SELLOS MECANICOS

SELLOS MECANICOS

Sirven para la estanqueizacin de ejes rotativos, es decir, la separacin de espacios con diferentes presiones, lquidos y temperaturas, los sellos mecnicos axiales son utilizados en la construccin de bombas, turbinas para aviones y para agua, motores, aparatos domsticos, sopladores, reactores, mezcladores, etc.

Los sellos mecnicos son clasificados segn las presiones, para presiones bajas, desde vaci hasta 10 bar, para presiones medias, desde 10 bar hasta 50 bar y para presiones altas, desde 50 bar hasta 250 bar.

La velocidad mxima que se puede manejar con los sellos mecnicos es de 120 m/s.

Las temperaturas mximas para sellos simples son de 220C sin refrigeracin, hasta 450C con refrigeracin o utilizando sellos de fuelles metlicos con anillos de grafito.

Los sellos pueden tener dimetros entre 6 y 500 mm.

Los valores lmites requieren construcciones especiales sin o con equipos auxiliares.

Los sellos mecnicos surgieron en la industria hace mas o menos 45 aos. La tendencia de utilizacin de sellos mecnicos en todos los campos industriales es creciente, principalmente en los ltimos 10 aos. Esto es debido a las altas exigencias de la proteccin del medio ambiente y de la exigencia por parte de los hombres de mantenimiento de mquinas para la utilizacin de elementos de estanqueidad con pocas perdidas, servicio sin mantenimiento y seguro, as como tambin largo tiempo de duracin.

Para satisfacer estas exigencias es necesario seleccionar cuidadosamente el tipo constructivo del sello, la combinacin de los materiales y una fabricacin precisa.

La carga de un sello mecnico depende del diseo hidrulico, como tambin de las condiciones de servicio y de las influencias del ambiente.

El factor de carga hidrulica K de un sello mecnico se define como sigue:

Superficie cargada hidrulicamente

K= ---------------------------------------

Superficie de deslizamiento

SELLO NO BALANCEADO

K> 1 , PARA MEDIOS DE BAJA PRESION DEPENDE DEL PRODUCTO

SELLO BALANCEADO

K< 1 , PARA BOMBAS DE ALTAS PRESIONES, MEDIOS CON FLASHING

En la prctica se escogen valores de K entre 0,7 y 1,2. Cuando el valor K disminuye, aumenta la seguridad contra sobrecarga trmica, pero aumenta el riesgo de que se separen las caras de deslizamiento produciendo perdidas considerables.

Con los materiales de deslizamiento existentes en el mercado se consigue hoy en da sellos balanceados, es decir, donde acta la fuerza hidrulica por su totalidad, valores hasta 10 (16) bar y velocidades de deslizamiento de 20 m/s sin problemas de funcionamiento.

Para optimizar la funcin de un sello, el intersticio h debe ser el mnimo posible, sin embargo, debe evitarse al mismo tiempo el contacto de los materiales deslizantes. (peligro de trabajo en seco)

Funcin de un Sello Mecnico:

El sello mecnico ideal se caracteriza por 6 factores:

1. Mxima estanqueidad posible.

2. Mximo tiempo de duracin, es decir, mnimo desgaste.

3. Mxima seguridad de funcionamiento, es decir, ningn mantenimiento,

ni reparaciones.

4. Mnimas perdidas por friccin (consumo de energa) y formacin mnima

de calor.

5. Espacio mnimo de instalacin.

6. Mxima eficacia econmica y precio justificativo.

El tipo de sello seleccionado ser siempre un compromiso. Los elementos bsicos son siempre un anillo deslizante rotativo con su correspondiente anillo secundario(o`ring o anillo de grafito) y resorte nico o multiresortes, as como un anillo estacionario con su elemento secundario (o`ring anillo de grafito)

1. CARA ROTATIVA DEL SELLO 4. O`RING ESTACIONARIO

2. O`RING DINAMICO 5. RESORTE

3.CARA ESTACIONARIA DEL SELLO 6. TRANSMISOR DE TORQUE

El anillo rotativo esta sujeto al eje y desliza sobre el anillo estacionario, el cual se encuentra instalado en la brida.

Los resortes que dependen del sentido de rotacin, como los resortes cnicos, no tienen solamente la tarea de apretar el anillo rotatorio contra el estacionario, sino tambin transmiten la traccin del eje al anillo rotatorio. (Transmisin del par.)

SHAPE \* MERGEFORMAT

Resortes cilndricos, ondulados o multiresortes (mltiples) son utilizados en construcciones independientes del sentido de rotacin. Hasta velocidades de 25 m/s, los resortes pueden girar con el anillo rotatorio. Hasta 35m/s, con gua de resorte. En velocidades mas altas, los resortes deben ser estacionarios, para evitar la influencia de la fuerza centrifuga y vibraciones.

Los fuelles metlicos tambin tienen la funcin de apriete, como un resorte, pero estn equipados con garras, para la transmisin del par.

Los resortes apoyan las fuerzas hidrulicas de cierre, cuando la maquina esta parada. En general, la fuerza de los resortes es de 1,5 a 2,0 kg/cm2.

Formacin de calor en un sello mecnico:

Temperaturas distintas en un sello influyen en la geomtrica del intersticio. Hay que considerar los siguientes factores de los materiales:

a) Coeficiente de conductividad trmica.

b) Coeficiente de dilatacin trmica.

c) Factores de disipacin del calor..

En caso de temperaturas excesivas en el intersticio, la pelcula lubricante en el intersticio se evapora. Esto significa mas friccin, desgaste, se quiebran las caras, se sueldan una a la otra y se producen entonces fisuras trmicas debido a las distintas tensiones.

El calor en el intersticio tambin tiene influencia sobre las fugas.

Dilataciones explosivas del vapor de agua pueden abrir las caras y daarlas con fisuras.

En caso de los carbones, hay fracturas de partes de la cara, debido a los distintos valores de dilatacin, consistencia y de conductividad entre el carbn bsico y el material de impregnacin.

El calor de friccin es transmitido al lquido de refrigeracin por las partes del sello. Aqu hay la posibilidad de instalacin de un lavado por medio del mismo lquido bombeado, conectndolo de la descarga de la bomba al sello. En caso de agua caliente, es preferible refrigerar con agua fra de una fuente externa o utilizar una bomba con cmara de refrigeracin.

1. FLUSHING DESDE LA DESCARGA 2. FLUSHING EXTERNO

Cuando se trabaja con lavado del sello por medio del lquido bombeado, hay que prestar especial atencin a que el tubo sea suficientemente dimensionado, para evitar sedimentaciones, especialmente en el caso de agua dura, lquidos cargados con slidos o que tienden a la polimerizacin.

Friccin:

Para minimizar fugas (goteo) del lquido bombeado, el sello tiene que trabajar en la friccin limite, es decir donde todava existe una pelcula fina de lubricacin en el intersticio. Para el calculo se toma el valor f=0.08.

Rugosidad (Aspereza)

Cuanto menor es la rugosidad media, mayor es la superficie portante y la posibilidad de cargar la cara deslizante. Cuanto mayor la rugosidad producida por adhesin, lquidos abrasivos, fisuras o similar, aumenta el desgaste.

Las caras de deslizamiento tienen una rugosidad media de Ra= 0,015 hasta 0.5 um. Estos valores se consiguen despus de un cierto tiempo de funcionamiento, con condiciones de servicio constantes.(50 a 100 horas)

Aparte de las bajas rugosidades, es necesario considerar tambin la planitud de las caras. Esta se puede medir, despus del acabado final, por medio de la luz monocromtica. Por refraccin de la luz entre el vidrio plano de control y la cara surgen fajas de luz. Si estas son paralelas, la desviacin de la planitud absoluta es menor que 0.01 um. lo cual es aceptable.

Fugas (Goteo)Siempre se pregunta por las fugas de un sello mecnico. Un sello mecnico siempre tiene que tener fugas, naturalmente mnimas, las cuales sirven para lubricar las caras. La construccin de sellos sin fugas es posible, pero en este caso hay una evaporacin de las fugas en el intersticio y un peligro de trabajo a seco.

Las fugas son influenciadas principalmente por la rugosidad del material de las caras de deslizamiento, por la planitud, por la presin,por las vibraciones,por la velocidad, por la temperatura,etc.

Hoy en da se pueden calcular las fugas por medio de una frmula a leer en el diagrama. Sin embargo, no estn consideradas las influencias ambientales como vibraciones, desplazamiento axial, oscilaciones, variaciones de presin y de temperatura. Estas pueden ser consideradas con un suplemento de seguridad.

Potencia absorbida:

El conocimiento de la potencia absorbida por un sello mecnico es muy importante para el fabricante de la bomba. Para el clculo se pueden usar las siguientes frmulas o un diagrama:

PG=p.K + PF

PR= PG.Vg.A.f

PR: Potencia absorbidaPG: Presin de sellado

Vg: Velocidadp: Diferencia de presin entre los dos

espacios de sellado

A: Superficie de contactoK: factor de balanceamiento

f : Coeficiente de friccinpf: Presin del resorte

Materiales de sellos mecnicos:

1.- Materiales Deslizantes:

a) Carbones sintticos

b) Materiales plsticos (tefln, etc.)

c) Metales

d) Carburos

e) xidos metlicos (Cermica)

CONDUCTIVIDAD TERMICA DE LOS MATERIALES DE LAS CARAS

RESISTENCIA QUIMICA DE LOS MATERIALES

DUREZA DE LOS MATERIALES

2.- Sellos Secundarios:

a) Elastmeros

b) No elastmeros

3.- Materiales para resortes y otros componentes:

Valores de carga para diferentes combinaciones de materiales de deslizamiento.

P x Vg (bar x m/s)

1. Carburo tugnsteno / carburo tugnsteno = 200

2. Carburo silicio / carburo silicio = 500

3. Carbn con impregnacin silicio / carbn con impregnacin silicio = 2000

4. Carburo silicio / carburo tungsteno = 1500

5. Carburo tungsteno / carbn con impregnacin antimonio = 3000

6. Carburo silicio / carbn con impregnacin antimonio = 5000

7. Carburo silicio / carbn con impregnacin silicio = 1000

Datos fsicos de los materiales:

Los materiales son seleccionados segn propiedades de deslizamiento, aplicacin, posibilidad de mecanizacin, precios justificativos, etc. Aparte de eso interesa el coeficiente de conductividad y dilatacin trmica.

Daos en Sellos mecnicos:

El anlisis del dao en un sello mecnico es muy importante, para evitar fallas continuas. Se puede clasificar los daos como siguen:

Por corrosin

Por influencia mecnica

Por influencia trmica

Por seleccin incorrecta del material

Por seleccin incorrecta de la construccin o diseo del sello.

Daos en o`rings:

En la mayora de los casos, los o`rings hinchados son consecuencia de un ataque qumico. Esto se puede remediar con la utilizacin de calidades adecuadas o entonces empleando Tefln.

Los o`rings quebradizos son consecuencia de temperaturas demasiado elevadas. La elasticidad desaparece completamente y el poder de adaptacin se reduce considerablemente. En este caso hay que observar las temperaturas mximas permitidas de las juntas.

Cuando el o`ring se presenta sin forma o comprimido, es seal de extrusin por el intersticio. En este caso hay que utilizar o`rings con la dureza adecuada o calcular el intersticio. Tambin hay la posibilidad de instalacin de una arandela de apoyo.

Si el o`ring deslizante presenta un desgaste circunferencial, esto es debido a la friccin con el eje la bocina del eje. En caso de productos abrasivos, esto puede causar daos al eje o a la bocina en forma de marcas axiales en el lado del producto.

En este caso hay que tomar medidas preventivas, evitando vibraciones excesivas, inyectar liquido limpio o revestir el eje /bocina con metal duro. Los o`rings menos susceptibles son los de Tefln.

Tipos constructivos de sellos mecnicos:

No balanceados

Balanceados

Resorte nico

Resortes mltiples

Dependiente del sentido de rotacin

Independiente del sentido de rotacin

Con O`rings

Con fuelle de goma

Disposicin de Sellos Mecnicos:

De simple efecto

De doble efecto

En tandem

Estacionario

Rotativo

Montado en la caja

Montado exteriormente

Tipo Cartucho

Los sellos mecnicos de doble efecto o tambin llamados back-to-back requieren la circulacin de un lquido limpio con una presin superior de 2 bar en relacin a la presin del liquido bombeado. Esto es importante para evitar la apertura del sello del lado producto, que est montado al revs. Como estos sellos son utilizados para productos muy cargados, abrasivos, voltiles, etc. , el liquido limpio que esta en circulacin entre los dos sellos, no solamente debe tener la funcin de disipacin de calor, sino tambin la funcin de lubricacin de las caras. Debido a esta funcin hay que contar con fugas del lquido limpio hacia el producto, bien reducidas, debido a la diferencia de presin muy baja (30 psi).

En caso de productos muy sensibles que no son compatibles con el liquido de presurizacin (circulacin), hay la posibilidad de utilizacin de sello tandem. Estos sellos tambin requieren una circulacin, sin embargo, esta no necesita presurizacin. Este tipo de sellos se utiliza muy frecuentemente en la aplicacin de hidrocarburos, donde hay el peligro de evaporacin entre las caras.

Sistema de Presurizacin (Circulacin):

El sistema ms simple es el circuito de circulacin pasando por un termosifn con refrigeracin. Debido al efecto de circulacin natural, el calor de friccin de las caras es disipado continuamente. Si el flujo no es suficiente para disipar el calor, se puede integrar una bombita en el circuito o una rosca de bombeo en el sello.

La presurizacin para el sello doble se hace por medio de una bomba con un gas inerte, normalmente nitrgeno. En el caso del sello tandem se trabaja sin presin, o si es necesario, con presin muy baja (menor en relacin a la presin del producto).

Como la circulacin por termosifn no permite presiones muy altas (hasta aprox. 15 bar) debido a la solubilidad del nitrgeno en el lquido y consecuentemente peligro de burbujas de gas en el circuito, existen otros equipos de presurizacin para presiones mas altas, como por ejemplo:

a) Sistema de circulacin forzada con equipo combinado para circulacin y presin (circuito abierto)

b) Sistemas de reabastecimiento (compensacin de fugas) con presurizacin (circulacin), por circuito cerrado. La circulacin se hace por medio de circulacin al natural o con rosca de bombeo y con intercambiador de calor montado en la tubera.

Vg = Velocidad lineal[m/s]

Dm = Diametro de cara [mm]

n=revoluciones [r.p.m.]

Dm * n * ( 60.000

Vg =

EMBED Unknown

Di

Da

Dh

Do

1

2

3

5

4

6

Resortes

resortEe

Medio

Vaporizacin

Friccin

Generacin calor

Gotas a presin

1

2

1

Generacin de calor

Flujo de calor

StaticO-rings

Dynamic

O-rings

Temperature

Fluor Carbon

Rubber, Viton*

Ethylen Propylen Dien

Rubber, EPDM

- 5C/23F

(never use with any oil)

+ 140C/284F (water)

+ 75C/167F

- 20C/-4F

Nitril Butadien

Rubber, Perbunan*

- 20C/-4F

+ 200C/392F

+ 75C/167F (water)

- 40C/-40F

0C/32F

Temperature

Fluor Carbon Rubber

Ethylen Propylen Dien Rubber

- 20C/-4F

+ 150C/302F (never use with any oil)

+ 140C/284F (water)

+ 100C/212F

Nitril Butadien Rubber

Perbunan*

EPDM

Viton*

- 30C/-20F

+ 150C/302F (oil)

+ 75C/167F (water)

Fluido de barrera

Atmsfera

Producto

Quench- or Buffer media

Producto

Atmsfera

EMBED Unknown

Tapn de llenado

PI

T

T

PS

FI

Especificado

Reservorio Externo

Termosifn

Presurizado de circulacin forzada cuando se requiere

Indicador denivel

Vlvula de drenaje

Fuente externa

De presin

Tanque

Tapn de llenado

Tanquel

PI

T

T

PS

FI

Especificado

Reservorio externo

Termosifn

Sin presin o

Circulacin forzada

Cuando se requiere

Indicador de nivel

Vlvula de drenaje

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