Sellos laberínticos sin contacto para rodamientos: diseño, selección y uso real

El accionamiento de una cinta transportadora en una fundición funcionó durante ocho meses antes de que fallaran los rodamientos. La configuración original utilizaba sellos de labio de goma que presionaban contra el eje. El polvo abrasivo se abrió camino debajo del labio, formó una ranura en el eje y finalmente contaminó la grasa. El mantenimiento reemplazó los rodamientos dos veces antes de cambiar a un sello laberíntico sin contacto. El nuevo sello no tenía partes que rozaran, por lo que no desgastaba el eje y el camino tortuoso impedía la entrada de la mayor parte del polvo. Ese cambio extendió la vida útil de los rodamientos a más de tres años.

Los sellos laberínticos sin contacto no son una solución universal. Funcionan mejor cuando se necesita baja fricción, alta velocidad o una larga vida útil en un ambiente sucio pero relativamente seco. Este artículo explica cómo funcionan, qué detalles de diseño son importantes y dónde encajan en la selección de rodamientos.

Lo que realmente hace un laberinto sin contacto

Una junta laberíntica crea un espacio largo y sinuoso entre el eje giratorio y la carcasa estacionaria. En lugar de un único espacio recto, el camino zigzaguea a través de una serie de surcos y crestas. Los contaminantes como el polvo, la arena o la neblina de agua deben recorrer ese camino para llegar al rodamiento. Cada giro obliga a las partículas a cambiar de dirección y muchas abandonan o pierden impulso antes de atravesarlas.

Debido a que no hay contacto físico entre las piezas del sello, no hay fricción por deslizamiento ni desgaste. Ésa es la principal ventaja. También significa que el sello no genera calor, por lo que no limita la velocidad del eje como lo hace un sello de labio. La desventaja es que un laberinto no es completamente estrecho. Permite una pequeña cantidad de fuga y no puede retener una inundación de líquido o polvo fino bajo presión. Piense en ello como un fuerte elemento disuasorio y no como una barrera absoluta.

Por qué los rodamientos se benefician de los sellos laberínticos sin contacto

Los rodamientos fallan por dos razones principales: pérdida de lubricación y contaminación. Los sellos de contacto abordan la contaminación pero añaden resistencia y desgaste. Los sellos laberínticos abordan la contaminación sin esas penalizaciones. En la práctica, eso significa:

• Menor par de fricción, lo que reduce la pérdida de potencia y la generación de calor.
• Mayor velocidad permitida, a menudo limitada por la jaula del rodamiento o la lubricación en lugar del sello.
• No hay elastómero que se endurezca, agriete o hinche, por lo que el sello funciona en un amplio rango de temperaturas.
• Sin desgaste por fricción, por lo que los intervalos de mantenimiento pueden ser más largos.

Estos beneficios son más importantes en motores, cajas de engranajes, bombas y rodillos de alta velocidad que funcionan en plantas polvorientas. También son importantes en aplicaciones donde la superficie del eje no se puede endurecer o donde un sello de labio dañaría el eje.

Detalles de diseño que determinan el rendimiento

Un laberinto sin contacto es tan bueno como sus dimensiones. El juego radial es el más crítico. Demasiado apretado, el rotor puede tocar el estator durante el crecimiento térmico o la vibración. Demasiado suelto y el sello pierde efectividad. Para rodamientos pequeños y medianos, es común un juego radial de 0,1 mm a 0,3 mm. Los rodamientos más grandes pueden utilizar de 0,3 mm a 0,5 mm. El espacio axial debe permitir la expansión térmica sin cerrar el espacio.

El número de ranuras también importa. Un solo ritmo ayuda, pero de tres a cinco etapas son típicas para entornos exigentes. Más etapas significan un camino más tortuoso, pero también requieren más espacio axial. La forma de la ranura puede ser cuadrada, triangular o redondeada. Las ranuras cuadradas son más fáciles de mecanizar y funcionan bien en la mayoría de los casos.

La elección del material depende del medio ambiente. El aluminio es liviano y fácil de mecanizar, pero puede corroerse en entornos húmedos o químicos. El latón y el acero inoxidable resisten mejor la corrosión. Algunos diseños utilizan inserciones de polímero o PTFE para reducir la posibilidad de dañar el eje si se produce contacto.

Dónde encajan y dónde no encajan los sellos laberínticos sin contacto

Utilice un laberinto cuando el ambiente sea polvoriento, la velocidad sea alta y la exposición a líquidos sea mínima o pueda drenarse. Los ejemplos típicos incluyen motores eléctricos, cajas de engranajes, poleas transportadoras, ventiladores, sopladores y rodillos guía en la automatización industrial. También funcionan bien en acerías y máquinas papeleras donde el calor y la velocidad hacen que los sellos de contacto no sean prácticos.

Evite un laberinto cuando el rodamiento esté sumergido, expuesto a lavado con agua a alta presión o funcionando a muy baja velocidad donde un sello de contacto es simple y efectivo. Evítelo también si el espacio disponible es demasiado pequeño para un número adecuado de ranuras. En esos casos, un sello de labio o un sello combinado puede ser la mejor opción.

Selección de rodamientos para sellado laberíntico

Muchos rodamientos estándar se pueden utilizar con un laberinto sin contacto, pero la carcasa y el eje deben estar diseñados para ello. Los rodamientos rígidos de bolas son una opción común porque soportan cargas radiales y axiales moderadas y están disponibles en tamaños que se adaptan a soportes laberínticos. Para cargas axiales más altas o cargas combinadas, los rodamientos de bolas de contacto angular de dos hileras ofrecen un ángulo de contacto más amplio y una mejor rigidez. Los rodillos guía y los rodillos guía lineales suelen utilizar sellos laberínticos porque funcionan en sistemas de movimiento lineal sucios y de alta velocidad.

Rodamientos rígidos de bolas para diseños de sellos laberínticos Explore esta categoría de rodamientos al seleccionar rodamientos estándar para sellos laberínticos sin contacto, con opciones de las series 42 y 43 para cargas radiales y axiales moderadas. Ver producto →

Cuando especifique un rodamiento, decida si el laberinto se integrará en el rodamiento o en la carcasa. Los sellos integrados ahorran espacio pero se reemplazan con el rodamiento. Los sellos de la carcasa se pueden reparar por separado y pueden ser más económicos para equipos grandes. En ambos casos, las tolerancias del diámetro interior del rodamiento y del diámetro exterior deben coincidir con el soporte del sello. Un descentramiento de más de 0,05 mm puede provocar un juego desigual y reducir la vida útil del sello.

Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera series 32 y 33 Esta serie 32/33 soporta grandes cargas radiales y axiales con alta rigidez, siendo adecuada para husillos de máquinas herramienta, componentes automotrices e instrumentos de precisión. Ver producto →

Para rodillos-guía y movimiento lineal, el diseño del sello a menudo incluye un laberinto metálico que protege los elementos rodantes de virutas y polvo. Estos rodillos se utilizan en máquinas herramienta, sistemas de almacenamiento automatizados y líneas de embalaje. Un laberinto sin contacto les ayuda a mantener un movimiento suave sin la fricción de un sello de labio.

Rodillos de riel con ranura en arco gótico LFR Estos rodillos-guía LFR utilizan una ranura en forma de arco gótico para la dispersión de la tensión, un funcionamiento estable a alta velocidad o con cargas pesadas y un movimiento lineal suave en los sistemas de automatización. Ver producto →

Si necesita orientación específica para una aplicación, el artículo sobre elegir el rodamiento de rodillos correcto Cubre las compensaciones de carga, velocidad y sellado con más detalle.

Prácticas de instalación y mantenimiento

Incluso un laberinto bien diseñado puede fallar si se instala mal. Siga estos pasos:

1. Limpie los componentes del eje, la carcasa y el sello antes del montaje. Un solo grano de arena puede mantener abierto el sello.
2. Verifique las holguras radiales y axiales con una galga de espesores o un indicador de cuadrante. Registre los valores para referencia futura.
3. Aplique una película ligera de grasa compatible a las ranuras laberínticas para ayudar a atrapar el polvo durante las primeras horas de funcionamiento.
4. Asegúrese de que los orificios de drenaje estén abiertos y apunten hacia abajo. El líquido atrapado puede inundar el sello.
5. Después de las primeras 100 horas, inspeccione el sello en busca de desgaste o marcas de roce. Ajuste la alineación si es necesario.

Durante el mantenimiento de rutina, no rocíe agua a alta presión directamente sobre el laberinto. Utilice un cepillo suave o aire a baja presión para eliminar el polvo. Si el sello está integrado en el rodamiento, reemplace el rodamiento cuando el sello esté dañado.

Errores comunes a evitar

• La holgura de ajuste es demasiado estrecha para mejorar el sellado. Esto provoca roces, calor y fallos prematuros.
• Ignorando el crecimiento térmico. Un eje que crece 0,2 mm a temperatura de funcionamiento puede cerrar un espacio en frío.
• Usando un laberinto en una aplicación inundada. Se filtrará.
• Mezcla de tipos de grasas. Algunas grasas se separan y bloquean el recorrido del laberinto con aceite o espesante.
• Olvidar un desagüe. Sin drenaje, el agua y el aceite pueden llenar las ranuras y transportar contaminantes hacia el interior.

Cada uno de estos problemas es fácil de prevenir con una simple revisión del diseño y algunas mediciones durante el montaje.

Un sello laberíntico sin contacto es una forma práctica de proteger rodamientos en aplicaciones de alta velocidad, polvorientas o altas temperaturas. No reemplaza un sello de contacto en condiciones húmedas o sumergidas, pero cuando encaja, reduce la fricción, evita el desgaste del eje y extiende la vida útil del rodamiento. La clave es tratar el espacio libre, el número de ranuras, el material y el drenaje como un sistema en lugar de detalles aislados. Cuando esos elementos coinciden con la aplicación, el sello hace su trabajo silenciosamente y durante mucho tiempo.