1. Introducció
1.1 Importància dels sistemes hidràulics
La indústria moderna depèn en gran mesura dels sistemes hidràulics. Són essencials per a diverses indústries, com ara maquinària pesada, automoció, aviació i construcció. Els sistemes hidràulics proporcionen operacions mecàniques precises mitjançant la transmissió i el control de grans forces i moviments mitjançant l'ús de fluids com a mitjà de treball. Atès que aquests sistemes solen funcionar sota pressió extrema, és necessària una estabilitat i fiabilitat excel·lents per garantir un rendiment coherent i eficaç.
1.2 El paper dels segells en els sistemes hidràulics
Els segells juguen un paper vital en els sistemes hidràulics. El seu treball principal és mantenir l'aire, la humitat i altres impureses fora del sistema alhora que evita les fuites d'oli hidràulic. Els segells que funcionen bé poden estalviar pressió del sistema, reduir la pèrdua d'energia, augmentar la vida útil de l'equip i garantir un funcionament segur. L'eficàcia i la fiabilitat de tot el sistema hidràulic es veuen directament afectades per la funció dels segells.
1.3 La importància dels principis de selecció
El rendiment del sistema hidràulic depèn del segell seleccionat. Els enginyers i el personal de manteniment poden garantir el millor rendiment del sistema i els costos de manteniment més baixos possibles mitjançant l'ús dels principis de selecció adequats per triar els segells més adequats per a una determinada aplicació. Els criteris de selecció inclouen un coneixement exhaustiu de l'entorn de treball, una selecció adequada del material, una perfecta combinació de tipus de segells, un control precís de les dimensions i toleràncies i una avaluació exhaustiva de la rendibilitat. En adherir-se a aquestes directrius, el sistema hidràulic en conjunt pot funcionar de manera més econòmica i eficient, evitar fallades primerenques i minimitzar el temps d'inactivitat.
2. Tipus habituals de segells hidràulics
juntes tòriques
Un dels components de segellat més fonamentals, les anelles tòriques s'utilitzen àmpliament tant en aplicacions de segellat estàtiques com dinàmiques. Són fàcils d'instal·lar, assequibles i senzills. Les juntes tòriques proporcionen un efecte de segellat fiable omplint els defectes de la ranura de segellat amb la seva deformació elàstica. Les aplicacions amb pressió baixa a mitjana sovint utilitzen juntes tòriques.
Anells en Y
Els anells en Y són un tipus de segell de llavis que tenen dos llavis simètrics i una part central circular. Els anells en Y funcionen bé en moviment alternatiu, poden oferir una forta compressió inicial i capacitats d'autocompensació i són adequats per segellar les barres del pistó. S'utilitzen freqüentment per aturar les fuites d'oli hidràulic als cilindres.
Anelles en V
Els anells en V estan formats per dos llavis inclinats que formen una forma de V i una part central circular. Els anells en V poden tolerar pressions més altes i tenen fortes propietats d'autocompensació. S'utilitzen freqüentment per a segellats dinàmics, especialment en situacions d'alta pressió i alta càrrega. La forma del llavi de l'anell en V contribueix a un millor segellat quan s'aplica pressió.
Anilla en U
De manera similar als anells en V, els anells en U tenen un disseny de llavi en forma d'U i s'utilitzen freqüentment per al segellat estàtic. Les anelles en U poden oferir una estabilitat superior sota pressió a causa de la seva estructura i poden tenir un efecte de segellat excel·lent. Les aplicacions que necessiten aturar les fuites de pressió interna es poden beneficiar de l'ús d'anells en U.
Dos anells en V units esquena amb esquena per formar una forma de X formen un anell X. Amb aquest disseny, la pressió es pot segellar en dues direccions simultàniament i de manera bidireccional. Els anells X funcionen bé en aplicacions d'alta càrrega i alta pressió, especialment quan és necessari un segellat bidireccional.
3. Anàlisi de l'entorn laboral
3.1 Efecte de la temperatura sobre els segells
Un dels principals elements que influeixen en el rendiment del segell és la temperatura. Els intervals de temperatura als quals els diferents materials de segellat resisteixen els canvis de temperatura. Per exemple, el cautxú fluorat (FKM) pot tolerar temperatures d'uns -20 graus a 200 graus , però el cautxú de nitril (NBR) sol ser adequat per a condicions entre -20 graus i 100 graus . Una temperatura massa alta pot fer que el segell s'infle, s'estovi o fins i tot es fongui, mentre que una temperatura massa baixa podria fer-lo rígid, trencadís i perdre la seva elasticitat. Com a resultat, és important assegurar-se que el segell que trieu pot suportar l'interval de temperatures de funcionament del sistema.
3.2 Efecte de la pressió sobre els segells
La capacitat del segell per segellar es veu directament afectada per la pressió del sistema hidràulic. Els segells han de ser prou elàstics i compressibles en situacions d'alta pressió per tal de preservar el rendiment de segellat. El segell també ha de ser capaç de mantenir la pressió màxima de funcionament del sistema sense patir danys o distorsió irreversibles. A més, les variacions de pressió afectaran la funcionalitat del segell, per tant és essencial triar segells amb capacitats d'adaptació a la pressió.
3.3 Compatibilitat de medis químics
El material del segell es pot erosionar per l'oli hidràulic i altres mitjans químics. Per aturar el deteriorament del material i augmentar la vida útil del segell, és necessari que el segell sigui compatible amb els mitjans utilitzats en el sistema. Alguns materials de cautxú poden no ser adequats per a fluids hidràulics que tenen qualitats o addicions químiques particulars.
3.4 Efecte de la contaminació i partícules sòlides
La presència de contaminants i partícules sòlides al sistema hidràulic pot accelerar el desgast del segellat i reduir l'eficàcia del segellat. Mitjançant l'ús de materials resistents al desgast o la creació de segells amb exclusió de contaminants, es poden fer segells per suportar els impactes dels contaminants. Per tal de reduir l'efecte de les partícules sòlides sobre el rendiment del segellat, es poden tenir en compte els segells acoblats amb anells de pols per a la gestió de la contaminació.
4. Selecció de materials de segellat
4.1 Importància de les propietats dels materials
El funcionament dels segells en determinades aplicacions ve determinat per les característiques físiques i químiques dels materials de segellat. Entre aquestes qualitats hi ha:
- Resistència al desgast: capacitat d'un material per suportar el desgast; aquesta propietat és crucial per al segellat dinàmic.
- Elasticitat: l'elasticitat d'un material determina la capacitat d'un segell de tornar a la seva forma inicial davant la pressió.
- Resistència química: la capacitat d'una substància per suportar la degradació química, especialment en presència d'oli hidràulic i altres mitjans.
- La resistència a la temperatura és la capacitat d'un material per mantenir les seves característiques constants a altes i baixes temperatures.
- Resistència a l'envelliment: capacitat d'un material per suportar els efectes de l'envelliment del medi ambient (com l'oxigen, l'ozó i la radiació UV).
- Duresa: La duresa d'un material afecta la seva capacitat de segellat i resistència al desgast.
4.2 Tipus habituals de materials de segellat
NBR
El cautxú sintètic polivalent amb bona resistència al desgast, l'edat i l'oli s'anomena NBR. És un material típic utilitzat en la producció de segells i funciona bé amb la majoria de sistemes hidràulics. El rang de temperatura de treball normal de NBR és de -40 graus a +120 graus; no obstant això, aquest rang pot canviar segons la formulació particular i els additius.
FKM
FKM és ideal per a configuracions més exigents a causa de la seva excepcional resistència a la calor, els productes químics i l'oli. FKM és més resistent a la temperatura que NBR; pot suportar temperatures de fins a +200 graus . Els àcids forts, els àlcalis forts, les altes temperatures i altres mitjans corrosius són acceptables per als segells FKM.
PTFE
Una excel·lent resistència química i antiadherent són les característiques del material PTFE. Té un coeficient de fricció molt baix i poques vegades interacciona amb cap substància. Els segells de PTFE sovint no s'utilitzen per al segellat dinàmic a causa de la seva baixa elasticitat; en canvi, normalment s'utilitzen en aplicacions que requereixen una resistència al desgast i una resistència química excepcionals.
4.3 Resistència al desgast, elasticitat, resistència química i resistència a la temperatura dels materials
Per garantir la fiabilitat i la longevitat del segellat en una aplicació concreta, s'han de tenir en compte la resistència al desgast, la flexibilitat, la resistència química i la resistència a la temperatura dels materials de segellat. Com a il·lustració:
- Resistència al desgast: l'elecció d'un material de segellat amb un alt nivell de resistència al desgast ajudarà a que el segell duri més, especialment en situacions en què hi ha partícules sòlides o abrasius.
- Elasticitat: un segellador que posseeix una alta elasticitat pot ajustar-se de manera més eficaç a les variacions en la forma de la superfície de segellat, donant lloc a un entorn més hermèticament segellat.
- Resistència química: per evitar la degradació del material o del rendiment, el material de segellat ha de ser compatible amb els mitjans del sistema hidràulic.
- Resistència a la temperatura: la substància de segellat ha de poder continuar funcionant durant tot el rang de temperatura de treball del sistema.
5. Selecció del tipus de segell
5.1 Requisits de segellat i escenaris d'aplicació
Les necessitats específiques de segellat, com el medi de segellat, la pressió de funcionament, el tipus de moviment, les condicions climàtiques, etc., s'han de tenir en compte a l'hora de triar els segells. Com a il·lustració, certs segells podrien ser més adequats per a situacions químicament corrosives, mentre que altres es podrien fer per a altes temperatures. La selecció del millor tipus de segell serà més fàcil tenint una comprensió clara dels requisits únics de l'escenari d'aplicació.
5.2 Segells dinàmics vs. segells estàtics
Els segells dinàmics s'utilitzen normalment en elements mòbils que necessiten mantenir un segell mentre estan en moviment, com ara eixos giratoris o tiges del pistó. Els anells en Y i els anells en V són exemples de segells dinàmics que estan fets per suportar el desgast i les variacions de pressió provocades pel moviment alternatiu o giratori.
Per aturar les fuites de mitjans, els segells estàtics es col·loquen entre peces permanents com els connectors de canonades i els taps finals. Les opcions de segellat estàtic habituals que són senzilles d'instal·lar i ofereixen un segellat fiable en condicions estàtiques inclouen les juntes tòriques i les juntes en U.
5.3 Consideracions per a ambients d'alta pressió i alta temperatura
Els segells han de ser prou elàstics i compressibles en situacions d'alta pressió per tal de suportar la pressió i mantenir un segell. En situacions d'alta pressió pot ser necessari l'ús de materials més resistents o segells fabricats específicament, com ara anelles en V amb anells de suport.
Els materials de segellat han de ser capaços de suportar el deteriorament tèrmic i mantenir les seves característiques físiques en condicions d'alta temperatura. Per evitar danys als segells, pot ser necessari escollir materials que puguin suportar altes temperatures, com PTFE o FKM, o utilitzar tècniques de refrigeració específiques.
5.4 Espai d'instal·lació i rendibilitat
Les dimensions i la forma de l'espai d'instal·lació limiten la mida i el tipus de segells que es poden utilitzar. Podria ser necessari utilitzar un disseny de segellat més compacte, com una junta tòrica o una junta X, quan hi hagi poc espai.
A l'hora d'escollir segells, l'assequibilitat també és un factor crucial. Els beneficis econòmics a llarg termini dels segells d'alt rendiment són més grans, ja que normalment tenen una vida útil més llarga i requereixen menys manteniment, fins i tot si el seu cost inicial pot ser més elevat.
6. Importància de la mida i la tolerància del segell
6.1 Col·locació de segells i ranures de segell
Per a un segellat òptim, els segells han d'encaixar perfectament a les ranures dels segells. Un segell massa gran podria dificultar la instal·lació o possiblement trencar el segell o la ranura del segell; un segell massa petit no oferirà prou força de compressió, cosa que provocarà fuites. En conseqüència, la mida del segell s'ha de triar amb precisió en funció dels paràmetres de la ranura del segell.
Disseny de la ranura del segell: per garantir que el segell es pugui comprimir uniformement després de la instal·lació, s'han de tenir en compte la mida i la velocitat de compressió del segell.
Procediment d'instal·lació: L'ús de la tècnica d'instal·lació adequada pot evitar que el segell es faci malbé o es deformi, garantint l'efecte de segellat.
6.2 Efecte de la tolerància dimensional sobre el rendiment
El rang de desviació acceptable per a la mida del segell es coneix com a tolerància dimensional. Quan les toleràncies són massa ajustades, el segell pot estar sobrecomprimit, cosa que reduirà la seva elasticitat i longevitat; quan les toleràncies són massa fluixes, és possible que el segell no pugui generar prou força de segellat.
Taxa de compressió: el grau d'instal·lació d'un segell es coneix com la seva velocitat de compressió, i mantenir l'efecte de segellat requereix utilitzar la taxa de compressió adequada.
Durabilitat: la durabilitat del segell es veu directament afectada per la tolerància dimensional. Les mesures precises garanteixen que els segells continuen funcionant de manera constant durant períodes de temps prolongats.
6.3 Estandardització vs. personalització
A l'hora de seleccionar segells hidràulics, sovint hi ha dos mètodes implicats: estandardització i personalització.
Segells estandarditzats: aquests segells són fàcils de comprar i substituir, s'adapten a la majoria d'aplicacions habituals i s'adhereixen als estàndards de la indústria o internacionals de dimensions i toleràncies.
Segells personalitzats: per a determinades aplicacions o sistemes amb necessitats particulars, podrien ser necessaris segells personalitzats. Per obtenir l'efecte de segellat òptim, es poden construir segells personalitzats amb dimensions i toleràncies en funció de les condicions de treball particulars i els requisits de rendiment.
És important tenir en compte tant la consistència com la personalització a l'hora de seleccionar els segells. Si bé els segells a mida ofereixen més flexibilitat i la possibilitat de modificar el rendiment, els segells estandarditzats són més assequibles i més fàcils d'aconseguir.