Un anillo de respaldo es un anillo plano y rígido que se coloca junto a un sello elastómero en el lado de baja presión y evita que el sello sea forzado hacia el espacio entre las piezas metálicas. No sella por sí mismo. No tiene compresión, ni labio, ni memoria elástica. Su única función es cerrar el espacio de extrusión para que la junta tórica situada detrás nunca tenga que fluir hacia un espacio más pequeño que ella misma.
La mayoría de los ingenieros conoce esta pieza por primera vez tras un fallo: una junta tórica con un borde desgarrado, un alojamiento lleno de restos de goma y un equipo de mantenimiento que sustituye el mismo sello cada pocas semanas. La solución suele ser un anillo que cuesta menos que la junta tórica que protege.
Qué es realmente la extrusión
Un elastómero sometido a presión se comporta en parte como un líquido. Cuando 200 bar empujan una junta tórica contra el huelgo entre un pistón y un cilindro, el material no se comprime simplemente; fluye hacia la trayectoria de menor resistencia, que es el huelgo. El huelgo en un cilindro nuevo puede ser de 0,15 mm. En uno desgastado puede alcanzar los 0,5 mm. Con ese tamaño, una junta tórica de NBR a 80 °C y 200 bar empujará una lengua visible de goma hacia el huelgo en cuestión de horas.
Una vez que se forma una lengua, las piezas móviles la cizallan. El borde desgarrado se convierte en una vía de fuga, la fuga eleva la temperatura local y el daño se propaga por toda la circunferencia. El estado final es un anillo mordido y aplanado y una fuga que ningún apriete detendrá.
Un anillo de respaldo interrumpe esa secuencia ocupando el huelgo con un material que no fluirá a la temperatura de servicio. Es un tope mecánico, no un sello.
Dónde se coloca el anillo
La posición no es negociable: el anillo de respaldo se coloca en el lado del sello primario opuesto a la presión, frente al huelgo de extrusión. En un alojamiento de vástago presurizado desde el lado del cilindro, la junta tórica se carga hacia el borde exterior del alojamiento y el anillo de respaldo se sitúa entre la junta tórica y ese borde.
En un cilindro de doble efecto la presión se alterna, por lo que un solo anillo de respaldo protege únicamente una dirección. Coloque dos, uno en cada cara de la junta tórica. Dos anillos también implican que la ranura debe ser lo suficientemente ancha: una ranura estándar para junta tórica dimensionada solo para la junta tórica no admitirá un segundo anillo sin reducir la compresión hasta el punto en que el sello fugue a baja presión. Es la anchura de la ranura, no el grosor del anillo, lo que limita las opciones de reacondicionamiento.
Las cinco configuraciones estándar
La norma ISO 3601-4 agrupa los anillos antiextrusión en cinco geometrías. Las diferencias se refieren a cómo se monta el anillo sobre el vástago o en la ranura sin cortarse, y cuánto soporte continuo proporciona una vez instalado.
| Tipo | Tipo de corte | Instalación | Dónde se utiliza |
|---|---|---|---|
| T1 | Corte en espiral (bobina continua) | Se enrolla sobre un vástago o en una ranura sin desmontar el conjunto | Reparación en campo, grandes diámetros, reacondicionamientos en cilindros montados |
| T2 | Corte en ángulo (bisel) | Se abre y encaja sobre el vástago; los extremos se solapan bajo presión | Servicio hidráulico general, tanto estático como dinámico |
| T3 | Macizo, sin corte | Requiere acceso completo; se desliza sobre el extremo del vástago o del pistón | Máxima resistencia a la extrusión, aeroespacial y uniones estáticas de alta presión |
| T4 | Corte en ángulo cóncavo | Corte en bisel con cara interior perfilada | Alojamientos de precisión donde el anillo debe ajustarse estrechamente a la curva de la junta tórica |
| T5 | Macizo cóncavo | Requiere acceso completo; cara interior perfilada | Alojamientos de alta presión con espacio axial reducido |
En la práctica, T2 es lo que utilizan la mayoría de los cilindros industriales, T1 es lo que los departamentos de mantenimiento guardan en el almacén para emergencias, y T3 se especifica cuando el alojamiento puede desmontarse por completo y la presión justifica la dificultad de montaje. Un anillo T3 forzado sobre un vástago con un destornillador es un anillo desechado; los tipos con corte existen precisamente para evitar esa operación. Los catálogos de distribuidores como anillos de respaldo de Seal Sales muestran las mismas cinco familias con tamaños de stock, lo que es una forma rápida de ver qué hay disponible en existencias antes de pedir una pieza mecanizada.
Selección de material
El anillo debe ser más duro que la junta tórica a la temperatura de servicio, pero no tanto como para rayar el cilindro. Tres familias cubren casi todas las aplicaciones.
| Material | Temperatura | Capacidad de presión | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|---|---|
| PTFE virgen | −200 a +260 °C | Adecuado hasta ~250 bar con huelgo ajustado | Mínima fricción, amplia resistencia química, coste más bajo | Fluencia en frío bajo carga sostenida; se deforma hacia holguras grandes |
| PTFE con carga (vidrio, carbono, bronce) | −200 a +260 °C | Adecuado hasta ~400 bar | Mayor resistencia a la compresión, mejor resistencia al desgaste, menor fluencia | La carga de bronce puede corroerse en algunos medios; ligeramente más abrasivo |
| PEEK (sin carga o con carga de carbono/grafito) | −60 a +250 °C en continuo | Hasta 600 bar y más | Máxima rigidez y resistencia a la fluencia, mantiene holguras grandes | Mayor coste, menor conformabilidad, requiere buen acabado superficial |
| Nailon / POM | −40 a +100 °C | Hasta ~250 bar | Económico, rígido, fácil de mecanizar | Se hincha en agua y en algunos glicoles; rango químico limitado |
| PU (alta dureza) | −30 a +80 °C | Hasta ~300 bar | Resistente a la abrasión, tolera un acabado superficial deficiente | Deficiente a alta temperatura; no apto para fluidos agresivos |
Merece la pena nombrar dos trampas de selección. Los anillos de respaldo de PTFE virgen fluyen: bajo una carga estática sostenida de 300 bar a 80 °C, el anillo se adelgaza lentamente y la holgura se vuelve a abrir. El PTFE con carga o el PEEK lo resuelven, a cambio de un precio. La otra trampa es el nailon en fluidos a base de agua. El nailon absorbe agua, se dilata y puede agarrotarse en la ranura, por lo que la hidráulica de agua y los sistemas de agua-glicol utilizan PTFE o PEEK en su lugar.
El elastómero que se protege importa tanto como el anillo. Un compuesto de 70 Shore A especificado según la ASTM D2000 notación de línea presenta un riesgo de extrusión distinto al de un compuesto de 90 Shore A en la misma ranura, y el espesor del anillo debe seguir al más blando de los dos.
Cuándo se necesita uno
No existe un umbral de presión único en ninguna norma, porque la extrusión depende de la combinación de presión, holgura, temperatura y dureza del elastómero. La regla de decisión práctica utiliza los cuatro.
| Condición | Recomendación |
|---|---|
| Por debajo de 100 bar, holgura dentro de los límites de ISO 5597, junta tórica de 70 Shore A | No se necesita anillo |
| 100–160 bar, holgura estándar | Opcional; montar uno en el lado de presión como seguro en sistemas sometidos a choques |
| 160–250 bar, o holgura superior a la estándar | Un anillo en el lado de baja presión, PTFE con carga |
| Por encima de 250 bar | Un anillo estándar; PEEK por encima de 400 bar o cuando la holgura supere 0,3 mm |
| De doble efecto, por encima de 160 bar | Dos anillos, uno en cada cara de la junta tórica |
| Cualquier presión con holgura superior a 0,4 mm | Corregir primero la holgura; un anillo por sí solo no compensa un taladro desgastado |
La mitad de la tabla relativa a la holgura importa más que la relativa a la presión. Un cilindro a 150 bar con una holgura de 0,5 mm extruye más rápido que uno a 300 bar con una holgura de 0,1 mm. Si hay que elegir entre añadir un anillo de respaldo y sustituir un casquillo de guía desgastado, sustituya el casquillo. Nuestros elementos de guía existen precisamente para esa función: mantienen el pistón concéntrico para que la holgura se mantenga dentro del rango para el que se diseñó la junta.
Detalles de diseño que determinan si funciona
Ancho de ranura. Un solo anillo de respaldo necesita aproximadamente 1,2–1,5 mm de espacio axial adicional, según el espesor del anillo. Dos anillos necesitan el doble. Si la ranura se mecanizó solo para una junta tórica, las opciones son un anillo más fino, un anillo mecanizado que comparta el espacio de la junta tórica o un perfil de junta completamente distinto. Las convenciones de alojamiento que respaldan esas cifras son las publicadas por Hallite para juntas hidráulicas de vástago y de pistón, y son la referencia con la que trabaja la mayoría de los fabricantes europeos de cilindros.
Radio de borde. Una esquina viva en la ranura rebana un anillo de PTFE durante la instalación y deja residuos en el alojamiento. Un radio de 0,2–0,4 mm en la entrada de la ranura es una práctica habitual y no cuesta nada en la fase de mecanizado.
Acabado superficial. El taladro o el vástago bajo el anillo no debe ser más rugoso que aproximadamente Ra 0,4 µm para servicio dinámico. El PTFE tolera una superficie más rugosa que el PEEK; un anillo de PEEK que funciona sobre un taladro rayado desgastará el taladro.
Dilatación térmica. El PTFE se dilata aproximadamente diez veces más que el acero por grado. Los anillos de más de 200 mm de diámetro necesitan un margen de holgura diametral en la ranura, o se cerrarán a 80 °C y agarrarán el vástago.
Comprobaciones de instalación
Cuatro comprobaciones detectan casi todos los errores de instalación de anillos de respaldo que vemos en piezas devueltas:
- El anillo está en el lado correcto. En un alojamiento de simple efecto, la cara plana del anillo mira hacia la junta tórica y la junta tórica mira hacia la presión.
- El corte, si lo hay, está desfasado respecto a la línea de unión de la propia junta tórica y cerrado hasta una separación inferior a 0,3 mm. Una junta a inglete que queda abierta en el montaje permanece abierta.
- El anillo gira libremente en la ranura con la mano. Un anillo que se agarrota se ha mecanizado con la anchura incorrecta o ha absorbido fluido.
- El montaje se lubricó con fluido del sistema, no con grasa incompatible con el elastómero. La grasa de litio sobre una junta tórica de EPDM es un fallo lento; sobre un anillo de PTFE es inofensiva.
Piezas adyacentes que se confunden con los anillos de respaldo
Tres piezas se mezclan en las requisiciones, y pedir la equivocada desperdicia un ciclo.
Anillos de desgaste (también llamados anillos o bandas de guía) están cargados radialmente, soportan carga lateral y suelen ser más anchos y gruesos que un anillo de respaldo. Se alojan en su propia ranura, no junto al labio de la junta. Juntas planas son juntas estáticas planas sin ninguna función antiextrusión. Anillos de retención son metálicos y sujetan piezas en su sitio, no fluidos.
La confusión es comprensible porque un anillo de desgaste de PTFE con carga y un anillo de respaldo de PTFE con carga pueden salir de la misma prensa con el mismo compuesto. Difieren en sección, tolerancia y ranura. Un anillo de respaldo usado como anillo de desgaste fallará por cizalladura; un anillo de desgaste usado como anillo de respaldo no cerrará la holgura. Distribuidores como Darcoid publican ambas familias una junto a otra, lo que facilita comparar las diferencias de sección antes de pedir.
Para el lado de sellado del montaje, nuestra gama de juntas, arandelas y anillos de respaldo cubre las secciones estándar en PTFE, PTFE con carga y PEEK, y la gama de juntas tóricas y juntas X cubre el elastómero que protegen estos anillos. Las piezas mecanizadas de PEEK y PTFE fuera de las secciones estándar se gestionan a través de nuestra línea de plásticos técnicos que suele ser la vía más rápida para anillos de adaptación en equipos obsoletos.
Preguntas frecuentes
¿Puedo montar un anillo de respaldo en una ranura existente sin mecanizar?
A veces. Si la ranura ya tiene 1,2 mm o más de espacio axial más allá de la junta tórica, cabe un anillo fino. Si no, un anillo mecanizado con sección reducida puede compartir la ranura, pero compruebe que la compresión de la junta tórica se mantiene por encima de aproximadamente el 8 % antes de decidirse. Por debajo de eso, el montaje fuga a baja presión y el anillo es irrelevante.
¿Aumenta la fricción un anillo de respaldo?
Añade una pequeña cantidad en el lado de presión, y solo mientras se aplica presión. En la mayoría de los cilindros el aumento no es medible frente a la fricción propia de la junta del vástago. En aplicaciones de servo lentas sí importa, y un anillo de PTFE con carga de baja fricción es la respuesta habitual.
¿Por qué se partió mi anillo de respaldo de PTFE tras unas semanas?
Tres causas, por orden de frecuencia: el anillo se instaló en el lado equivocado y soportó él mismo toda la carga de extrusión; la ranura era demasiado estrecha, de modo que el anillo no tenía dónde expandirse; o el anillo era de PTFE virgen en una junta estática continua de alta carga y fluyó en frío hasta agrietarse.
¿Es un anillo de respaldo lo mismo que una junta en T?
No. Una junta en T es una pieza única con un perfil antiextrusión integrado, que se usa donde el espacio axial es demasiado estrecho para una junta tórica más dos anillos. Resuelve el mismo problema por una vía diferente.
¿Cuál es la diferencia de coste entre los anillos de PTFE y de PEEK?
Para un anillo de 50 mm, cuente con que el PEEK cuesta aproximadamente entre dos y cuatro veces el precio de un anillo de PTFE con carga. En un cilindro que trabaja a 250 bar con un taladro bien mantenido, el PTFE con carga es la elección correcta y el PEEK es dinero gastado en una capacidad que no usará. Por encima de 400 bar, o donde la holgura no se pueda reducir, el anillo de PEEK es más barato que los fallos que evita.