Retenes Radiales, Sellos Mecánicos y Juntas Tóricas: Propiedades y Aplicaciones Industriales

Retén Radial

Definición y Función

Un retén radial es una junta rotativa diseñada para mantener un fluido (como aceite o gas) dentro de un volumen específico, generalmente atravesado por un eje con movimiento axial o radial. Se monta en la parte fija de la máquina y posee un labio flexible que sella contra el eje, impidiendo así que el fluido escape.

Características Principales

• Buenas cualidades sellantes
• Gran resistencia al desgaste
• Buena resistencia al calor y al frío
• Buena resistencia contra diferentes medios químicos
• Facilidad de montaje
• Larga duración

Ejemplo de Aplicación

Eje del reductor.

Norma de Instalación

Los retenes deben instalarse en alojamientos con tolerancias dimensionales acordes a la norma ISO correspondiente. Si los alojamientos son metálicos, deben carecer de arañazos o marcas superficiales. Si se desea pegar la junta al alojamiento, es crucial asegurarse de que el adhesivo no entre en contacto con el labio principal de sellado ni con la superficie del eje. El montaje debe realizarse cuidadosamente para evitar excentricidades.

Tipos de Excentricidad

• Estática: Ocurre cuando la carga está mal distribuida con respecto al eje. Esto puede provocar desgastes excesivos en una zona específica y, consecuentemente, una pérdida inmediata de fluido.
• Dinámica: Se produce cuando el centro geométrico del eje no coincide con su centro de giro. A altas velocidades de rotación, al labio de sellado le resulta complicado mantener la estanqueidad de forma continua.

Materiales Comunes

• Nitrilo (NBR): Adecuado para aceites minerales y grasas. Rango de temperatura: -54 °C a 107 °C.
• Poliacrílico (ACM): Recomendado para lubricantes de extrema presión y altas temperaturas, hasta 177 °C. No se recomienda su uso por debajo de -40 °C.
• Silicona (VMQ): Ideal para aplicaciones de baja fricción. Rango de temperatura: -73 °C a 163 °C. Presenta baja resistencia a aceites oxidados, aditivos de extrema presión y contaminantes abrasivos.
• Fluoroelastómeros (FKM/Viton): Ofrecen la mayor resistencia química. Rango de temperatura: -40 °C a 204 °C. Resisten los productos químicos más agresivos y proporcionan un funcionamiento y vida de servicio excepcionales.

Sellos Mecánicos

Descripción y Ventajas

Los sellos mecánicos se sitúan entre el eje rotativo y la parte fija de dispositivos que trabajan con fluidos (bombas, compresores, etc.).

• Reducción significativa de fugas en comparación con otros métodos.
• Reducción de la fricción y el desgaste del eje.
• Disminución del tiempo necesario para reparación y mantenimiento.
• Capacidad para trabajar a altas presiones.

Parámetros Clave para Selección

Para seleccionar el sello mecánico adecuado, es necesario conocer:

• Diámetro y velocidad de rotación del eje.
• Características del fluido a sellar (tipo, viscosidad, compatibilidad química).
• Presencia de sólidos en suspensión en el fluido.
• Temperatura de trabajo.
• Presión de trabajo.

Juntas Tóricas (O-Rings)

Definición y Aplicaciones

La junta tórica es un elemento de estanqueidad de forma toroidal, eficaz y económico, válido para una amplia gama de aplicaciones, tanto estáticas como dinámicas. Se pueden emplear para sellar y aislar prácticamente cualquier fluido líquido o gaseoso.

Dimensionamiento

Las dimensiones de una junta tórica se definen por su diámetro interno (d1) y su sección transversal (d2).

Ventajas

• Bajo coste de la junta.
• Bajo coste y simplicidad del diseño del alojamiento.
• Diseño compacto.
• Instalación sencilla sin riesgos de daño si se hace correctamente.
• Amplia variedad de requisitos de aplicación cubiertos.
• Amplia selección de compuestos (materiales).
• Amplia gama de dimensiones disponibles en stock.

Ejemplos de Aplicación

Su campo de aplicación es muy amplio, desde actuar como junta de estanqueidad principal hasta funcionar como elemento de aseguramiento o activación. Ejemplos incluyen sellado en: manguitos, pistones de cilindros hidráulicos/neumáticos, vástagos (husillos), tapas, bridas, etc.

Materiales Comunes

• Nitrilo (NBR): Bueno para aceites y grasas minerales. Rango de temperatura: -30 °C a 100 °C.
• Viton (FKM): Resistente a hidrocarburos, aceites y grasas minerales a altas temperaturas, poco inflamable e impermeable. Rango de temperatura: -20 °C a 200 °C.
• Polipropileno (PP): (Nota: Menos común para juntas tóricas flexibles, verificar aplicación) Resistencia térmica y elástico. Rango de temperatura: -45 °C a 150 °C. (Materiales más comunes serían EPDM o Silicona para rangos similares).

Recomendaciones de Montaje

• Utilizar chaflanes de entrada fabricados según los planos de diseño del alojamiento.
• Asegurarse de que los orificios y alojamientos estén libres de rebabas y tengan los bordes redondeados.
• Limpiar cualquier residuo de mecanizado (virutas, polvo) del área de montaje.
• Cubrir las puntas de roscas y cantos vivos por los que deba pasar la junta durante la instalación.
• Engrasar o lubricar adecuadamente las juntas y los componentes antes del montaje, usando lubricantes compatibles con el material de la junta y el fluido del sistema.

Collarines

Descripción y Funcionamiento

Los collarines son elementos de estanqueidad diseñados específicamente para movimientos axiales (alternativos) en aplicaciones hidráulicas o neumáticas (por ejemplo, en cilindros). Se adaptan tanto a la superficie deslizante (vástago o pistón) como al alojamiento. Al recibir presión del fluido, se deforman elásticamente y se adaptan al espacio del alojamiento, incrementando la fuerza de sellado.

Aplicaciones Típicas

Se utilizan comúnmente en:

• Empaquetaduras de vástago y pistón.
• Guías de montaje.
• Rascadores (para proteger el sistema de contaminantes externos).

Ejemplo Práctico: Cálculo de Alojamiento para Junta Tórica

Cálculo para Alojamiento de Junta Tórica (Sellado Radial Exterior - Tipo Pistón)

Datos:

• Junta Tórica: Diámetro interno (d1) = 50 mm, Sección transversal (d2) = 4 mm
• Compresión requerida: 15% de la sección (d2)

Cálculos:

1. Calcular Diámetro Exterior de la Junta (D_ext):
   D_ext = d1 + 2 * d2 = 50 mm + 2 * 4 mm = 58 mm
2. Calcular la Compresión Absoluta (C):
   La compresión se aplica sobre la sección d2. Compresión = d2 * (Porcentaje de compresión / 100) = 4 mm * (15 / 100) = 0.6 mm
3. Calcular Diámetro del Alojamiento (D_aloj) para compresión radial:
   Para comprimir la junta radialmente hacia adentro (como en un pistón), el diámetro del alojamiento debe ser menor que el diámetro exterior de la junta. La reducción en el diámetro es el doble de la compresión aplicada a la sección. D_aloj = D_ext - 2 * C = 58 mm - 2 * 0.6 mm = 58 mm - 1.2 mm = 56.8 mm

El diámetro del alojamiento (cilindro) necesario para obtener una compresión del 15% en la sección de esta junta tórica, cuando actúa como sello de pistón, es de 56.8 mm.