Las juntas tóricas son un elemento de sellado importante en la construcción de máquinas y se utilizan en muchas industrias. Proporcionan un sellado excelente contra fluidos a alta presión y pueden mantener el rendimiento incluso en entornos de trabajo hostiles.
En este artículo aclaramos la cuestión de qué es una junta tórica, cómo se construyen las ranuras para juntas tóricas, qué tipos hay y de qué materiales están hechas. También cubriremos algunos cálculos básicos de juntas.
¿Qué son los anillos de sellado?
Las juntas tóricas son sellos mecánicos que garantizan un sellado de alta calidad entre dos superficies de contacto. Esto significa que son responsables de bloquear el flujo de fluidos de un lado al otro del sello. Por ejemplo, consideremos una bomba. Su salida contiene líquidos a alta temperatura y alta presión, que pueden escapar fácilmente al espacio de baja presión, reduciendo la eficiencia de la bomba. La instalación de juntas tóricas donde pueda haber fugas de líquido evita esto, asegurando un sellado fuerte.
Además, las juntas tóricas tienen forma de anillo, normalmente con una sección transversal circular. Por lo general, están hechos de un elastómero flexible, ya que la flexibilidad es la propiedad del material más importante para que las juntas tóricas funcionen de manera eficiente.
Los anillos de sellado pueden sellar estática y dinámicamente. En un sello estático, ambas superficies de contacto son estacionarias, mientras que en un sello dinámico hay un movimiento relativo entre ellas.
Principio de funcionamiento de superficie/ranura de junta tórica
El principio de funcionamiento de la ranura para junta tórica es sencillo. Al conectar las dos superficies de contacto, la junta tórica se sujeta entre ellas, creando un sello hermético. Para que esto sea posible, se mecaniza una ranura en la superficie de la parte interior en el punto donde se requiere el sellado. Los ingenieros llaman a esta ranura ranura para junta tórica (estopa para juntas tóricas).
Las dimensiones de la ranura de la junta tórica requieren un ligero estiramiento de la junta tórica para obtener un ajuste estable de la junta tórica en la ranura, similar a un ajuste a presión. Además, el diámetro de la junta tórica se mantiene intencionalmente ligeramente mayor que la profundidad de la ranura de la junta tórica, lo que hace que sobresalga más allá de la superficie de contacto.
Esta parte extendida entra en contacto con la superficie de contacto exterior durante el montaje. La presión de montaje comprime la junta tórica tanto que llena parcialmente la ranura de la junta tórica (caja de empaquetadura de la junta tórica) y sella el espacio entre las dos superficies. Esta brecha es otra consideración de diseño importante. Los ingenieros utilizan el término "brecha de liquidación" para describirlo.
Tipos de ranuras/cajas de sellado para anillos de sellado
La ranura del anillo de sellado (caja de sellado del anillo de sellado) es la característica de diseño más importante para producir anillos de sellado eficientes. Están disponibles en diferentes formas y tamaños según la aplicación. A continuación presentamos algunos de los tipos de ranuras más importantes para juntas tóricas.
Brida/ranura del sello mecánico
La ranura del sello de brida es el tipo más común y simple de ranura del anillo de sello. La ranura es rectangular y no tiene espacio entre las superficies de contacto. Por lo tanto, existe un contacto directo de superficie a superficie, evitando cualquier problema asociado con los espacios en la extrusión de los anillos.
Además, la ranura del sello de la brida tiene un diseño de ranura del anillo de sello estático, adecuado para componentes inmóviles. La siguiente tabla muestra las dimensiones recomendadas de la ranura de la junta tórica para varios tamaños según el estándar AS568.
Ranura de cola de milano
La ranura en cola de milano tiene paredes laterales inclinadas, lo que le da la apariencia de cola de milano, de ahí el nombre. La pendiente de la pared crea una ranura con sección transversal trapezoidal, cuyo objetivo principal es mantener la junta tórica en su lugar durante la instalación y el mantenimiento. Este diseño es adecuado para sellado estático. Además, la función de bloqueo hace que la ranura en cola de milano sea ideal para aplicaciones que requieren desmontaje y mantenimiento regulares, ya que permite menos tiempo de inactividad y un manejo más rápido.
Sin embargo, los diseñadores deben tener cuidado al elegir las dimensiones de las ranuras en cola de milano porque un ángulo de inclinación grande puede limitar el espacio dentro de la ranura en el que se puede expandir la junta tórica. En este caso, la falta de espacio puede dañar la junta tórica y afectar la calidad del sello. La siguiente tabla resume las dimensiones recomendadas de una ranura para junta tórica en cola de milano (caja de sellado de junta tórica) para varios tamaños de juntas tóricas.
| Anillo de sello CS | Profundidad de ranura (L) | Estrujar (%) | Ancho de ranura (G) | Radio de soporte (R) | Radio de ranura (R₁) |
| 0,07 | 0,053 – 0,055 | 23 | 0,057 – 0,061 | 0.005 | 0,015 |
| ±0,003 | |||||
| 0.103 | 0,081 – 0,083 | 21 | 0,083 – 0,087 | 0,01 | 0,015 |
| ±0,003 | |||||
| 0,139 | 0,111 – 0,113 | 20 | 0,113 – 0,117 | 0,01 | 0.031 |
| ±0,004 | |||||
| 0,21 | 0,171 – 0,173 | 18 | 0,171 – 0,175 | 0,015 | 0.031 |
| ±0,005 | |||||
| 0.275 | 0,231 – 0,234 | dieciséis | 0,231 – 0,235 | 0,015 | 0.062 |
| ±0,006 | |||||
| 0.375 | 0,315 – 0,319 | dieciséis | 0,315 – 0,319 | 0,02 | 0.093 |
| ±0,007 |
Ranura de media cola de milano
La ranura de media cola de milano es una ranura especial con una sola pared lateral inclinada. Representa un compromiso entre las ventajas de diseño de la ranura de sellado de brida y la capacidad de retención de la ranura de cola de milano. Ofrece por tanto las ventajas de ambos, pero de forma equilibrada. Por ejemplo, en aplicaciones donde funciona en vacío, la junta tórica se coloca hacia un lado del prensaestopas. En este caso, el lado plano de la ranura de media cola de milano es perfecto para sujetar la junta tórica mientras que el lado en ángulo la sujeta en la ranura.
Como antes, a continuación encontrarás la tabla con las dimensiones recomendadas.
| Anillo de sello CS | Profundidad de ranura (L) | Estrujar (%) | Ancho de ranura (G) | Radio de soporte (R) | Radio de ranura (R₁) |
| 0,07 | 0,053 – 0,055 | 23 | 0,064 – 0,066 | 0.005 | 0,015 |
| ±0,003 | |||||
| 0.103 | 0,083 – 0,085 | 19 | 0,095 – 0,097 | 0,01 | 0,015 |
| ±0,003 | |||||
| 0,139 | 0,113 – 0,115 | 18 | 0,124 – 0,128 | 0,01 | 0.031 |
| ±0,004 | |||||
| 0,21 | 0,173 – 0,176 | 17 | 0,190 – 0,193 | 0,015 | 0.031 |
| ±0,005 | |||||
| 0.275 | 0,234 – 0,238 | 15 | 0,255 – 0,257 | 0,015 | 0.062 |
| ±0,006 | |||||
| 0.375 | 0,319 – 0,323 | 14 | 0,350 – 0,358 | 0,02 | 0.093 |
| ±0,007 |
Ranura de trituración triangular
Este diseño tiene una sección transversal triangular con la ranura mecanizada en una de las contrapartes. Permite un proceso de ranurado sencillo y económico con suficiente rendimiento de sellado. El sello es estático y tampoco reutilizable. Una compresión extrema y desigual puede hacer que la junta tórica se deforme permanentemente. Las dimensiones de ranura de junta tórica recomendadas por los diseñadores se muestran a continuación para varios tamaños de sección transversal de junta tórica.
| Sección transversal (W) | ± | Profundidad de ranura (L) | ± (-0) |
| 0.070″ | ±0.003″ | 0.092″ | +0.003″ |
| 0.103″ | ±0.003″ | 0.136″ | +0.005″ |
| 0.139″ | ±0.004″ | 0,184″ | +0.007″ |
| 0.210″ | ±0.005″ | 0.277″ | +0.010″ |
| 0.275″ | ±0.006″ | 0.363″ | +0.015″ |
| 1,50 mm | ±0,08 mm | 1,98 mm | +0,08 mm |
| 2,00 mm | ±0,08 mm | 2,64 mm | +0,08 mm |
| 2,50 mm | ±0,08 mm | 3,30 mm | +0,13 mm |
| 3,00 mm | ±0,10 mm | 3,96 mm | +0,13 mm |
| 4,00 mm | ±0,13 mm | 5,28 mm | +0,18 mm |
Consideraciones de diseño del diámetro interior/exterior de la ranura de la junta tórica
El diámetro interior (ID) y el diámetro exterior (OD) son dimensiones importantes de la ranura del anillo de sello porque determinan la naturaleza de la interacción entre el anillo de sello y las superficies de contacto. Además, también son útiles para controlar las fuerzas de compresión y fricción que experimenta la junta tórica.
Los expertos recomiendan elegir el diámetro interior entre un 1 y un 5 % más pequeño que el diámetro exterior de la ranura de la junta tórica (prensa prensaestopas para juntas tóricas). Esto permite la ligera expansión de la junta tórica durante la instalación que comentábamos al principio.
Lo ideal es que el diámetro exterior sea ligeramente mayor que la profundidad del prensaestopas. Esto permite lograr una compresión adecuada del anillo de sello después de la instalación. El objetivo es aproximadamente del 1% al 3% de compresión.
Consideraciones de diseño sobre la profundidad y el ancho de la ranura del anillo de sellado/prensaestopas
El ancho y la profundidad de la ranura de la junta tórica (caja de sellado de la junta tórica) son dimensiones críticas para el rendimiento de la junta tórica, ya que determinan su volumen vacío y su forma general.
La profundidad debe ser menor que el diámetro de la junta tórica según el espacio libre recomendado por el fabricante. Esto es necesario porque una profundidad poco profunda puede comprimir excesivamente el rodamiento, mientras que una profundidad mayor puede causar problemas de extrusión. La extrusión se refiere al evento en el que el espacio es tan grande que una parte significativa de la junta es succionada hacia él, lo que provoca tensiones no deseadas y daña la junta.
El ancho del espacio también es importante para las dimensiones de la ranura de la junta tórica. Una ranura especialmente ancha aumenta los costes y puede acumular líquido, lo que puede provocar una presión adicional sobre la superficie de sellado. Un ancho pequeño tiene el mismo efecto que una altura pequeña: sobrecompresión.
Además, tanto el ancho como la profundidad de la ranura de la junta tórica determinan el llenado general de la carcasa del conjunto de la junta tórica. El llenado es la proporción de la sección transversal de la ranura que ocupa la junta tórica después del montaje. Las dimensiones de la ranura de la junta tórica deben determinarse de modo que el llenado no supere el 85%.
Área de la sección transversal del anillo de sellado
El área de la sección transversal de las juntas tóricas depende de su ancho (diámetro de su sección transversal). Las juntas tóricas con una sección transversal más pequeña son generalmente más baratas de producir y más livianas, pero es más probable que tengan una deformación por compresión alta. Esto significa que se deforman más en la ranura.
Aunque una sección transversal mayor es más voluminosa, tiene menos deformación por compresión y es más robusta. Sin embargo, la fricción superficial es alta debido a una mayor área de contacto con las paredes de la ranura.
Conjunto de compresión de junta tórica (apriete)
El conjunto de compresión (aplastamiento) es una consideración de diseño crítica en el diseño de ranuras para juntas tóricas. Geométricamente, esta es la diferencia entre el ancho de la sección transversal de la junta tórica y la altura del prensaestopas. En otras palabras, es la longitud que el conjunto comprime la junta tórica.
Si la ranura de la junta tórica es demasiado grande, existe el riesgo de una compresión excesiva de la junta tórica, lo que puede provocar una deformación permanente o incluso un sellado inadecuado. Por otro lado, una compresión más baja también puede ser problemática ya que puede no producir suficiente tracción superficial para garantizar un sellado.
Materiales de ranura de junta tórica
La selección del material en el diseño de la junta tórica es otra decisión importante. Como las juntas tóricas dependen en gran medida de su flexibilidad, el catálogo de posibles opciones de materiales se limita a los elastómeros. Sin embargo, hay muchos elastómeros para elegir y los diseñadores deben tener conocimientos sobre ellos para tomar decisiones informadas.
Caucho nitrilo
El caucho de nitrilo es el material más utilizado para las juntas tóricas. Está disponible en diferentes calidades que se diferencian en la composición del acrilonitrilo. Es muy resistente a la abrasión, tiene alta resistencia mecánica y buena resistencia a la permeabilidad a gases y compuestos como aceites y grasas minerales.
Además, es adecuado para un amplio rango de temperaturas de hasta 130°C.
Goma de silicona
La silicona es otro material popular para fabricar juntas tóricas. Es resistente a diversos ambientes dañinos, como el ozono, la radiación UV, los aceites y el aire caliente. Además, es muy resistente a la temperatura y mantiene sus propiedades mecánicas, incluida la flexibilidad, hasta 230°C.
Sin embargo, las desventajas incluyen baja resistencia y resistencia al desgaste. Por lo tanto, sólo es adecuado para aplicaciones de sellado estático.
poliuretano termoplástico
El poliuretano es ideal para condiciones de trabajo extremas, como el sellado a alta presión. Se caracteriza por su alta tenacidad, resistencia a la abrasión y estabilidad térmica.
La desventaja es que puede perder sus propiedades en ambientes con ácidos, hidrocarburos clorados y humedad.
Fluorelastómero
Los fluoroelastómeros son una buena opción para las juntas tóricas debido a su inactividad química contra la mayoría de los compuestos potencialmente dañinos. Además, los fluoroelastómeros tienen una superficie lisa con propiedades autolubricantes, lo que los hace perfectos para aplicaciones en las que es difícil instalar un sistema de lubricación.
Sin embargo, tienden a arrastrarse mecánicamente con el tiempo.
Otros materiales para juntas tóricas
Debido a la extensión de este artículo, es imposible cubrir toda la gama de materiales de juntas tóricas. Por lo tanto, a continuación se muestra una lista completa de otros materiales importantes:
- clorpreno
- Etileno propileno
- Perfluoroelastómero
- Caucho de poliacrilato
- Caucho de nitrilo hidrogenado
- PTFE (teflón)
- MIRAR
Ventajas de la ranura para junta tórica
La ranura para junta tórica (prensaestopas para junta tórica) ofrece numerosas ventajas sobre otros métodos de sellado. A continuación analizaremos brevemente estas ventajas.
Sello confiable
Las juntas tóricas son, sin duda, juntas extremadamente fiables. Con tantos tipos y materiales de ranuras para juntas, los diseñadores pueden elegir la mejor combinación para sus aplicaciones de juntas. Las juntas tóricas rara vez fallan, tienen una larga vida útil y pueden usarse en condiciones difíciles, lo que es suficiente para clasificarlas entre las soluciones de sellado de alta calidad.
Instalación compacta
La geometría compacta del diseño de la ranura de la junta tórica destaca entre las soluciones de sellado convencionales. Los sellos requieren una gran superficie y los sellos laberínticos requieren hardware y espacio adicionales, pero las juntas tóricas ocupan un espacio mínimo en un conjunto y son fáciles de instalar.
Luz
Una gran ventaja de las juntas tóricas es su reducido peso. Son pequeños anillos de goma que añaden poco peso al conjunto, pero aun así garantizan una buena estanqueidad.
Variedad de diseños y materiales.
La gran variedad de materiales y la versatilidad del diseño de las ranuras de las juntas tóricas ya se han comentado anteriormente, pero nos gustaría volver a destacar este punto como otra gran ventaja. Esta variedad no suele estar disponible para los diseñadores y es un lujo tener múltiples opciones para elegir para una aplicación tan importante.
Bonificación: cómo calcular las dimensiones de una junta tórica
En las secciones anteriores, se explicaron en detalle las dimensiones de la ranura de la junta tórica (prensaestopas de junta tórica). En esta sección entraremos en detalles sobre estos puntos y brindaremos algunos consejos sobre cómo calcular las dimensiones más importantes de la ranura de la junta tórica, es decir, la altura y el ancho del prensaestopas.
Altura de la ranura del anillo de sellado
Los parámetros más importantes que determinan la altura del prensaestopas del anillo de sello son la relación de compresión deseada y el ancho de la sección transversal del anillo de sello. Dado que estos dos parámetros están relacionados entre sí, la fórmula se deriva de su relación común.
Altura del prensaestopas = ancho de la sección transversal – (relación de compresión – ancho de la sección transversal)
La tercera entrada es la relación de compresión, que es una decisión de diseño. Idealmente, los ingenieros intentan diseñar un paquete con una relación de compresión de aproximadamente el 20%.
Ancho de montaje de junta tórica
Los parámetros más importantes que afectan el ancho del prensaestopas de la junta tórica son el área de la sección transversal de la junta tórica y el volumen de llenado deseado. Sugerimos en una sección anterior que el llenado de la junta tórica debería estar por debajo del 85%. Teniendo esto en cuenta, los ingenieros suelen aspirar a un valor entre el 50% y el 85%, según la aplicación, la selección del material, las condiciones de temperatura, etc.
La fórmula generalizada para el ancho de un prensaestopas de junta tórica:
Tenga en cuenta que esta no es la fórmula directa para el ancho del prensaestopas de la junta tórica, sino más bien una guía general para que los diseñadores se familiaricen con la geometría básica del diseño de la ranura de la junta tórica. En realidad, existen numerosos factores de corrección para variables como la expansión térmica que afinan los cálculos.
Concluyendo
Sin duda, las juntas tóricas tienen un valor fundamental en los elementos de las máquinas y son la solución de sellado preferida para la mayoría de aplicaciones técnicas. Este artículo ha cubierto la ranura de la junta tórica (prensaestopas de junta tórica) de manera integral, desde su propósito hasta el diseño y los materiales. Para complementar esto, también compartimos algunos consejos y fórmulas básicas de diseño.
Preguntas frecuentes
¿Cómo elijo el tamaño de una junta?
El tamaño de la junta tórica se determina en función de las dimensiones de los componentes a sellar. El diámetro interior debe ser ligeramente menor que el diámetro del eje para lograr un estiramiento, mientras que el diámetro exterior debe ser aproximadamente igual al diámetro exterior de la junta tórica.
¿Qué causa una falla en la junta tórica?
Existen numerosas razones por las que las juntas tóricas pueden fallar. Los daños físicos en forma de sobrecompresión, extrusiones y desgaste general pueden provocar fallos. Además, si el material de la junta tórica se expone a productos químicos con los que es incompatible, puede romperse y fallar debido a reacciones químicas.
¿Cómo instalo juntas tóricas?
La junta tórica se puede empujar suavemente y sin esfuerzo en su ranura durante la instalación. Si está demasiado apretado, es posible que necesite algo de lubricación. También es aconsejable evitar bordes/esquinas cortantes y tener cuidado al deslizar la junta tórica sobre secciones roscadas.
