Cómo controlar la entrada de contaminantes en sistemas hidráulicos

Michael C. Brown, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Los sellos limpiadores hidráulicos son la primera línea de defensa en muchos sistemas hidráulicos. Desafortunadamente, también son un problema perpetuo para la mayoría de los usuarios de maquinaria hidráulica. La contaminación del aceite hidráulico es un factor importante en la vida útil y el desempeño del sello. Los rasguños o arañazos microscópicos y las hendiduras en la superficie de los vástagos de los cilindros pueden reducir significativamente la vida útil de los sellos rascadores y facilitar la entrada de contaminantes al sistema. Partículas tan pequeñas como 5 micrones pueden actuar como papel de lija en estas superficies, provocando una cadena de desgaste que crece exponencialmente en estos sistemas de tan finas tolerancias.

Los sellos limpiadores, que también se conocen como raspadores, exclusores o sellos contra el polvo, se instalan en el lado externo de la cabeza del cilindro para evitar que la suciedad, el polvo, las partículas y la humedad entren en los cilindros/vástagos del pistón cuando se retraen en el sistema. Esto, a su vez, evita la contaminación y la degradación acelerada del aceite hidráulico, el daño de los anillos, las juntas y otros componentes sensibles. Al seleccionar cuidadosamente los sellos y usar herramientas de control de contaminación como respiradores desecantes, sistemas de filtración o regeneración de aceite y almacenar el aceite adecuadamente, podemos maximizar la vida útil de las máquinas hidráulicas y minimizar los muchos efectos negativos de la contaminación.

Diseños de sellos limpiadores

Los sellos limpiadores no son iguales, ni deberían serlo, ya que deben funcionar en muchas industrias diversas. También deben lidiar con la contaminación de lavados a alta presión, la exposición a condiciones climáticas extremas y ataques químicos. Para sobrevivir a estas condiciones, los sellos limpiadores generalmente se fabrican con materiales resistentes como el poliuretano de alto desempeño. Además, hay que considerar el factor de diseño, incluida la geometría del labio y la ranura del sello.

Cuando el vástago del cilindro se extiende más allá del sello del vástago, una fina película de aceite permanece en el vástago, atrapada en imperfecciones microscópicas de la superficie. El espesor de la película de aceite dependerá del acabado de la superficie, el sello del vástago y la velocidad de la superficie del vástago. Durante la carrera de retorno, esta fina película puedeliminarse mediante un labio limpiador agresivo, lo que provocará una fuga en el sistema. Por lo tanto, es importante emparejar correctamente los sellos limpiadores y del vástago. Por ejemplo, un diseño agresivo del labio limpiador requiere un diseño agresivo del labio del sello del vástago. Si el limpiador y los sellos del vástago no se combinan correctamente, pueden ocurrir fugas y fallas prematuras.

Algunos de los diseños de los sellos rascadores más comunes incluyen labio simple, labio recto, labio biselado, labio redondeado y labios dobles o redundantes. Los diseños de labio único y labio limpiador recto son los más agresivos. Ofrecen el mejor desempeño de raspado y eliminación de suciedad, y se recomiendan para aplicaciones con alta contaminación.

Un labio limpiador biselado o achaflanado es menos agresivo. El labio biselado permite que la película de aceite microscópicamente delgada en el vástago se retraiga hacia el sistema mientras proporciona una adecuada exclusión de suciedad en ambientes menos contaminados.

El labio redondeado es el diseño menos agresivo y se usa típicamente en aplicaciones neumáticas para mantener una película delgada de aceite o grasa en el vástago y para mantener lubricados el cojinete del pistón y el sello.

Los labios rascadores dobles o redundantes son una de las formas más efectivas de mejorar el desempeño de sellado de un sistema. Este diseño debe combinarse con sellos de vástago de larga duración. Elimina la liberación de presión de fluido acumulada entre el sello limpiador y el sello del vástago al liberar la presión fuera del sello del vástago y dentro del sistema.

Acabados de las superficies

El acabado de la superficie del vástago del cilindro puede afectar gravemente la vida útil de un sello limpiador. Una superficie de contacto que tiene rayones, muescas, melladuras o marcas de maquinado en espiral puede crear vías de fuga y ser abrasiva para el sello. Como regla general, cuanto mejor sea el acabado de la superficie de sellado, mejor será el desempeño general del sello. Un valor de acabado más bajo generalmente significa un menor desgaste y una mayor vida útil del sello. Sin embargo, un acabado demasiado suave conducirá a un aumento significativo en el desgaste del sello. Sin picos y valles microscópicos, no se puede retener la lubricación entre el labio del sello y la superficie de sellado. Estos picos y valles son necesarios para canalizar el lubricante y evitar el contacto directo que causaría fricción y desgaste.

Para los sellos de politetrafluoroetileno (PTFE) o Teflón, la transferencia de una película delgada de PTFE desde el labio del sello a la superficie dinámica de contacto es fundamental para mejorar la vida útil del sello. Las superficies dinámicas con acabados relativamente rugosos desgastan el material del labio del sello con demasiada rapidez. Sin embargo, las superficies dinámicas extremadamente suaves dan como resultado una transferencia de material que es insuficiente para formar una película delgada y conducirá a un aumento en el desgaste del sello. Los parámetros utilizados para describir el acabado de la superficie se definen en ISO 4287, como se muestra en la tabla 1.

Fuelles / Protecciones

Se deben combinar muchos factores para que los sellos limpiadores funcionen correctamente. Un buen plan de contingencia o de respaldo para sus sellos limpiadores es usar fuelles o protecciones. Los fuelles ofrecen una forma eficaz de mantener los contaminantes fuera de los sellos limpiadores del cilindro y, por lo tanto, fuera del sistema hidráulico. Excluyen los contaminantes al cubrir el vástago del cilindro a medida que se mueve hacia adentro y hacia afuera entre el sello limpiador y el sello del vástago. Esta acción asegura que se cubra toda la longitud del vástago del cilindro y sella los contaminantes como suciedad, polvo, agua y contaminantes del proceso.

Los fuelles pueden estar hechos de caucho, lona vulcanizada, Gor-Tex, cloruro de polivinilo moldeado por inyección (PVC) o tela resistente al fuego. Si bien son excelentes para evitar la entrada de contaminantes, también pueden dificultar la inspección de los sellos.

Control de contaminación

Si sospecha que su sistema hidráulico se está volviendo lento y tiene fugas de aceite más allá de los cilindros, retire un filtro e inspecciónelo. Vacíe el contenido sobre una toalla blanca y mírelo con un microscopio. Si tiene un programa de análisis de aceite, verifique los resultados de la prueba para ver si ha habido un aumento en las partículas de desgaste y de degradación del elastómero. Si es así, un sello puede estar fallando y el cilindro puede comenzar a desgastarse.

Antes de reparar los culpables, es importante asegurarse de que el aceite esté limpio. Ya sea que reacondicione aceite para eliminar la contaminación o filtre el aceite hidráulico utilizando un sistema de filtración fuera de línea con filtros de 5 micrones y tasa beta de 75-200. Si bien un sistema de filtración en línea también puede funcionar, sería aconsejable cambiar los filtros antes de comenzar. Es posible que ya estén obstruidos y solo circulen contaminantes a través del sistema.

Una vez que haya limpiado el aceite y reemplazado los componentes desgastados, considere el costo de cambiar los componentes, así como el tiempo de inactividad y las horas de trabajo involucradas. Si esto ha sucedido antes, agréguelo a la historia. Estoy seguro de que ahora tiene suficiente justificación para equipar su sistema con fuelles, respiradores desecantes, conexiones rápidas, puertos de muestreo adecuados y modificaciones en las mirillas para cerrar completamente el sistema y obtener la confiabilidad que ha soñado.

Como ocurre con toda la maquinaria, los sistemas hidráulicos deben inspeccionarse periódicamente. Las inspecciones diarias o semanales de sus sistemas y componentes pueden ahorrar miles de dólares en reparaciones y tiempo de inactividad. Recuerde, cuesta mucho menos hacerlo bien la primera vez que tener que arreglarlo después. Además, si no lo arregla correctamente, el ciclo de ingreso a la máquina comenzará de nuevo una vez que presione el botón de arranque.