Cómo afectan las tendencias de la dinámica de fluidos a la tecnología de sellado

Con más y más oportunidades para aprovechar grandes proyectos de construcción en todo el mundo, los clientes de energía fluida confían en los fabricantes de equipos para construir máquinas que puedan operar de manera confiable en cualquier entorno sin mantenimiento frecuente. Cumplir con estas expectativas puede ser un desafío y requiere componentes, incluidos sellos y juntas, que puedan soportar temperaturas extremas, condiciones húmedas y secas, y una operación sostenida de servicio pesado.

Para diseñar y fabricar empaquetaduras duraderas y empaquetaduras que mantengan los cilindros hidráulicos, las bombas, los motores y las válvulas funcionando sin problemas, los proveedores siempre deben adelantarse a los requisitos del cliente. Un enfoque es analizar las tendencias de la industria y su papel en el desarrollo de nuevos materiales, diseños y productos de energía hidráulica. A continuación se presentan seis tendencias de la industria que afectan las actividades de I+D de los proveedores de energía fluida.

Personalización en Normalización

La estandarización es una tendencia industrial generalizada que impulsa la reestructuración en muchas industrias. Por ejemplo, la industria automotriz estableció con éxito una estrategia de vehículo de plataforma estándar hace décadas. Como reflejo de una mentalidad similar, hoy en día muchos fabricantes de cilindros de potencia hidráulica ya no ofrecen diferentes cilindros para diferentes aplicaciones. En su lugar, ofrecen cilindros estándar con una gama más amplia de capacidades. Los beneficios de este enfoque incluyen menores costos de desarrollo y SCM y un tiempo de comercialización más rápido.

Pero hay desafíos con este enfoque. Los cilindros estándar con sellos estándar no están diseñados para manejar todas las condiciones de aplicación (incluidas presiones variables, temperaturas, medios fluidos y fricción) y desafíos ambientales como la humedad. Todas estas condiciones afectan la capacidad del cilindro para funcionar sin problemas durante largos períodos de tiempo sin mantenimiento. Esto todavía necesita ser personalizado.

Un enfoque que pueden tomar los fabricantes de cilindros es usar juegos de sellos desarrollados para diferentes aplicaciones. Estas plataformas de sello se ajustan a las dimensiones estándar del prensaestopas del cilindro, pero se empaquetan con rascadores específicos, sellos primarios, sellos secundarios y elementos de cojinete de biela y pistón. Los sellos no son la única causa de fugas en los cilindros. Requiere una plataforma coincidente de componentes de sello para trabajar juntos para reducir la fricción, eliminar fugas y mejorar la confiabilidad del cilindro en tareas específicas.

Con los sellos radiales del eje, el riesgo es aún mayor. Estos sellos se utilizan en equipos agrícolas y de construcción e interactúan directamente con ejes y cojinetes. El costo incidental de los sellos de mala calidad puede ser muy alto. El uso de sellos de eje radiales estándar no solo da como resultado fallas prematuras y fugas en el equipo;Si la temperatura es demasiado alta, puede dañar el rodamiento, el eje mismo e incluso la carcasa. Los sellos radiales del eje deben personalizarse en tamaño y material para manejar diferentes aplicaciones. Los clientes están empezando a darse cuenta de que la instalación del tamaño correcto de sellos radiales de eje de alta calidad finalmente ahorrará dinero.

máquina mundial

En el pasado, diferentes regiones del mundo dependían de máquinas hidráulicas fabricadas para cumplir con los desafíos regionales de rendimiento, como temperaturas extremas, condiciones secas o húmedas y terrenos con barro o hielo. Gracias a las mejoras en la ingeniería mecánica, ahora es posible fabricar dispositivos que puedan soportar los extremos del mundo. Pero, ¿qué pasa con los sellos dentro de estas máquinas?También tienen que lidiar con innumerables desafíos de rendimiento para mantener el equipo en funcionamiento.

Idealmente, los proveedores deberían proporcionar a los clientes sellos universales para reducir la complejidad de las piezas y los costos de ingeniería, y para simplificar el procesamiento de pedidos y el conteo de SKU. Estos sellos deben cumplir con todos los desafíos que enfrenta la maquinaria de energía hidráulica, incluidos los entornos extremos, las temperaturas altas y bajas, las presiones que fluctúan ampliamente y los requisitos de sustentabilidad variables. Una forma de lograr esto es utilizar materiales avanzados.

Los expertos estiman que el material representa el 80 % del rendimiento del sello;El otro 20% se debe al diseño. Durante décadas, el poliuretano ha sido la opción estándar para los sellos dinámicos requeridos en aplicaciones de energía hidráulica. Sin embargo, los avances recientes han dado como resultado nuevos poliuretanos que pueden manejar los amplios rangos de temperatura, los diferentes entornos y las máquinas de funcionamiento prolongado que se requieren en todo el mundo.

Por ejemplo, el poliuretano 94 AU 30000 de Freudenberg se desarrolló específicamente para enfrentar estos desafíos. Los sellos hechos de 94 AU 30000 resisten mejor el agua y los aceites hidráulicos sintéticos, soportan fluctuaciones severas de temperatura y son más resistentes al desgaste. También son menos susceptibles a daños por picos de presión y fluctuaciones, que pueden ocurrir cuando una retroexcavadora golpea repetidamente una roca para quitarla.

máquina más grande, cilindro más grande

Otra tendencia de energía fluida es el uso de máquinas más grandes y potentes en regiones donde las necesidades de infraestructura siguen creciendo. Las máquinas más grandes requieren cilindros y sellos más grandes y generan densidades de energía más altas, lo que impone nuevas exigencias a los sellos. Reemplazar estos sellos puede ser una tarea desalentadora y costosa. Muchas de estas máquinas grandes operan en ubicaciones remotas con terrenos difíciles, por lo que cuando falla una máquina, las reparaciones pueden demorar días mientras se envían las piezas de repuesto. Para hacer frente a estos riesgos, los operadores buscan sellos que mantengan el rendimiento mientras extienden la operación sin problemas.

El diseño de sellos de anillo de pistón para equipos tan grandes puede ser complicado. Al probar los límites de desempeño de los sellos seleccionados, Freudenberg desarrolló el sello de pistón de alta presión HDP330 que puede manejar demandas de presión crecientes mientras mantiene una operación sin problemas. Este sello de dos partes consta de un anillo colector de PA con corte escalonado y un elemento de presión de contacto de elastómero. Debido a las piezas deslizantes, tiene una resistencia extremadamente alta al aplastamiento por separación, así como una alta resistencia al desgaste y fuerza de precarga.

A medida que los requisitos de rendimiento de los sellos de fluidos continúan superando los límites de las tecnologías y los materiales existentes, cada vez más clientes de fluidos buscan soluciones tecnológicas como HDP330. Por sí mismo, este sello de pistón puede modificarse económicamente e instalarse rápidamente en una variedad de aplicaciones de energía hidráulica.

Líquido respetuoso con el medio ambiente

Los requisitos para operaciones industriales ambientalmente responsables están creciendo en todo el mundo. Los clientes exigieron que la maquinaria impulsada por fluidos fuera más limpia, más silenciosa y menos propensa a exponer los campos y las obras de construcción a la contaminación industrial. Una forma en que los fabricantes de energía hidráulica están respondiendo a esta llamada es mediante el uso de lubricantes y fluidos hidráulicos más ecológicos. Por ejemplo, el uso de aceites biodegradables es una respuesta creciente a posibles fugas de equipos agrícolas.

Si bien estos nuevos lubricantes y fluidos son mejores para el medio ambiente, también pueden causar estragos en los sellos tradicionales. Estos fluidos a menudo contienen compuestos agresivos que pueden debilitar y romper las uniones elastoméricas en los materiales de sellado estándar. Se requiere experiencia en materiales para analizar adecuadamente los materiales y fluidos de los sellos. Un doble enfoque es probablemente la mejor solución. Combina el desarrollo de materiales que cumplen con las normas internacionales con las pruebas de compatibilidad realizadas por los fabricantes de fluidos.

Por ejemplo, Freudenberg ha establecido centros de ingeniería en Europa y América del Norte para proporcionar a los clientes de energía fluida protocolos de prueba avanzados y medidas de validación, ahorrando tiempo y dinero. Equipados con equipos de última generación, estos centros realizan un seguimiento de la presión, la temperatura, el par de fricción, los cambios de propiedades mecánicas y las fugas, al tiempo que caracterizan las interacciones entre los sistemas de fricción y el diagnóstico de los sellos y los conjuntos de sellos. También cuentan con tecnología preparada para el futuro para cumplir con los requisitos ambientales en aplicaciones de energía fluida.

Menos trabajo y tiempo dedicado a los cilindros

Se han establecido estándares para la construcción y diseño de cilindros hidráulicos. Los materiales, los acabados y las mejores prácticas de diseño son bien conocidos y utilizados en la industria durante décadas. Entonces, todos saben que el precio de un sello es una fracción del costo total de un cilindro hidráulico. Esto significa que bajar el precio del sello tiene poco impacto en el costo del cilindro. Los clientes de hoy buscan soluciones a los principales costos involucrados en la fabricación de cilindros, incluidos los materiales, el mecanizado y la mano de obra. Se preguntan cómo los diseños innovadores de cilindros hidráulicos y los enfoques de materiales pueden reducir significativamente el costo total de los cilindros hidráulicos.

Recientemente, ha surgido uno de estos métodos. Al diseñar un cilindro alrededor de un paquete de sellos e invertir en sellos de alta calidad, una empresa puede reducir significativamente el tiempo y el esfuerzo necesarios para fabricar ese cilindro. Los factores de reducción de costos, como un acabado de superficie más áspero en el tubo, mayores tolerancias y espacios de compresión, casquillos más cortos o incluso la eliminación de componentes como anillos de respaldo y topes cuando los paquetes de sellos están diseñados para una aplicación, se vuelven posibles. El retorno de este paquete sellado es muchas veces mayor que la inversión inicial.

Este es el enfoque básico que el Programa Cilindro Perfecto de nuestra empresa proporciona a los clientes. Al trabajar con ingenieros de cilindros para diseñar cilindros alrededor de sellos de alto rendimiento, se pueden reducir otras áreas de producción de cilindros que representan una parte significativa del costo. A través de este enfoque, los especialistas de la empresa trabajan con los clientes para rediseñar y emparejar cilindros hidráulicos con sellos de alto rendimiento que aumentan la eficiencia y reducen factores como el mecanizado y los costos de mano de obra.

Este enfoque también aborda la necesidad de proporcionar materiales avanzados en la industria de la energía hidráulica. Por ejemplo, un paquete de sellos combina componentes hechos de poliuretano 94 AU30000, sellos de pistón de alta presión HDP330 y la cinta guía Guivex de la compañía para manejar el 40 por ciento de la carga lateral. Estos productos reducen la longitud del cilindro y el material requerido al mismo tiempo que aumentan la eficiencia del cilindro y ahorran a los clientes hasta un 40 % en materiales y costos de producción.

Los sellos inteligentes reducen el mantenimiento

Todos los fabricantes están interesados ​​en eliminar el tiempo y los costos de mantenimiento de equipos innecesarios. Sin embargo, el impulso para hacerlo es aún mayor en ciertas aplicaciones de energía de fluidos, como los molinos de viento en alta mar, donde el tamaño y la ubicación de los componentes son muy remotos y desafiantes. En este caso, el personal de mantenimiento a menudo equilibra las inspecciones frecuentes de componentes que no requieren reparación, desperdiciando mucho tiempo y dinero e inspeccionando muy poco, lo que puede ahorrar dinero y tiempo, pero aumenta el riesgo de que el problema no se detecte en tiempo para evitar daños graves o tiempo de inactividad. Para estas aplicaciones de energía fluida, los clientes necesitan nuevas formas de controlar el tiempo y el costo.

El sellado inteligente es una opción. Ya están en desarrollo y prometen reducir significativamente los costos de mantenimiento al monitorear los subsistemas de lubricación y enviar alertas cuando se alcanzan ciertos parámetros. En el futuro, los sellos inteligentes se convertirán en una parte importante de muchas aplicaciones de energía de fluidos, y los fabricantes deberán invertir en las tecnologías que respaldan su desarrollo.

Nuestra empresa ya cuenta con un sello de aceite que contiene el detector. Tiene un pequeño sensor que señala si se moja, alertando a los operadores sobre fugas y necesidades de mantenimiento. Además, la compañía está desarrollando un sello de eje que mide su propio desgaste al detectar cuándo las paredes del sello se adelgazan, lo que indica la necesidad de reparaciones.

Las capacidades de los sellos inteligentes todavía están emergiendo, pero son muy adecuados para el aprendizaje automático y los entornos industriales interconectados, y donde las condiciones de sellado son fundamentales para el rendimiento y la rentabilidad de la máquina.

Christian Dickopf es Vicepresidente de Industrias Generales y Gerente Regional para NAFTA Tecnología de sellado de Freudenberg .

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