Métodos de prueba de sellos rotativos: fugas, desgaste y durabilidad
Métodos de prueba de sellos rotativos: fugas, desgaste y durabilidad
Introducción: ¿Por qué son importantes las pruebas de sellos rotativos para el rendimiento y la seguridad?
Los sellos rotativos son componentes críticos en la maquinaria rotativa: mantienen los fluidos dentro, evitan la entrada de contaminantes y permiten un funcionamiento fiable en diversos sectores, desde la hidráulica hasta la automoción y los equipos de proceso. El fallo de un sello rotativo puede provocar fugas de fluidos, mayor fricción, tiempos de inactividad, riesgos ambientales y reparaciones costosas. Los diseñadores de sistemas y los ingenieros de mantenimiento necesitan métodos de ensayo que cuantifiquen las tasas de fuga, los mecanismos de desgaste y la durabilidad a largo plazo para poder seleccionar el diseño y el material del sello adecuados para cada aplicación. Este artículo explica métodos de ensayo prácticos y de eficacia probada en la industria, compara sus ventajas e inconvenientes y ofrece orientación práctica para desarrollar un programa de ensayos robusto para sellos rotativos.
Modos de fallo comunes de los sellos rotativos: fugas, desgaste y durabilidad
Comprender cómo fallan los sellos rotativos es el primer paso para diseñar pruebas adecuadas. Los modos de fallo típicos incluyen:
- Fugas en el labio dinámico causadas por presión de contacto insuficiente, endurecimiento o daños en el labio de sellado, arañazos superficiales en el eje de acoplamiento o fluidos incompatibles.
- El desgaste de las superficies y labios de sellado debido a contaminantes abrasivos, lubricación inadecuada o mala combinación de materiales provoca un aumento de la holgura y, finalmente, fugas.
- La degradación del material o la pérdida de propiedades mecánicas debido al calor, el ataque químico, el ozono o la deformación permanente por compresión provoca una reducción de la fuerza de sellado y un fallo prematuro.
Métodos de prueba de fugas para sellos rotativos
Las pruebas de fugas cuantifican la cantidad de fluido que pasa a través del sello en condiciones dinámicas. A continuación, se enumeran y comparan los métodos comunes de prueba de fugas aplicables a los sellos rotativos.
| Método | Lo que mide | Sensibilidad | Uso típico | Ventajas / Desventajas |
|---|---|---|---|---|
| Espectrómetro de masas de helio (detector/detección de caída de presión) | Detección de microfugas, permeación rápida de gases | Muy alto (hasta 10^-6 mbar·L/s) | Pruebas de fugas de laboratorio de alta sensibilidad | Ventajas: Extremadamente sensible. Desventajas: Equipo costoso, manejo de gases. |
| Caída de presión / Aumento de presión | Tasa de fuga bruta, fugas grandes | Moderado | Control de calidad rutinario y pruebas de laboratorio | Ventajas: Sencillo y reproducible. Desventajas: Menor sensibilidad para microfugas. |
| Inmersión en burbujas / Visual (líquido) | Presencia de fugas importantes bajo presión | Bajo | Comprobaciones de campo, control de calidad básico | Ventajas: Barato. Desventajas: Calidad deficiente, no es sensible. |
| cámara de vacío | Detección de fugas mediante desgasificación/aumento de presión | De moderado a alto | Pruebas de fugas de laboratorio para ensamblajes | Ventajas: Ideal para ensamblajes. Desventajas: Depende del tamaño y del dispositivo de fijación. |
| Caudalímetro / Caudal másico | Medición de la tasa de fuga volumétrica | Moderado | Tasa de fuga cuantitativa en condiciones de funcionamiento | Ventajas: Medición directa de la tasa. Desventajas: Requiere un banco de pruebas estable. |
Recomendaciones de selección: para I+D y cualificación de nuevos sellos rotativos, combine un método sensible (helio o vacío) con una medición basada en el flujo a temperatura, presión y velocidad representativas. Para el control de calidad de la producción, las pruebas de caída de presión o con caudalímetro suelen ser suficientes y rentables.
Métodos de ensayo de desgaste para juntas rotativas
El desgaste determina la velocidad de eliminación del material y cómo cambia la eficacia del sellado durante el funcionamiento. Las pruebas de desgaste típicas para juntas rotativas incluyen:
- Los bancos de prueba de sellos rotativos simulan la rotación del eje, la presión radial, el entorno del fluido y la velocidad. Son el método más representativo de la aplicación, ya que mantienen la geometría del labio y el contacto dinámico de forma realista.
- Los tribómetros de pin sobre disco o bloque sobre anillo generan una carga normal y una velocidad de deslizamiento controladas para obtener coeficientes de desgaste y datos de fricción para pares de materiales (útiles para la selección de materiales).
- Pruebas de resistencia en banco: pruebas de larga duración a escala reducida o en condiciones aceleradas para controlar el volumen de desgaste, el par de fricción, el inicio de fugas y los cambios en la topografía de la superficie.
Métricas clave de desgaste a registrar para sellos rotativos:
- Pérdida de volumen o masa por desgaste (mg o mm^3 por ciclo/hora)
- Cambio en la geometría de la sección transversal del labio del sello
- Par de fricción frente al tiempo
- Rugosidad superficial del eje y del labio del sello después de la prueba (Ra, Rz)
Pruebas de durabilidad y vida útil acelerada para sellos rotativos
Las pruebas de durabilidad confirman cuánto tiempo funcionará un sello rotativo en condiciones de servicio previstas y en situaciones extremas. Los métodos comunes incluyen:
- Las pruebas de vida aceleradas (ALT) consisten en aumentar uno o más factores de estrés (temperatura, presión, velocidad, concentración de contaminantes) para inducir fallos con mayor rapidez. Las ALT de estrés escalonado incrementan gradualmente el estrés hasta el fallo para modelar la distribución de vida.
- Envejecimiento ambiental: exponga los sellos a temperaturas elevadas, ozono o medios químicos (aceite, combustible, fluidos hidráulicos) y pruebe periódicamente sus propiedades mecánicas (deformación permanente por compresión, resistencia a la tracción, dureza).
- Pruebas cíclicas de presión/temperatura: simulan pulsos de presión y ciclos térmicos realistas para revelar vías de fuga relacionadas con la fatiga y la fragilización del material.
Las pruebas de materiales relevantes para la industria que se utilizan en la evaluación de la durabilidad incluyen ASTM D395 (deformación permanente por compresión), ASTM D471 (compatibilidad con fluidos/hinchamiento) y ASTM D412 (propiedades de tracción). El uso de estas pruebas estandarizadas ayuda a predecir los cambios en la fuerza de sellado y la elasticidad con el tiempo.
Ejemplo de protocolo de durabilidad acelerada para sellos rotativos
Un protocolo típico utilizado en hidráulica podría ser:
- Mediciones de referencia: dureza, dimensiones, tasa de fuga, par de fricción
- Rodaje: 24–72 horas a velocidad y presión nominales.
- ALT: 1000–10 000 horas equivalentes utilizando una temperatura de +15–30 °C por encima de la nominal y un aumento de la velocidad del eje o de los ciclos de presión.
- Realizar controles periódicos cada 100-500 horas para verificar la tasa de fugas, el par de apriete y realizar una inspección visual.
- Criterios de fin de vida útil: tasa de fuga superior al umbral, pérdida de la geometría del labio de sellado fuera de especificación o par de fricción superior al límite de diseño
Parámetros de prueba y mejores prácticas para obtener resultados reproducibles
Para que los resultados de las pruebas sean significativos y repetibles, controle e informe explícitamente estos parámetros para las pruebas de sellos rotativos:
- Diámetro del eje y acabado superficial (especifique Ra, típicamente 0,2–0,8 μm para muchas aplicaciones rotativas).
- Carga radial / interferencia de labio y tolerancias de instalación.
- Perfiles de velocidad de funcionamiento (rpm) y aceleración.
- Tipo de fluido, viscosidad, temperatura y presencia de aditivos o contaminantes.
- Diferencial de presión a través del sello y perfil de pulsación.
- Temperaturas ambiente y del fluido durante la prueba.
- Número de ciclos / duración de la prueba y programa de muestreo.
- Técnicas de medición y calibración de instrumentos (caudalímetros, sensores de par, perfilómetros).
Técnicas de metrología y análisis de fallos
Cuando un sello falla o muestra un comportamiento inesperado, aplique un análisis específico:
- Microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido (MEB) para el examen del desgaste y la fractura de la superficie del labio.
- Perfilometría para medir cuantitativamente las ranuras de desgaste y los cambios en el perfil del labio.
- Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) o DSC para comprobar la degradación química, los cambios en la densidad de entrecruzamiento o la pérdida de plastificante.
- Pruebas de dureza y tracción para confirmar la fragilización o el ablandamiento.
Cómo elegir el programa de pruebas adecuado para su aplicación de sello rotativo
La selección de la combinación adecuada de pruebas depende del riesgo de la aplicación, el rango operativo y los requisitos reglamentarios. Utilice la siguiente guía de decisión:
- Componentes de bajo riesgo y bajo coste: caída de presión básica para pruebas de fugas y pruebas de desgaste cortas en banco.
- Componentes de alto valor o críticos para la seguridad: equipos rotatorios a escala real, ALT, compatibilidad química y pruebas tribológicas.
- Nuevo material o geometría: combinar ensayos a nivel de material (ASTM) con evaluación mediante banco de pruebas rotatorio y diagnósticos avanzados.
Tabla comparativa: Selección de materiales para juntas rotativas (cualitativa)
A continuación se presenta una comparación concisa y práctica para ayudar a elegir materiales para sellos rotativos en función de prioridades comunes.
| Material | Resistencia al desgaste | Fricción | Compatibilidad química | Rango de temperatura | Mejores aplicaciones |
|---|---|---|---|---|---|
| Relleno de PTFE (bronce/carbono/MoS2) | Alto | Bajo | De bueno a excelente (muchos líquidos) | -50 °C a +200 °C | Sellos rotativos de alta velocidad y baja fricción |
| NBR (nitrilo) | Moderado | Moderado | Bueno para aceites y combustibles | -40°C a +120°C | Sellos rotativos hidráulicos en sistemas de aceite |
| FKM (Vitón) | Bien | Moderado | Excelente con combustibles, aceites y fluidos de alta temperatura. | -20 °C a +200 °C | Calientesistemas hidráulicospetroquímico |
| FFKM (Perfluoroelastómero) | Bien | Mayor fricción | Resistencia química excepcional | -20 °C a +260 °C | entornos químicos severos |
| Silicona | Bajo | Bajo | Pobre en hidrocarburos | -60°C a +200°C | Aplicaciones rotativas sin aceite a altas temperaturas |
Fuentes para el comportamiento de los materiales: las fichas técnicas de los fabricantes y la literatura sobre tribología proporcionan las propiedades numéricas detalladas utilizadas durante la selección de materiales y la planificación de pruebas.
Polypac: Cómo un fabricante respalda el rendimiento validado de los sellos rotativos
Polypac es una empresa científica y técnicasello hidráulicoFabricante y proveedor de retenes de aceite especializado en la producción de retenes, el desarrollo de materiales de sellado y la fabricación a medida.soluciones de selladoPara condiciones de trabajo especiales. La fábrica de juntas tóricas y anillos de caucho personalizados de Polypac abarca una superficie de más de 10 000 metros cuadrados, con 8000 metros cuadrados de espacio de producción. Nuestros equipos de producción y pruebas se encuentran entre los más avanzados del sector. Como una de las mayores empresas de China dedicada a la producción y el desarrollo de juntas, mantenemos 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 con carga, incluyendo PTFE con carga de bronce, carbono, grafito, MoS₂ y vidrio. Hoy en día, hemos ampliado nuestra línea de productos para incluir juntas tóricas fabricadas con diversos materiales como NBR, FKM, silicona, EPDM y FFKM.
Ventajas de Polypac para pruebas y suministro de sellos rotativos
Polypac combina el desarrollo interno de materiales, equipos de producción avanzados y una completa capacidad de pruebas para que los clientes obtengan juntas validadas en cuanto a fugas, desgaste y durabilidad en condiciones reales. Ventajas clave:
- Experiencia en materiales —desde compuestos de PTFE hasta elastómeros avanzados—, lo que permite seleccionar compuestos de baja fricción o resistentes a productos químicos adaptados a las juntas rotativas.
- Capacidad de ensayo: los bancos de ensayo rotatorios y las cámaras ambientales permiten realizar pruebas aceleradas de vida útil y de fugas para cumplir con las especificaciones del cliente.
- Escala y calidad: producción a gran escala con un riguroso control de calidad, adecuada tanto para la creación de prototipos como para el suministro en volumen.
- La colaboración con instituciones de investigación mantiene a Polypac a la vanguardia de los últimos avances en tribología y ciencia de polímeros para mejorar el rendimiento de los sellos rotativos.
Productos principales para soluciones de sellado rotativo
Polypac fabrica una amplia gama de componentes de sellado relevantes para aplicaciones rotativas, incluyendo juntas tóricas, juntas de vástago, juntas de pistón,Sellos de resorte de cara finalSellos rascadores, sellos rotativos,Anillos de respaldoy Anillos de Polvo. Sus principales ventajas competitivas son:
- Amplia gama de materiales: compuestos de PTFE, NBR, FKM, FFKM, silicona y más.
- Moldeo y mecanizado a medida: perfiles complejos y tolerancias ajustadas para labios rotativos.
- Pruebas avanzadas: validación de fugas, desgaste y durabilidad adaptadas a las necesidades de la aplicación.
Interpretación de los resultados de las pruebas y toma de decisiones de diseño
Tras realizar las pruebas, utilice un análisis estructurado para tomar decisiones:
- Establecer umbrales de aprobación/rechazo antes de la prueba (tasa de fuga máxima permitida, par máximo, volumen de desgaste aceptable).
- Compare el rendimiento relativo entre diferentes materiales y geometrías de labio en condiciones de prueba idénticas para seleccionar el mejor candidato para la validación en campo.
- Utilice el modelo de Weibull u otros modelos de distribución de vida útil obtenidos mediante pruebas aceleradas para estimar la vida útil y los intervalos de mantenimiento.
- Investigue cualquier fallo inesperado mediante microscopía y análisis químico para ajustar la formulación del material, el acabado del eje o los procedimientos de instalación.
Preguntas frecuentes (FAQ) — Sellos rotativos
P: ¿Cuál es la prueba más crítica para los sellos rotativos?
R: No existe una sola prueba; la evaluación más fiable se obtiene mediante una combinación de pruebas dinámicas de fugas en un banco de pruebas rotatorio, evaluación del desgaste (par de torsión y geometría del labio) y pruebas de compatibilidad/envejecimiento de materiales.
P: ¿Cuánto tiempo debe durar una prueba de durabilidad rotativa?
R: Las pruebas de resistencia típicas en banco oscilan entre 100 y varios miles de horas, dependiendo del riesgo. Las pruebas aceleradas pueden comprimir una vida útil equivalente en un tiempo de laboratorio más corto, pero deben interpretarse con cautela.
P: ¿Pueden los resultados de las pruebas de laboratorio predecir con exactitud la vida útil en campo?
A: Las pruebas de laboratorio proporcionan estimaciones y un rendimiento comparativo. Aun así, se recomiendan las pruebas de campo, ya que los contaminantes, la variabilidad del ensamblaje y la dinámica del sistema en el mundo real pueden diferir de las condiciones de laboratorio.
P: ¿Cómo puedo decidir entre juntas rotativas rellenas de PTFE y juntas rotativas de elastómero?
A: Las juntas rellenas de PTFE destacan en aplicaciones de baja fricción y alta velocidad, y donde se requiere resistencia química. Los elastómeros (NBR, FKM, FFKM) suelen ofrecer mejor adaptabilidad y fuerza de sellado para aplicaciones hidráulicas rotativas de baja velocidad o alta presión. Pruebe ambos materiales en condiciones representativas.
P: ¿Qué acabado de eje se recomienda para los sellos rotativos?
A: El acabado superficial recomendado suele oscilar entre Ra 0,2 y 0,8 μm, dependiendo del material de la junta. Un acabado demasiado liso puede favorecer el deslizamiento intermitente; uno demasiado rugoso aumenta el desgaste; siempre se debe validar en bancos de pruebas.
Contacte con Polypac — Solicite pruebas o vea los productos
Si su proyecto requiere juntas rotativas validadas, Polypac puede ayudarle. Ofrecemos selección de materiales a medida, prototipos y programas de pruebas completos (fugas, desgaste y durabilidad) para certificar las juntas para su aplicación específica. Póngase en contacto con nuestro equipo técnico para analizar los requisitos de prueba o solicitar muestras de productos y fichas técnicas.
Fuentes y referencias
- ASTM International — ASTM D395: Métodos de ensayo normalizados para la propiedad del caucho — Deformación permanente por compresión.
- ASTM International — ASTM D471: Método de ensayo estándar para las propiedades del caucho — Efecto de los líquidos.
- ASTM International — ASTM D412: Métodos de ensayo normalizados para caucho vulcanizado y elastómeros termoplásticos — Tensión.
- ASTM International — ASTM D2000: Sistema de clasificación estándar para productos de caucho en aplicaciones automotrices (guía de selección de materiales).
- ISO 3601: Organización Internacional de Normalización — Juntas tóricas — Dimensiones y tolerancias (referencias de materiales y dimensiones).
- Parker Hannifin — Manual de juntas tóricas / notas de aplicación de sellos de eje (guía técnica sobre métodos de sellado y prueba).
- SKF — Manual de sellos de eje y artículos técnicos sobre pruebas de sellos rotativos y tribología.
- Soluciones de sellado Trelleborg: documentos técnicos y fichas técnicas para juntas de elastómeros y a base de PTFE.
- Literatura selecta sobre tribología e investigación de sellos (artículos de revistas que revisan el rendimiento y los mecanismos de desgaste de los sellos labiales rotativos).
Polypac — su socio para sellos rotativos de ingeniería: diseña, prueba y suministra soluciones para prolongar la vida útil del sello, reducir las fugas y garantizar un funcionamiento fiable.
Sellos para cilindros industriales: La guía completa de tipos y rendimiento | Polypac
Sellos de presión: La guía definitiva para soluciones de sellado de alta presión | Polypac
Sellos industriales: La guía completa de tipos, funciones y aplicaciones | Polypac
Kits de juntas tóricas: La guía completa para la selección y sus ventajas | Polypac
Juntas de PTFE: La guía definitiva para soluciones de sellado de alto rendimiento | Polypac
Productos
¿Qué significa "AS568"?
¿Cuál es el propósito del resorte metálico en un sello de eje rotatorio?
¿Cuál es la diferencia entre los materiales NBR y FKM?
¿Cuál es la diferencia entre un sello estático y un sello dinámico?
¿Cómo elijo el material adecuado para mi aplicación de sellado?
Manténgase actualizado con información de la industria
Suscríbete a nuestros artículos y recibe las últimas noticias, asesoramiento de expertos y actualizaciones técnicas directamente en tu correo electrónico.
Tenga la seguridad de que su privacidad es importante para nosotros y que toda la información proporcionada será manejada con la máxima confidencialidad.
Polypac es un proveedor global confiable de soluciones de sellado de alto rendimiento, que brinda servicios OEM y ODM para industrias de todo el mundo.
Correo electrónico:
Teléfono/WhatsApp:
© 2025Sellos Polypac. Reservados todos los derechos.
mensajes de texto
DMS
DMS