Juntas tóricas de respaldo: consejos para la selección de temperatura y presión

He trabajado con sistemas de sellado hidráulicos y rotativos durante muchos años, asesorando a fabricantes de equipos originales (OEM) y equipos de mantenimiento sobre el diseño de conjuntos de sellos y la selección de materiales. En este artículo, resumo el comportamiento de las juntas tóricas de respaldo (anillos antiextrusión) en condiciones variables de temperatura y presión, cómo seleccionar materiales y geometrías, y consejos prácticos de instalación y prueba para reducir la extrusión, prolongar la vida útil y evitar fallos costosos. Consulto las directrices y normas del sector para que pueda verificar los datos y aplicarlos a sus diseños.

Por qué son importantes los anillos de respaldo en el sellado de alta presión

Función de una junta tórica de respaldo en una pila de sellos

Un anillo de respaldo, comúnmente llamado anillo antiextrusión o anillo de respaldo, no es un elemento de sellado principal. En cambio, se utiliza para sujetar una junta tórica bajo una alta presión diferencial y evitar la extrusión del elastómero blando en el espacio entre las piezas acopladas. Sin el soporte adecuado, el elastómero puede extruirse, descomponerse o cortarse, causando fugas repentinas o una degradación gradual del rendimiento. Para una descripción general de las juntas tóricas y sus usos, consulte la entrada de Wikipedia sobre juntas tóricas.aquí.

Cuándo especificar un anillo de respaldo

Recomiendo el uso de anillos de respaldo cuando la presión del sistema y la holgura (espacio libre) entre las piezas acopladas superan la capacidad del elastómero seleccionado. Los desencadenantes típicos incluyen presiones superiores a 200-300 bar en aplicaciones dinámicas de vástago o pistón, holgura reducida en el prensaestopas, altas temperaturas que reblandecen los elastómeros y picos repentinos de presión. El umbral exacto depende de la dureza del material, el diseño del prensaestopas y la temperatura de funcionamiento.

Tipos de anillos de respaldo y efectos de geometría

Los anillos de respaldo vienen en diversas formas y materiales: anillos sólidos de una sola pieza, anillos partidos para modernización, anillos angulares y perfiles de baja fricción para aplicaciones dinámicas. La geometría influye en la distribución de la carga a través de la junta tórica y en si esta rodará o se atascará bajo movimiento dinámico. Elegir la sección transversal y los diámetros interior/exterior correctos es tan importante como la selección del material.

Selección de materiales para temperatura y presión

Consideraciones sobre el material del elastómero frente al del anillo de respaldo

Siempre selecciono por separado el elastómero de la junta tórica (NBR, FKM, FFKM, EPDM, silicona, etc.) del material del anillo de soporte (PTFE, NYLON, POM o polímeros reforzados). El elastómero proporciona sellado por deformación y resiliencia; el anillo de soporte proporciona soporte mecánico sin deformación significativa. Cuando las temperaturas se acercan al límite superior del elastómero, el compuesto se ablanda y aumenta el riesgo de extrusión, por lo que es esencial seleccionar el anillo de soporte adecuado.

Rangos típicos de temperatura y presión según el material

A continuación se presenta una tabla de referencia de elastómeros comunes, rangos típicos de temperatura de funcionamiento continuo y una guía práctica de presión. Los valores corresponden a rangos típicos de la industria; siempre consulte las fichas técnicas del fabricante para su compuesto específico.

Fuentes: El manual de juntas tóricas de Parker y las hojas de datos de los fabricantes de materiales proporcionan rangos típicos; consulte la descripción general de ParkerManual de juntas tóricasy la guía ISO enISO 3601por consideraciones dimensionales y de rendimiento.

Materiales del anillo de respaldo y límites de temperatura

Los materiales comunes para anillos de respaldo incluyen PTFE (y variantes de PTFE relleno), nailon (PA) y POM (acetal). El PTFE ofrece una excelente resistencia química y térmica (uso continuo hasta ~260 °C para PTFE virgen), mientras que el nailon tiene un límite de temperatura inferior (~80–120 °C según el grado), pero menor fricción en sellos dinámicos. Las versiones de PTFE relleno (de bronce o de vidrio) mejoran la resistencia al desgaste y son ampliamente utilizadas; el desarrollo histórico del PTFE relleno está documentado en la literatura sobre compuestos de PTFE.aquí.

Mejores prácticas de diseño e instalación

Diseño de casquillos y control de holgura

Enfatizo la importancia de las dimensiones precisas del prensaestopas. Una holgura excesiva entre las piezas acopladas aumenta la holgura de extrusión y aumenta la demanda del anillo de respaldo. Para sellos dinámicos, siga las recomendaciones de tolerancia del prensaestopas de ISO y de los fabricantes de sellos. Siempre que sea posible, minimice las holguras de extrusión o incorpore barreras metal-metal para limitar la migración del anillo.

Dureza, sección transversal y orientación de la pila

La dureza del elastómero (medida en Shore A) afecta la susceptibilidad a la extrusión. Los materiales con mayor dureza resisten mejor la extrusión, pero pueden presentar fugas si no se comprimen correctamente. El anillo de soporte debe dimensionarse para soportar la carga sin interferencias excesivas que puedan causar cortes en la junta tórica. Suelo recomendar una ligera holgura en el diámetro interior del anillo de soporte para facilitar el montaje. En el caso de anillos partidos, asegúrese de que la división esté alejada de zonas de alta carga.

Consejos de instalación, lubricación y montaje

Una lubricación adecuada reduce la fricción durante el montaje y facilita el correcto asentamiento del anillo de respaldo. Utilice lubricantes de montaje compatibles y mantenga limpios la junta tórica y el anillo de respaldo. En el caso de anillos de respaldo partidos, oriéntelos de forma que no se alineen con la trayectoria de extrusión de la junta tórica. Tras el montaje, realice una prueba de mantenimiento de presión a una presión ligeramente superior a la de las condiciones de funcionamiento para confirmar que el soporte es adecuado.

Pruebas, estándares y resolución de problemas

Normas y métodos de prueba en los que confío

Para conocer las normas dimensionales y las directrices básicas sobre sellado, consulte la norma ISO 3601 (juntas tóricas) y manuales del sector, como el Manual de juntas tóricas de Parker. En casos donde la limpieza y la trazabilidad del material sean importantes (p. ej., en la industria aeroespacial o en contacto con alimentos), consulte las normas ISO pertinentes o las normas específicas del sector. La norma ISO 3601 proporciona tolerancias y nomenclatura para las juntas tóricas.(ISO 3601).

Lista de verificación de diagnóstico para fallas relacionadas con la extrusión

Si ve extrusión, rayaduras o deformación repentina en una junta tórica, siga esta lista de verificación que uso en el campo:

• Verifique la presión de funcionamiento y los picos transitorios: utilice el registro de presión si es necesario.
• Mida las holguras reales del casquillo y compárelas con las tolerancias de diseño.
• Inspeccione el material del anillo de respaldo para detectar desgaste o desplazamiento; los anillos partidos pueden migrar si no se retienen adecuadamente.
• Confirme la temperatura de funcionamiento: las temperaturas elevadas reducen la dureza del elastómero y aumentan el riesgo de extrusión.
• Revise la compatibilidad de los medios: la hinchazón o el ablandamiento pueden cambiar el comportamiento del sellado.

Estudio de caso: actualización de un conjunto de sellos de varilla hidráulicos

En un caso que consulté, un cilindro hidráulico con juntas tóricas de NBR a 250 bar experimentó una rápida extrusión durante las carreras de retorno rápidas. Reemplazamos un soporte blando (nailon de baja temperatura) por un anillo antiextrusión relleno de PTFE y cambiamos la junta tórica por un compuesto de FKM. Tras la modificación, la extrusión cesó y el tiempo medio entre los intervalos de mantenimiento se cuadruplicó. Esto ilustra el impacto combinado de la optimización del material y la geometría.

Capacidades de Polypac y cómo recomiendo trabajar con los fabricantes

¿Por qué elegir un socio de sellos técnicos?

Seleccionar la junta tórica de respaldo adecuada no se trata solo de elegir un material de un catálogo; también requiere pruebas, conocimiento de los compuestos y capacidad de producción. Prefiero trabajar con fabricantes que tienen vínculos de I+D con universidades y equipos de prueba internos para que puedan replicar sus condiciones operativas y calificar los materiales.

Polypac: fortalezas técnicas y descripción general del producto

Polypac es un fabricante científico-técnico de sellos hidráulicos y proveedor de sellos de aceite, especializado en la producción de sellos, el desarrollo de materiales de sellado y soluciones de sellado personalizadas para condiciones de trabajo especiales. Su fábrica de anillos de caucho y juntas tóricas personalizadas ocupa una superficie de más de 10.000 metros cuadrados, con una superficie de 8.000 metros cuadrados. Sus equipos de producción y prueba se encuentran entre los más avanzados del sector. Como una de las empresas más grandes de China dedicada a la producción y el desarrollo de sellos, Polypac mantiene una larga colaboración con numerosas universidades e instituciones de investigación, tanto nacionales como internacionales.

Fundada en 2008, Polypac comenzó fabricando juntas de PTFE rellenas, incluyendo PTFE con relleno de bronce, PTFE con relleno de carbono, PTFE con grafito, PTFE con relleno de MoS₂ y PTFE con relleno de vidrio. Actualmente, han ampliado su línea de productos para incluir juntas tóricas de diversos materiales como NBR, FKM, silicona, EPDM y FFKM. Sus principales categorías de productos incluyen juntas tóricas, juntas de vástago, juntas de pistón, juntas de resorte de cara final, juntas rascadoras, juntas rotativas, anillos de respaldo y anillos antipolvo.

Cómo Polypac apoya proyectos de alta temperatura y alta presión

Al recomendar un proveedor, busco su capacidad para realizar pruebas de laboratorio (cámaras de temperatura, pruebas de ruptura/presión), experiencia en el desarrollo de materiales y la capacidad de producir compuestos de PTFE y FFKM rellenos. Los equipos y las colaboraciones académicas de Polypac permiten la creación de compuestos personalizados y prototipos, una ventaja competitiva cuando los materiales estándar fallan bajo ciclos extremos de temperatura o presión.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre un anillo de respaldo y una junta tórica?

Un anillo de respaldo (anillo antiextrusión) es un componente de soporte mecánico que evita que la junta tórica se extruya en el espacio entre las piezas acopladas al ser sometida a presión. La junta tórica proporciona el sello, mientras que el anillo de respaldo proporciona soporte estructural.

2. ¿A qué presión debo utilizar siempre una junta tórica de respaldo?

No existe un umbral único, pero suelo especificar anillos de respaldo para presiones estáticas superiores a ~200–300 bar o cuando las holguras del prensaestopas son ajustadas. La elección del material y la temperatura de funcionamiento pueden reducir este umbral. Para proyectos precisos, realice una prueba de ciclo de presión con los materiales candidatos.

3. ¿Puedo utilizar anillos de respaldo de PTFE a altas temperaturas?

Sí. El PTFE y las variantes de PTFE con relleno ofrecen resistencia a altas temperaturas (uso continuo a menudo hasta ~260 °C), lo que las hace adecuadas para sellos de alta temperatura. Confirme el grado específico del relleno para comprobar sus características de desgaste y fricción.

4. ¿Son confiables los anillos de respaldo divididos para los sellos dinámicos?

Los anillos partidos son útiles para la modernización y el montaje en carcasas existentes, pero la división debe estar correctamente posicionada para evitar la extrusión en la unión. Para aplicaciones dinámicas de alto ciclo, prefiero diseños de una sola pieza o geometrías divididas diseñadas para cargas dinámicas.

5. ¿Cómo afecta la temperatura al riesgo de extrusión?

Una temperatura más alta generalmente ablanda los elastómeros (reduce el módulo), lo que aumenta la susceptibilidad a la extrusión a una presión dada. Por el contrario, temperaturas muy bajas pueden quebrar algunos elastómeros y alterar el contacto de sellado. Verifique siempre el rendimiento del compuesto en los ciclos de temperatura previstos.

6. ¿Qué pruebas debo solicitar a mi proveedor?

Solicite pruebas de deformación permanente por compresión, dureza, envejecimiento térmico y extrusión/extensión a presiones y temperaturas relevantes para la aplicación. Solicite también la certificación dimensional según las normas ISO o del fabricante, así como la trazabilidad del material cuando sea necesario.

Si necesita ayuda para especificar una junta tórica de respaldo para un cilindro, válvula o eje giratorio en particular, contácteme o contacte con Polypac para obtener muestras de productos y hojas de datos de materiales. Para consultas sobre productos, desarrollo de compuestos personalizados y capacidades de prueba, consulte las páginas de productos de Polypac o solicite una consulta para revisar sus condiciones de operación y el conjunto de sellos recomendado.

Contacto / Solicitud de cotización: visite el sitio web de Polypac o envíe un correo electrónico a su equipo técnico para compartir la presión de funcionamiento, el rango de temperatura, los medios y los dibujos de los prensaestopas para que puedan proponer una solución probada y optimizada.

Referencias: Manual de juntas tóricas de ParkerDescripción general de la norma ISO 3601Información general sobre la junta tórica, Información sobre PTFE.