El sello mecánicoes un dispositivo que forma un sello giratorio entre las partes móviles y estacionarias. Fue desarrollado para eliminar las desventajas del empaque del prensaestopas. Las fugas se pueden reducir para cumplir con los estándares ambientales de los reguladores gubernamentales y también se pueden reducir los costos de mantenimiento y reparación.
Las ventajas de un sello mecánico en comparación con el prensaestopas convencional:
- Sin fugas o fugas limitadas de líquido bombeado.
- Reduce la fricción y la pérdida de potencia de la bomba.
- Reducir desgaste en el eje y el buje
- Reducir los costes de mantenimiento
- Disponible para presiones más altas y medios más agresivos.
- Una amplia variedad de diseños permite el uso de sellos mecánicos en casi todas las bombas.
Conceptos básicos del sello mecánico
Todos los sellos mecánicos constan de tres conjuntos básicos principales de piezas, como se muestra en la Figura 1.
- Conjunto de sellos primarios: uno giratorio y otro estacionario, que se muestra en la Figura 1 como una junta tórica y una pieza a presión (junta).
- Kit de sello secundario conocido como empaque del eje y piezas prensadas (juntas) como juntas tóricas, cuñas y anillos en V.
- Sellos mecánicos de presión que incluyen juntas tóricas, collares, anillos de compresión, espárragos, resortes y tubos corrugados.
Cómo funciona un sello mecánico.
El sello de presión principal se logra con dos superficies pulidas muy planas que crean un camino complejo perpendicular al camino de la fuga (resistencia a la fuga). El contacto de fricción entre estas dos superficies planas minimiza las fugas. Como con todos los sellos, una cara está fija en la carcasa y la otra cara está fija y gira con el eje. Una de las superficies suele estar hecha de un material resistente al desgaste, como el grafito de carbono. El otro suele estar hecho de un material relativamente resistente de un material duro como el carburo de silicio. Por lo general, se utilizan materiales diferentes para juntas estacionarias y juntas tóricas giratorias para evitar que las dos superficies se peguen. El lado blando generalmente tiene menos superficies de contacto y se conoce comúnmente como el borde de desgaste.
Hay cuatro puntos principales de sellado en la cara de un sello mecánico (figura 2). El sello principal es la cara del sello, punto A. La ruta de fuga al punto B está bloqueada por juntas tóricas, una junta en V o una cuña. Las vías de fuga a los puntos C y D están bloqueadas por juntas o juntas tóricas.
Las superficies de los sellos mecánicos típicos están lubricadas por una capa límite de gas o líquido. Al diseñar sellos con los parámetros de fuga deseados, vida útil del sello, consumo de energía, el diseñador debe considerar cómo se lubricarán las superficies y el principio de su lubricación.
Para seleccionar el mejor diseño de sello, es fundamental contar con la mayor cantidad de información posible sobre las condiciones de funcionamiento y el fluido que se bombea. La información completa sobre el producto y el medioambiente le permite elegir el mejor sello para su aplicación.
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Figura 1. Sello mecánico simple |
Tipos de sellos mecánicos
Los sellos mecánicos se pueden dividir en varios tipos y diseños:
Empujador
La inclusión de un sello secundario que se mueve axialmente a lo largo del eje o manguito es necesaria para mantener el contacto entre las superficies de sellado. Esta característica compensa el desgaste y el descentramiento de la cara del sello debido a la desalineación. La ventaja del empujador es su relativo bajo costo y disponibilidad comercial en una amplia gama de tamaños y configuraciones. Su desventaja es que puede causar el desplazamiento del sello secundario y la excoriación del eje o buje.
Sin empujador
Un sello o fuelle que no sea de empuje no debe moverse sobre el eje o el manguito para mantener el contacto del sello frontal. Las principales ventajas son la capacidad de operar a altas y bajas temperaturas, y la no necesidad de un sello secundario (no hay tendencia a que el sello secundario se desprenda). La desventaja de este tipo de sello es que las secciones transversales de los fuelles deben modificarse para su uso en ambientes agresivos.
Desequilibrado
Son económicos, tienen pocas fugas y son más estables bajo vibración, desalineación y cavitación. La desventaja es su límite de presión relativamente bajo. Si la fuerza resultante que actúa sobre las superficies de sellado supera el límite de presión, la película lubricante entre las superficies se expulsa y el sello se secará.
Equilibrado
Equilibrar un sello mecánico implica un simple cambio de diseño que reduce las fuerzas hidráulicas que intentan cerrar el sello mecánico. Los sellos balanceados tienen un límite de presión más alto, baja tensión en las superficies de sellado y generan menos calor. Esto los hace más adecuados para bombear líquidos con baja lubricidad y alta presión de vapor, como los hidrocarburos ligeros.
Normal
Un ejemplo de tales sellos son aquellos que requieren la instalación y alineación del sello (simple, doble, tándem) en el eje o manguito de la bomba. Si bien la instalación de un sello mecánico es relativamente simple, hoy en día el énfasis está en reducir el costo de mantenimiento y así favorecer los sellos de cartucho.
Cartucho
Un ejemplo de dichos sellos son aquellos que tienen un sello mecánico preinstalado en el buje, incluido el sello de la caja de empaquetadura contra el eje o el buje del eje (simple, doble, tándem disponible). El principal beneficio, por supuesto, es que no hay necesidad de conectar las dimensiones para su instalación. Los sellos de cartucho reducen los costos operativos y reducen los posibles errores de instalación del sello.
Diseños de sellos mecánicos
Interior único
Este es el tipo más común de sello mecánico. Estos sellos se modifican fácilmente para proporcionar un sistema de amortiguación de lavado de sellos y se pueden equilibrar para soportar presiones de medios altas. Recomendado para fluidos agresivos y no agresivos con propiedades lubricantes satisfactorias, cuando el costo no supere el costo de un sello mecánico doble.
Exterior único
Si un fluido muy corrosivo tiene buenas propiedades lubricantes, el sello externo es una alternativa económica a los costosos metales necesarios para proporcionar resistencia a la corrosión en los sellos internos. La desventaja es que no están protegidos contra golpes y presiones hidráulicas, por lo que los sellos tienen límites de presión bajos (equilibrados y desequilibrados).
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Doble (doble bajo presión)
Este diseño se recomienda para fluidos que no son compatibles con un solo sello (es decir, fluidos que son tóxicos, peligrosos (Protección ambiental), que contienen sustancias abrasivas o cáusticas que requieren metales costosos). Ventajas de la doble ysellos porque tienen una vida útil cinco veces más larga que los sellos simples en condiciones de operación severas. Además, el metal del interior del sello nunca se expone a los fluidos que se bombean; los fluidos viscosos, abrasivos y termoestables se pueden sellar fácilmente sin costo adicional. Además, pruebas recientes han demostrado que la vida útil de un sello mecánico doble prácticamente no cambia con los cambios en los parámetros tecnológicos de la bomba. Esta es una ventaja significativa a favor de un sello mecánico doble.
La decisión final al elegir entre sellos dobles o simples está determinada por el costo del sello, el costo de operación, así como las regulaciones de emisiones industriales al medio ambiente cuando un sello mecánico tiene fugas.
Doble barrera de gases (bajo doble presión)
Muy similar a un sello doble de cartucho. Un sello de césped inerte, como el nitrógeno, se utiliza como lubricante de superficie y refrigerante en lugar de un sistema de refrigeración, o líquido de inyección como sellos dobles regulares o de cartucho. Este concepto se desarrolló porque muchos fluidos de barrera se usan comúnmente en sellos mecánicos dobles y ya no se pueden usar bajo las nuevas regulaciones de emisiones. Como barrera de gases, los sellos utilizan nitrógeno o aire, ya que es inocuo y económico, lo que ayuda a evitar la liberación de productos a la atmósfera y cumple totalmente con los estándares de emisión. Se deben usar sellos de doble barrera de gas cuando se bombean líquidos tóxicos o peligrosos que están regulados o en situaciones donde se requiere una mayor confiabilidad.
Tándem (doble sin presión)
De acuerdo con las normas de salud, seguridad y medio ambiente, los sellos tándem se utilizan para bombear productos como cloruro de vinilo, monóxido de carbono, hidrocarburos livianos y una amplia gama de otros fluidos volátiles, tóxicos, cancerígenos o peligrosos.
Los sellos en tándem evitan la formación de hielo en hidrocarburos livianos y otros líquidos que pueden caer por debajo del punto de congelación atmosférica del agua en el aire (32F o 0C). (Los fluidos amortiguadores típicos son etilenglicol, metanol y propanol). Los sellos en tándem también aumentan la confiabilidad. Si el sello convencional falla, el sello exterior puede hacerse cargo de la función de mantenimiento.
Selección de sellos mecánicos
La elección correcta del sello mecánico solo se puede hacer cuando se dispone de información completa sobre las condiciones de funcionamiento.
- Líquido
- Presión
- Temperatura
- Características del fluido
- Fiabilidad y tasas de emisión
En primer lugar, se debe determinar el fluido de trabajo. Las piezas metálicas deben ser resistentes a la corrosión, normalmente de acero, bronce, acero inoxidable o Hastelloy. Las superficies de contacto también deben resistir la corrosión y el desgaste. Por ejemplo, carbono, cerámica, carburo de silicio o carburo de tungsteno. Los elementos de sellado estacionarios Buna, EPR, Viton y Teflon son los más utilizados.
El tipo de sello real, equilibrado o desequilibrado, se basa en la presión y las dimensiones del sello.
Define específicamente el uso de piezas de sellado. Los materiales deben seleccionarse de acuerdo con la temperatura del líquido.
Los fluidos abrasivos provocan un desgaste excesivo y acortan la vida útil del sello. Los sellos dobles o un sistema de fluido de lavado externo permiten el uso de sellos mecánicos en estos fluidos difíciles. Cuando se bombean hidrocarburos livianos, a menudo se usan sellos balanceados para aumentar la vida útil del sello aunque la presión sea baja.
El tipo de sello seleccionado y su diseño deben cumplir con los estándares de confiabilidad y emisión deseados. Se prefieren el sello doble y el sello de barrera de gas doble.
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Figura 2. Puntos de sellado del sello mecánico |
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