y la junta tórica pueden fallar de forma independiente —una junta tórica endurecida y agrietada puede comprometer un anillo de PTFE aún funcional, y un anillo de PTFE desgastado por completo puede exponer a una junta tórica en buen estado al desgaste directo—, normalmente se reemplaza todo el kit de sellos, abordando ambos componentes conjuntamente en lugar de tratarlos como piezas de repuesto independientes.

Foto 2: Sello de PTFE desgastado y energizador de junta tórica

¿Cómo saber si el sello de su cilindro ha fallado?

Un anillo Glyd o un sello escalonado defectuoso generalmente se manifiesta mediante uno o varios de los siguientes síntomas:

• El cilindro pierde fuerza de sujeción o se desplaza lentamente bajo carga cuando debería permanecer fijo.
• Fuga visible de aceite en el sello del vástago, especialmente evidente tras haber estado la máquina inactiva bajo presión.
• Movimiento del cilindro más lento o menos constante, sobre todo al inicio de la carrera.
• Contaminación o cambio de color del aceite hidráulico debido a un limpiador (wiper seal) que ya no impide la entrada de polvo y partículas.
• Un cilindro que se siente esponjoso o pierde precisión en el posicionamiento, lo cual concuerda con una derivación interna por el sello del pistón.

La tabla siguiente relaciona estos síntomas con sus causas probables y una verificación inicial razonable.

¿Qué causa el desgaste prematuro de estos sellos?

Varias condiciones acortan la vida útil de los sellos Glyd Ring y de tipo Step muy por debajo de su potencial de diseño:

• Aceite hidráulico contaminado que transporta partículas abrasivas, lo cual acelera el desgaste en la superficie deslizante del anillo de PTFE.
• Un cilindro o varilla con superficie rayada, picada o corroída, que el anillo de PTFE no puede compensar completamente, independientemente de qué tan bien esté asentado.
• Un material del impulsor de tipo O-ring incompatible con el fluido hidráulico empleado, lo que provoca su hinchazón, endurecimiento o pérdida de elasticidad más rápido de lo esperado.
• Instalación incorrecta, especialmente colocar un sello de tipo Step en orientación equivocada, lo cual invalida desde el inicio su diseño de sellado unidireccional.
• Temperaturas elevadas sostenidas más allá del rango nominal del impulsor de tipo O-ring, ya que el anillo de PTFE tolera bien el calor, pero el impulsor de caucho situado debajo suele ser el eslabón más débil.

¿Por qué es tan importante la dirección de instalación de un sello de escalón?

El perfil simétrico de un anillo Glyd significa que, en esencia, es imposible instalarlo al revés; sella de la misma manera independientemente de su orientación. El perfil escalonado y asimétrico de un sello de escalón es lo opuesto: está diseñado específicamente para sellar en una sola dirección, y su instalación al revés implica que el lado de baja presión del sello queda ahora frente al aceite presurizado que debería contener.

Un sello de escalón instalado con orientación incorrecta puede parecer funcionar brevemente, ya que el anillo O energizador sigue aportando cierta fuerza de sellado, pero normalmente fallará mucho antes de alcanzar su vida útil nominal y puede fallar de una manera que resulta idéntica al desgaste habitual; por eso vale la pena verificar dos veces la orientación de instalación siguiendo las instrucciones del fabricante cada vez que se reemplaza un sello de vástago, y no limitarse a asumirla únicamente a partir de la forma de la ranura.

Las juntas de tipo Step Seal también presentan una característica documentada de fuga dependiente de la presión, que conviene conocer antes de diagnosticar una junta como «fallida». La investigación clásica sobre el comportamiento de las juntas Step Seal describe cuatro zonas a medida que aumenta la presión del sistema: una zona sub-sellado, a presión muy baja (aproximadamente de 0 a 0,6 MPa), donde la fuga es despreciable; una zona de inestabilidad (aproximadamente de 0,6 a 1,5 MPa), donde el anillo deslizante puede flotar momentáneamente y la fricción cae hasta un mínimo local, incrementando temporalmente la fuga interna aunque, en realidad, nada ha fallado; una zona de sellado normal (aproximadamente de 3 a 32 MPa, según el diseño), que abarca la mayor parte de las presiones operativas reales, donde el rendimiento del sellado es bueno y estable; y una zona de fallo del sellado, por encima de la presión nominal de la junta, donde el sellado se deteriora de forma irreversible. Dado que la zona inestable se sitúa bien por debajo de la presión de trabajo habitual en la mayoría de los cilindros, rara vez causa problemas en la práctica; sin embargo, en diseños que deben atravesarla —por ejemplo, durante una elevación lenta de la presión—, a veces se hace intencionalmente de forma rápida, o bien se combina una junta Step Seal con una segunda junta de tipo distinto, de modo que sus rangos de presión inestables no coincidan. Esta es una de las razones por las que los juegos de juntas multicompuestos, en lugar de un único anillo, constituyen la especificación habitual para una posición de junta de vástago.

Foto 3: Orientación de instalación del cierre escalonado .

¿Cómo elegir el anillo Glyd o el cierre escalonado de repuesto adecuado?

Una vez confirmado el fallo, tres factores determinan el repuesto correcto:

• Coincidencia dimensional exacta con el diámetro interior del cilindro o con el diámetro del vástago y con el perfil de la ranura, ya que los anillos Glyd y los cierres escalonados están dimensionados y perfilados específicamente para cada diseño de cilindro.
• Un compuesto de PTFE y un material para el anillo elastomérico impulsor adaptados a la carga, la velocidad y el fluido hidráulico de la aplicación, lo cual se explica con mayor detalle en un artículo complementario sobre los materiales utilizados en estas juntas.
• Adquirir un par combinado (anillo de PTFE más impulsor) en lugar de mezclar componentes de distintos proveedores, ya que ambas piezas están diseñadas para funcionar conjuntamente con una tolerancia y una precarga específicas.

Foto 4: Disposición previa a la instalación del kit de juntas de repuesto

¿Dónde puede adquirir juntas de repuesto fiables?

Como las dimensiones del anillo Glyd y de la junta Step dependen específicamente del diámetro interior del cilindro, del diámetro del vástago o del diseño de la ranura, la adquisición consiste en encontrar un proveedor capaz de igualar exactamente esas dimensiones y recomendar una combinación adecuada de PTFE y junta tórica para la aplicación, en lugar de una pieza de tamaño genérico.

Nanjing Hovoo Machinery Technology Co., Ltd, un fabricante chino de juntas fundado en 2013, produce componentes de sellado en PU, caucho y PTFE, incluidas juntas de pistón y juntas de vástago del tipo Glyd Ring y Step Seal utilizadas en cilindros hidráulicos destinados a equipos de perforación de rocas, construcción y excavadoras, y afirma que ofrece soporte técnico gratuito para ayudar a confirmar las dimensiones y la combinación de materiales correctas para un cilindro determinado antes de realizar un pedido.

Si no está seguro de qué junta necesita su cilindro, proporcionar al proveedor los diámetros del vástago y del cilindro, las dimensiones de la ranura y sus condiciones operativas habituales (presión, velocidad, tipo de fluido hidráulico y temperatura) es la forma más fiable de obtener una junta que se ajuste correctamente y funcione como se espera.

Foto 5: Kit de juntas empaquetado para su envío

1. Dai L. «Optimización e investigación experimental del rendimiento de sellado de las juntas Glyd de movimiento alternativo hidráulico». Tesis de maestría, Universidad Jiangnan, 2025.
2. Yao S. «Análisis de las características de sellado de las juntas escalonadas». Hydraulics Pneumatics & Seals, 2003, (5): 33–35.
3. Jin Z., Liang G., Long R., Li W. «Método de cálculo de la vida útil de las juntas Glyd utilizadas en los pistones de cilindros hidráulicos». Journal of Shenyang University of Chemical Technology, 2022, 36(4): 362–367.
4. Nikas G. K. «Ochenta años de investigación sobre juntas hidráulicas alternativas: revisión de estudios tribológicos y temas relacionados desde la década de 1930». Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2010, 224(1): 1–23.