Tecnología de sellado y elección de materiales en sistemas hidráulicos

La estanqueidad es clave para mantener un sistema hidráulico funcionando correctamente. Cualquier fuga de aceite desde el cilindro o el pistón, o cualquier entrada de suciedad, acortará la vida útil de todo el sistema y reducirá su eficiencia.

Para evitar que el aceite se escape y que la suciedad entre, la industria ha desarrollado numerosos tipos distintos de juntas, técnicas y métodos. Cada uno tiene sus propias ventajas. En ciertas aplicaciones exigentes, una sola junta puede no ser suficiente, por lo que los ingenieros recurren a un sistema completo de estanqueidad.

Selección y uso de sistemas de estanqueidad

Un sistema de sellado suele estar compuesto por varias juntas especiales que funcionan conjuntamente para ofrecer un excelente rendimiento general. Un sistema de sellado para cilindros de alta presión normalmente consta de cuatro partes: un limpiador (wiper), una junta del vástago (o junta principal), una junta amortiguadora (o junta secundaria) y un anillo guía.

Los cuatro materiales utilizados con mayor frecuencia actualmente en juntas hidráulicas son el poliuretano (PU), la goma nitrílica (NBR), la goma fluorada (FKM) y el politetrafluoroetileno (PTFE).

Cómo elegir el material adecuado

La elección del material depende de las condiciones de trabajo. Diferentes productos químicos reaccionan

de distinta manera con cada material, y algunos pueden soportar mayores presiones o temperaturas. El material también debe resistir la extrusión (deformación por aplastamiento). Por tanto, la elección correcta siempre depende de la aplicación específica.

A continuación se indican los materiales de sellado más comunes y sus principales ventajas.

1. Poliuretano (PU)

El poliuretano es un material plástico resistente que contiene muchos grupos uretano en su estructura química. Es un tipo de elastómero termoplástico. Actúa parcialmente como un plástico rígido y parcialmente como caucho, cubriendo así la brecha entre ambos.

Sus propiedades provienen de tres ingredientes principales: poliol, diisocianato y extensor de cadena. El tipo y la cantidad de cada uno, junto con la forma en que reaccionan, determinan el rendimiento final. El poliuretano suele ofrecer:

· Alta resistencia mecánica

· Alta resistencia a la tracción

· Muy buena resistencia al desgaste

· Excelente flexibilidad

· Rigidez ajustable en un amplio rango

· Amplio rango de dureza manteniendo, no obstante, su elasticidad

· Buena resistencia al ozono y al envejecimiento

· Excelente resistencia al desgaste y al desgarro

·Buena resistencia al aceite y a la gasolina

Rango de temperatura: -30 a 80 °C. Tipos especiales de alto rendimiento pueden soportar hasta 110 °C durante largos periodos en aceite mineral.

2. Caucho de nitrilo (NBR)

El NBR se fabrica a partir de butadieno y acrilonitrilo. La cantidad de acrilonitrilo (ACN) modifica considerablemente sus propiedades:

·Elasticidad

·Tenacidad a bajas temperaturas

·Permeabilidad al gas

·Deformación permanente por compresión

·Resistencia a la hinchazón en aceite mineral, grasa y combustible

El NBR con bajo contenido de ACN es muy flexible a bajas temperaturas (hasta aproximadamente -45 °C), pero presenta solo una resistencia media al aceite y al combustible. El NBR con alto contenido de ACN ofrece la mejor resistencia al aceite y al combustible, pero puede únicamente

mantenga la flexibilidad hasta -3 °C. A medida que aumenta el contenido de acrilonitrilo (ACN), disminuye la elasticidad y empeora la deformación permanente por compresión.

El NBR es bueno para:

· Resistir la hinchazón en hidrocarburos alifáticos, grasas, aceites hidráulicos resistentes al fuego HFA/HFB/HFC, aceites vegetales y animales, combustibles ligeros y diésel

· Soportar agua caliente hasta 100 °C (por ejemplo, en instalaciones de fontanería), ácidos débiles y álcalis

· Resistencia media frente a combustibles altamente aromáticos

Se hincha considerablemente en hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos clorados, aceites resistentes al fuego HFD, ésteres, disolventes polares y líquido de frenos a base de glicol.

Rango de temperatura: -40 a 100 °C (durante periodos cortos hasta 130 °C). Mezclas especiales pueden operar a temperaturas tan bajas como -55 °C. Por encima de este límite, el material se vuelve rígido.

3. Caucho fluorado (FKM)

El FKM se obtiene combinando fluoruro de vinilideno (VF) con distintas cantidades de

hexafluoropropileno (HFP), tetrafluoroetileno (TFE) y otros componentes. La composición de la mezcla y el contenido de flúor (65 % a 71 %) determinan su resistencia química y su comportamiento a bajas temperaturas. Puede vulcanizarse con diaminas, bisfenoles o peróxidos orgánicos.

El FKM es conocido por:

·Excelente resistencia a altas temperaturas

·Resistencia excepcional al aceite, a la gasolina, al aceite hidráulico y a los disolventes de hidrocarburos

·Buena resistencia al fuego

·Muy baja permeabilidad al gas

·Hinchazón elevada en disolventes polares, cetonas, aceites hidráulicos resistentes al fuego del tipo Skydrol y líquido de frenos

Rango de temperatura: aproximadamente de -20 a 200 ℃ (durante periodos cortos hasta 230 ℃). Grados especiales pueden operar desde -50 hasta 200 ℃.

4. Politetrafluoroetileno (PTFE)

El PTFE se fabrica a partir de tetrafluoroetileno. Este material no elástico es especial porque:

·Su superficie es muy lisa y estable

·Es no tóxico hasta 200 ℃ ·Fricción extremadamente baja contra casi cualquier otra superficie: la fricción estática y la dinámica son casi idénticas

·Excelente aislamiento eléctrico (casi inalterado por la frecuencia, la temperatura o las condiciones climáticas)

·Mayor resistencia química que cualquier otro plástico o caucho

·Únicamente atacado por metales alcalinos líquidos y algunos compuestos de flúor a altas temperaturas

Rango de temperatura: -200 ℃ a 260 ℃. Incluso a temperaturas muy bajas conserva cierta flexibilidad, por lo que se utiliza en muchas aplicaciones extremas de frío.

como el PTFE no es muy elástico y puede fluir con el tiempo, la mayoría de los sellos hidráulicos lo combinan con un resorte o una pieza de caucho para mantener el labio bien ajustado.

Diseños comunes de sellos en cilindros hidráulicos

A continuación se indican los tipos de sellos más utilizados en cilindros hidráulicos.

1. Sellos de émbolo

·Sello entre el émbolo y el tubo del cilindro: muy importante para el correcto funcionamiento del cilindro

·El diseño más común es una junta de labio, pero también se utilizan juntas tóricas (O-rings) o juntas en forma de T (T-seals)

·Debe proporcionar un sellado hermético manteniendo al mismo tiempo la fricción baja

·Están fabricadas con distintos materiales según la aplicación

·Requiere la presión del sistema para comprimir el labio y asegurar el sellado

2. Limpiadores (juntas anti-polvo)

·Acción de raspado intensa para evitar la entrada de lodo, agua, polvo y suciedad

·Eliminan la película de aceite y la devuelven al sistema cuando el vástago se retrae

·Protegen las juntas principales y prolongan su vida útil

·Suelen fabricarse con poliuretano de alta resistencia al desgaste

·También se utilizan frecuentemente como juntas de grasa en los pasadores de articulación

3. Juntas de varilla

·Evitan que el aceite se fugue del sistema

·Deben funcionar correctamente tanto a baja como a alta presión

·Requieren una excelente resistencia a la extrusión y al desgaste

·Deben devolver la película de aceite al sistema

·Normalmente soportan presiones de hasta 31,5 MPa

4. Juntas amortiguadoras

·Soportan impactos repentinos de alta presión

·Protegen la junta de varilla frente a picos de presión

·Pueden liberar la presión atrapada entre las juntas, lo que prolonga la vida útil de la junta de varilla y permite un juego mayor sin extrusión. Asimismo, presentan una elevada resistencia al desgaste.

5. Anillos guía (bandas de desgaste)

·Evitan que las piezas metálicas del interior del cilindro entren en contacto entre sí

·Mantienen centrados el vástago del pistón y el pistón

·Contribuyen a prolongar la vida útil de los sellos

6. Juntas tóricas (O-rings)

·Las más comunes para sellos estáticos (no móviles)

·Sellan al ser comprimidas radial o axialmente

·Funcionan en ambas direcciones

·Pueden utilizarse como elemento de aplicación de fuerza o como sello principal

·Auto-sellantes: no requieren presión ni velocidad adicionales

La tecnología de sellado es el corazón de la fiabilidad, la larga vida útil y la eficiencia de los sistemas hidráulicos. Desde la selección del material adecuado individual hasta el diseño de un sistema completo de múltiples piezas, cada elección debe adaptarse exactamente a la presión, la temperatura y las condiciones de trabajo.