Un anillo Wills o un anillo Cooper es un tipo de junta tórica totalmente metálica . Se utilizan para servicios extremadamente exigentes, como el sellado de la junta de culata de motores de pistón de alto rendimiento .
Se utilizan anillos Wills huecos y metálicos porque tienen una mejor recuperación elástica que los sellos de metal blando y límites de temperatura más altos que los anillos O de elastómero.
Un anillo Wills es una junta tórica en forma de tubo metálico hueco. Se presurizan internamente mediante presión de gas [1]. Las ventajas de esta construcción son que los anillos pueden sellar en una amplia gama de condiciones. [2] La construcción metálica los hace resistentes a altas o bajas temperaturas y ataques químicos. Se pueden aplicar recubrimientos más suaves para proporcionar una compatibilidad aún mejor o para sellar contra superficies mecanizadas de manera tosca. [2] La presurización interna los hace compatibles, tanto para el rango de movimiento requerido como con su velocidad de respuesta, que es más rápida que las juntas tóricas elastoméricas . Su flexión tampoco se ve afectada por la temperatura. [nota 1]
Los anillos se presurizan mediante un llenado de gas estático durante la fabricación o pueden ser accionados por presión mediante la presión aplicada en la junta en servicio. Estos anillos accionados por presión tienen respiraderos en el lado de presión para permitir la entrada de gas. El límite de presión de 4 MPa [nota 2] del anillo sin presión se supera en los 40 MPa del anillo presurizado internamente y en los 200 MPa o 1000 MPa de las formas presurizadas externamente. [3]
Los anillos Wills se fabrican en cinco tipos generales: [2]
Las formas ventiladas y ranuradas generalmente están ventiladas hacia el interior, para soportar una presión interna, pero también están disponibles con ventilaciones externas, para su uso en altas presiones externas, como en el uso submarino. [nota 3]
Solo se utilizan para el sellado estático de caras, no para prensaestopas móviles . Las paredes delgadas de los tubos son sensibles a los daños causados por una manipulación brusca, herramientas puntiagudas y engarces durante el montaje. Se considera que la forma accionada por presión es ligeramente más resistente a los daños puntuales, pero tiene más riesgo de doblarse y engarzarse, ya que no está respaldada por la presurización interna durante el montaje.
Los anillos se instalan en ranuras mecanizadas, generalmente en una de las caras de contacto. [4] La profundidad perpendicular correcta de estas ranuras (en lugar de su ancho o área de sección transversal) es un factor importante que controla el rendimiento del sello. [5] A diferencia de las ranuras para juntas tóricas de elastómero, el ancho y la forma de la ranura no son importantes, solo la profundidad. Incluso es posible que esta "ranura" se convierta en una ranura o abertura de lado abierto, siempre que se mantenga esta altura libre. [5]
Los anillos Wills se construyen en una variedad de metales refractarios, incluidos acero inoxidable e Inconel . [5] También están disponibles recubrimientos de PTFE o espesores variables de enchapado en plata. [5]
Una de las aplicaciones más conocidas de los anillos Wills presurizados, o anillos Cooper como se los conocía originalmente, es para sellar la cámara de combustión de los motores de pistón . [5] Estos no son ampliamente utilizados, debido a su alto costo y al buen desempeño de otras juntas modernas, pero tienen un lugar para los motores de alto rendimiento.
Una de las primeras aplicaciones en este caso fue para los motores de carreras Coventry Climax . [6] Los motores utilitarios más mundanos de Coventry Climax no requerían estos sellos, pero se adoptaron para motores de automóviles de producción como el Hillman Imp , y cuando estos se reajustaron para las carreras, era una práctica habitual agregar este tipo de sello suplementario. [4] Algunos diseños de Coventry Climax, como el FWMV V8 , usaban un bloque de cubierta abierta con revestimientos húmedos . Estos se ubicaban en su lugar en la base del revestimiento, en lugar de cerca de la culata. Por lo tanto, eran susceptibles a problemas de expansión térmica diferencial , lo que daba lugar a fugas de refrigerante, donde el bloque y el revestimiento se expandían a diferentes velocidades: específicamente cuando los revestimientos se contraían más rápidamente a medida que se reducía la carga del motor. [7] La solución a esto fue rediseñar el revestimiento para que estuviera ubicado en la parte superior, reduciendo la distancia susceptible a la expansión. La alta flexibilidad del anillo Wills, gracias a su presurización interna, permitió un sellado confiable, incluso si la corta distancia de sujeción ahora tenía poca elasticidad y, por lo tanto, la fuerza de sujeción aplicada de los tornillos de la cabeza podía variar sustancialmente.
Los anillos Wills son caros en comparación con otros sellos, como las juntas tóricas de elastómero o las juntas de culata de lámina metálica. Una comparación típica es que un anillo [nota 4] cuesta aproximadamente $50 cada uno, [8] aproximadamente el precio de una junta de culata de alto rendimiento para un motor de cuatro cilindros.