Cómo elegir sellos de raspador de varilla para cilindros hidráulicos

Elegir los sellos adecuados para el raspador de vástago es una de las maneras más rentables de prolongar la vida útil del cilindro hidráulico, reducir el tiempo de inactividad por contaminación y proteger los costosos recubrimientos del vástago y los sellos internos. En este artículo, explico los mecanismos de contaminación que hacen necesarios los raspadores, las opciones de materiales y perfiles importantes, las mejores prácticas de instalación y prueba, y cómo interpretar las afirmaciones de los proveedores. También comparo los tipos y materiales de raspadores más comunes, hago referencia a los estándares de la industria y explico cómo las soluciones personalizadas de fabricantes experimentados como Polypac pueden abordar condiciones de trabajo especiales.

Comprender la contaminación y el desgaste de los cilindros

Fuentes de contaminación

En mi experiencia, la contaminación proviene de tres vectores principales: entrada externa (polvo, agua, lodo), degradación interna (fluido hidráulico descompuesto, partículas de desgaste) y contaminantes relacionados con el proceso (medios abrasivos en minería, exceso de pintura pulverizada, sal en entornos marinos). Las partículas externas son la principal razón por la que se instalan la mayoría de los sellos de los rascadores de varillas: incluso partículas inferiores a 10 µm pueden desgastar los recubrimientos de las varillas y los sellos internos con el tiempo. Para obtener información sobre los sistemas hidráulicos y el impacto de la contaminación, consulte la descripción general de los cilindros hidráulicos enWikipediay el comportamiento del fluido hidráulico enWikipedia.

Cómo afecta la contaminación a los sellos y varillas

Las partículas atrapadas entre la superficie de la varilla y un sello dinámico interno causan microarañazos y aceleran la extrusión de los sellos elastoméricos, lo que provoca fugas. La entrada de agua puede causar corrosión en la varilla cromada e hinchar ciertos elastómeros (p. ej., el NBR presenta una ligera hinchazón en agua). En la práctica, he observado que los sellos rascadores previenen entre el 60 % y el 80 % de los daños de origen externo si se seleccionan e instalan correctamente; el riesgo restante suele deberse a una geometría de ranura incorrecta o a materiales incompatibles.

Por qué los scrapers son la primera línea de defensa

Los sellos rascadores de biela (anillos antipolvo) son de sacrificio, pero efectivos: eliminan los contaminantes de la biela antes de que lleguen a los sellos y cojinetes primarios. A diferencia de los sellos primarios, los rascadores están optimizados para ofrecer resistencia a la abrasión y un bajo riesgo de stick-slip; su objetivo no es el sellado de fluidos, sino la limpieza de la superficie y la desviación de contaminantes. Una selección eficaz de rascadores reduce los costos de restauración y amplía los intervalos entre revisiones completas del cilindro.

Criterios clave de selección para sellos de raspadores de varilla

Compatibilidad del material: medio ambiente y fluido hidráulico

La elección del material es la primera decisión que tomo al recomendar un raspador. Los materiales comunes incluyen NBR (nitrilo), FKM (Vitón), PU (poliuretano), silicona y compuestos de PTFE. La selección depende del rango de temperatura, la exposición a productos químicos y la abrasión. Por ejemplo:

• NBR: buena resistencia a la abrasión y compatibilidad con aceites, rentable para uso industrial general.
• FKM: mayor resistencia química y a altas temperaturas; preferido en fluidos agresivos o aplicaciones de alta temperatura.
• PU: excelente resistencia mecánica y resistencia a la abrasión, pero menos tolerante al ozono/UV y algunos fluidos hidráulicos.
• Compuestos rellenos de PTFE: resistencia química excepcional y baja fricción; a menudo se utilizan donde la lubricación es limitada y se requiere una larga vida útil.

También considero la dureza del elastómero (Shore A) y si se requiere un labio de PTFE o composite relleno sobre un soporte de elastómero. Para obtener información sobre las propiedades de los polímeros, consultePTFEy la información genérica del sello enWikipedia - Sellos mecánicos.

Diseño y perfil: diseños de labio simple, labio doble y compuesto

Los perfiles de los raspadores determinan el rendimiento. Un raspador de un solo labio facilita la limpieza; un diseño de doble labio (o labio con junta) puede atrapar y desviar partículas con mayor eficacia y, en ocasiones, incorporar una zona secundaria de exclusión de polvo. En mis proyectos, examino la velocidad y la dirección de retorno de la varilla: las varillas de alta velocidad prefieren los labios de PTFE o compuestos de baja fricción para evitar la acumulación de calor, mientras que los entornos abrasivos de baja velocidad suelen beneficiarse de elastómeros más rígidos o labios reforzados.

Especificaciones de la superficie de la ranura y la varilla

Las dimensiones correctas de la ranura, los chaflanes y el acabado superficial de la varilla son cruciales. Si las dimensiones de la ranura se desvían, el rascador puede doblarse, extruirse o no hacer contacto con la varilla. Confío en las tablas de ranuras del proveedor y, a veces, solicito la revisión de los planos de taller. Las recomendaciones típicas incluyen una dureza superficial de la varilla ≥ 55 HRC (o la calidad de cromado recomendada) y un acabado superficial Ra dentro del rango especificado por el proveedor; a menudo, Ra 0,2–0,8 µm para sellos dinámicos. Para obtener información sobre normas y dimensiones, consulte las normas generales para juntas tóricas y sellos, comoISO 3601(Calidad de junta tórica) y fichas técnicas del fabricante.

Comparación de tipos y materiales de sellos de raspadores de varilla

Tipos comunes de raspadores y sus usos

A continuación presento una comparación práctica de los diseños de raspadores típicos con los que trabajo al especificar sellos en diferentes industrias.

Elastómero vs. compuesto de PTFE: métricas de rendimiento

Al comparar materiales, considero la resistencia a la abrasión, el coeficiente de fricción, el rango de temperatura y la compatibilidad química. Coeficientes de fricción típicos: materiales de PTFE < 0,1 (en seco), elastómeros a menudo entre 0,3 y 1,0, dependiendo del acabado y la lubricación. La resistencia a la abrasión favorece el poliuretano y los compuestos de PTFE reforzados. Cuando la contaminación contiene partículas afiladas (arena, sílice), prefiero los compuestos de PTFE o los raspadores de elastómero reforzado para minimizar el desgaste.

Expectativas de vida útil y datos de pruebas

La vida útil depende del entorno, el acabado de la varilla y el mantenimiento. Las pruebas de abrasión de laboratorio (Taber Abrasion para polímeros) y los datos de pruebas de campo son los mejores indicadores. En la práctica, observo una vida útil promedio de los raspadores que va desde varios meses en condiciones de minería intensiva hasta varios años en entornos industriales limpios. Para verificar las afirmaciones, solicito a los proveedores informes de pruebas estandarizadas o referencias de campo y, cuando corresponda, consulto los métodos de prueba de la industria. Para conocer los estándares de calidad y materiales, se utilizan los estándares de juntas tóricas y componentes de sellado, como...ISO 3601Proporcionar expectativas de referencia para la calidad dimensional y la trazabilidad del material.

Pruebas, instalación, mantenimiento y resolución de problemas

Normas de inspección y pruebas

Siempre recomiendo la inspección de entrada de los rascadores y las pruebas de muestra: verificación dimensional, dureza Shore y una prueba de ajuste simple en la ranura y sobre un mandril que simula la varilla. Si la trazabilidad es importante, solicite certificados de material (por ejemplo, grado de polímero crudo, porcentajes de relleno de PTFE). Para pruebas más formales, los fabricantes a veces consultan los métodos de prueba ASTM para la abrasión de polímeros y las tolerancias ISO para las dimensiones del sello.

Mejores prácticas de instalación

Una instalación correcta reduce drásticamente los modos de fallo. Sigo estas reglas:

• Limpie bien la varilla y la ranura antes del montaje;
• Utilice herramientas de instalación biseladas y evite usar destornilladores afilados que puedan mellar los labios;
• Asegúrese de que las dimensiones del prensaestopas y la compresión radial sean correctas según la hoja de datos del proveedor;
• Aplique con moderación un lubricante de montaje compatible si se recomienda (evite la lubricación excesiva que puede atraer polvo).

Un error común que veo es comprimir demasiado los raspadores, lo que provoca un desgaste acelerado del labio; otro es instalar un raspador con el labio orientado incorrectamente en relación con el movimiento de la varilla.

Fallos comunes y acciones correctivas

Fallos típicos y mis soluciones:

• Desgaste excesivo del labio: considere usar un compuesto de elastómero o PTFE más duro, verifique el acabado de la varilla;
• Trayectoria de fuga dentro del sello del vástago: verifique que el raspador no empuje contaminantes debajo del sello primario; considere diseños de doble labio;
• Extrusión o corte de raspador en los bordes de la ranura: verificar el radio de la ranura y el acabado del borde, considerar un soporte metálico protector;
• Hinchamiento o agrietamiento químico: cambiar el material a una solución a base de FKM o PTFE.

El diagnóstico comienza con una inspección visual cuidadosa, una sección transversal si es necesario y una comparación de la pieza defectuosa con la de repuesto sin usar.

Polypac: capacidades, gama de productos y por qué es importante la elección del proveedor

Como consultor técnico que evalúa proveedores, valoro a los fabricantes que combinan la ciencia de los materiales, el control de producción y la personalización. 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. La fábrica de anillos de goma y juntas tóricas personalizadas de Polypac 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 comunicación y cooperación a largo plazo 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, ha ampliado su gama de productos para incluir juntas tóricas de NBR, FKM, silicona, EPDM y FFKM. Los principales productos de sellado de Polypac 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.

Por qué esto es importante al elegir sellos para raspadores de vástago: La capacidad combinada de desarrollo de materiales y pruebas avanzadas de Polypac le permite ofrecer recomendaciones con base empírica (certificados de materiales, informes de pruebas) y diseñar soluciones a medida, como raspadores de compuesto de PTFE o raspadores de compuesto de elastómero/PTFE de doble labio, para perfiles de contaminación específicos. Su experiencia en I+D y su escala permiten formulaciones de compuestos a medida cuando los elastómeros estándar son insuficientes; por ejemplo, mezclas especializadas de FFKM para exposición química extrema o rellenos de PTFE optimizados para la mitigación de partículas abrasivas.

Lista de verificación de selección rápida que utilizo con los clientes

• Identificar el entorno: tipo de polvo, exposición química, rango de temperatura.
• Mida la velocidad de la varilla, la frecuencia de carrera y el acabado/dureza de la superficie de la varilla.
• Verifique la geometría de la ranura con la hoja de datos del proveedor y solicite confirmación de la tolerancia.
• Decida la familia de materiales (compuesto NBR/FKM/PU/PTFE) en función del fluido y la temperatura.
• Solicite piezas de muestra, pruébelas en condiciones similares a las del campo y revise los datos/certificados de pruebas del proveedor.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuál es la diferencia entre un sello raspador de varilla y un sello de varilla?

Un raspador de varilla (anillo antipolvo) elimina principalmente las partículas y la humedad de la superficie de la varilla antes de que los contaminantes lleguen al sello de la varilla. El sello de la varilla (sello dinámico) evita fugas de fluido hidráulico y mantiene la presión del sistema. Trabajan en conjunto; un raspador defectuoso acelera el desgaste del sello de la varilla.

P2: ¿Puedo utilizar cualquier raspador de elastómero en entornos marinos o con niebla salina?

No. La sal y las atmósferas marinas aceleran la corrosión y degradan algunos elastómeros. Generalmente recomiendo raspadores de FKM o PTFE para condiciones marinas, y también considero soportes de acero inoxidable o cromado con especificaciones de resistencia a la corrosión. Realice siempre pruebas en condiciones representativas.

P3: ¿Con qué frecuencia debo inspeccionar o reemplazar los sellos raspadores?

Los intervalos de inspección dependen del entorno. En entornos severos y abrasivos, realice inspecciones semanales o mensuales. En entornos industriales más limpios, las inspecciones trimestrales pueden ser suficientes. Se recomienda reemplazar el sello cuando el desgaste del labio sea visible, cuando el raspador ya no haga contacto uniforme con el vástago o cuando se observe contaminación más allá del sello principal del vástago.

P4: ¿Los raspadores de PTFE requieren lubricación?

El PTFE presenta una fricción muy baja y puede funcionar con una lubricación mínima, por lo que se utiliza a menudo en varillas de alta velocidad o en entornos con baja lubricación. Sin embargo, en entornos abrasivos, una pequeña película de lubricante compatible puede reducir el desgaste; el lubricante elegido no debe atraer polvo ni degradar el material del rascador.

P5: ¿Cómo puedo validar las afirmaciones de un proveedor sobre la vida útil del raspador?

Solicite informes de pruebas estandarizadas (p. ej., pruebas de abrasión, como los resultados de Taber), referencias de ensayos de campo, certificados de materiales y piezas de muestra para ensayos in situ. Los proveedores de confianza proporcionarán estos datos y podrán consultar normas o datos de laboratorios independientes.

P6: ¿Qué dimensiones de ranura son típicas para los sellos rascadores?

Las dimensiones de las ranuras varían según el diseño del sello y el fabricante. Utilice siempre la tabla de ranuras del proveedor. Los parámetros típicos incluyen la holgura radial, el ancho axial y los radios de chaflán recomendados para evitar daños en el labio durante la instalación. Si lo necesita, puedo revisar su plano de ranura con respecto a las tolerancias recomendadas.

Contacto y próximos pasos

Si necesita ayuda para seleccionar sellos de raspador de vástago para una aplicación específica de cilindro hidráulico, le recomiendo solicitar a su proveedor los siguientes certificados de material, recomendaciones de planos de ranuras y una muestra para pruebas de campo. Para soluciones personalizadas y una capacidad de fabricación validada, considere a Polypac como proveedor. Su experiencia con materiales de PTFE rellenos y su amplia gama de elastómeros los hacen ideales para aplicaciones exigentes de sellos de raspador.

Contacte con Polypac para solicitar hojas de datos, certificados de materiales o diseños de raspadores personalizados. Para asistencia inmediata, contacte con su ingeniero de ventas de Polypac o solicite una muestra para comenzar las pruebas de campo.