¿Qué es un sello mecánico?
Conceptos básicos del sellado de bombas de fluido
Un sello mecánico es simplemente un método para contener fluido dentro de un recipiente (generalmente bombas, mezcladoras, etc.) donde un eje rotativo pasa a través de una carcasa estacionaria o, en ocasiones, donde la carcasa rota alrededor del eje.
Cuando se sella una bomba centrífuga, el desafío es permitir que un eje rotativo entre en el área ‘húmeda’ de la bomba, sin permitir que grandes volúmenes de fluido presurizado se escapen.
Para abordar este desafío, debe haber un sello entre el eje y la carcasa de la bomba que pueda contener la presión del proceso que se está bombeando y resistir la fricción causada por la rotación del eje.
Métodos tradicionales
Empaquetadura trenzada
Antes de examinar cómo funcionan los sellos mecánicos, es importante entender otros métodos para formar este sello. Un método aún ampliamente utilizado es la empaquetadura.
La empaquetadura es un material trenzado, similar a una cuerda, que se empaqueta alrededor del eje, llenando físicamente el espacio entre el eje y la carcasa de la bomba.
La empaquetadura todavía se usa comúnmente en muchas aplicaciones, sin embargo, cada vez más usuarios están adoptando sellos mecánicos por las siguientes razones:
-La fricción del eje rotativo desgasta la empaquetadura con el tiempo, lo que lleva a un aumento de las fugas hasta que la empaquetadura se ajusta o se vuelve a empaquetar.
-La fricción del eje también significa que la empaquetadura también necesita ser enjuagada con grandes volúmenes de agua para mantenerla fresca.
-La empaquetadura necesita presionar contra el eje para reducir las fugas, lo que significa que la bomba necesita más potencia para girar el eje, desperdiciando energía.
-Debido a que la empaquetadura necesita contactar con el eje, eventualmente desgastará una ranura en él, lo que puede ser costoso de reparar o reemplazar.
Los sellos mecánicos están diseñados para superar estos inconvenientes.
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Diseño
Un sello mecánico básico contiene tres puntos de sellado.
La parte estacionaria del sello se ajusta a la carcasa de la bomba con un sello estático; esto puede estar sellado con una junta tórica o una junta apretada entre la parte estacionaria y la carcasa de la bomba.
La parte rotativa del sello se sella en el eje generalmente con una junta tórica. Este punto de sellado también puede considerarse estático ya que esta parte del sello rota con el eje.
El sello mecánico en sí es la interfaz entre las partes estáticas y rotativas del sello.
Una parte del sello, ya sea la parte estática o rotativa, siempre está montada de forma resiliente y cargada con resorte para acomodar pequeñas deflexiones del eje, movimiento del eje debido a tolerancias de rodamiento y desalineación fuera de perpendicularidad debido a tolerancias de fabricación.
Puntos de sellado
El sello primario
Mientras que dos de los puntos de sellado en un diseño de sello son sellos estáticos simples, el sello entre los miembros rotativos y estacionarios necesita un poco más de consideración. Este sello primario es la base de todo diseño de sello y es esencial para su efectividad.
El sello primario es esencialmente un cojinete vertical cargado con resorte, que consta de dos caras extremadamente planas, una fija y una rotativa, que corren una contra la otra. Las caras del sello se presionan juntas utilizando una combinación de fuerza hidráulica del fluido sellado y fuerza del resorte del diseño del sello. De esta manera, se forma un sello para evitar que el proceso se filtre entre las áreas rotativas (eje) y estacionarias de la bomba.
Las superficies de las caras del sello están superpuestas a un alto grado de planitud; típicamente 2-3 bandas de luz de helio (0,00003 «/ 0,0008 mm).
Si las caras del sello rotaran una contra la otra sin alguna forma de lubricación, se desgastarían y fallarían rápidamente debido a la fricción en la cara y la generación de calor. Por esta razón, se requiere alguna forma de lubricación entre la cara del sello rotativo y estacionario; esto se conoce como la película de fluido.
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La película de fluido
En la mayoría de los sellos mecánicos, las caras se mantienen lubricadas manteniendo una película delgada de fluido entre ellas. Esta película puede provenir del fluido del proceso que se está bombeando o de una fuente externa.
La necesidad de una película de fluido entre las caras presenta un desafío de diseño: permitir suficiente lubricante para fluir entre las caras del sello sin que el sello tenga una cantidad inaceptable de fugas de fluido del proceso, o permitir contaminantes entre las caras que podrían dañar el sello.
Esto se logra manteniendo una brecha precisa entre las caras que es lo suficientemente grande como para permitir pequeñas cantidades de líquido lubricante limpio, pero lo suficientemente pequeña como para evitar que los contaminantes entren en la brecha entre las caras del sello.
La brecha entre las caras en un sello típico es tan pequeña como 1 micrón, 75 veces más estrecha que un pelo humano. Debido a que la brecha es tan pequeña, las partículas que de otro modo dañarían las caras del sello no pueden entrar, y la cantidad de líquido que se filtra por este espacio es tan pequeña que aparece como vapor, alrededor de 1/2 cucharadita al día en una aplicación típica.
Esta microbrecha se mantiene utilizando resortes y fuerza hidráulica para empujar las caras del sello juntas, mientras que la presión del líquido entre las caras (la película de fluido) actúa para separarlas.
Sin la presión empujándolas, las dos caras del sello estarían en contacto total, lo que se conoce como funcionamiento en seco y llevaría a un rápido fallo del sello.
Sin la presión del proceso (y la fuerza de los resortes) empujando las caras juntas, las caras del sello se separarían demasiado y permitirían que el fluido se filtrara.
Ingeniería de sellos mecánicos
La ingeniería de sellos mecánicos se centra en aumentar la longevidad de las caras del sello primario asegurando una alta calidad del fluido lubricante y seleccionando materiales de cara del sello apropiados para el proceso que se está bombeando.
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Fugas
Cuando hablamos de fugas, nos referimos a fugas visibles del sello. Esto se debe a que, como se detalló anteriormente, una película de fluido muy delgada mantiene las dos caras del sello separadas entre sí. Al mantener una microbrecha, se crea un camino de fuga, lo que hace imposible que un sello mecánico esté totalmente libre de fugas. Lo que sí podemos decir, sin embargo, es que, a diferencia de la empaquetadura, la cantidad de fugas en un sello mecánico debería ser tan baja como para ser visualmente indetectable.
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En resumen – ¿Por qué usamos sellos mecánicos?
Los diseños modernos de sellos de cartucho no dañan el eje o la manga de la bomba.
El mantenimiento diario se reduce ya que los sellos tienen resortes internos que los hacen autoajustables a medida que las caras se desgastan.
Los sellos tienen caras ligeramente cargadas que consumen menos energía que una empaquetadura.
La contaminación del rodamiento se reduce en la operación normal ya que el lubricante no se ve afectado por las fugas del sello y el lavado.
El equipo de la planta también sufre menos de corrosión si el producto se contiene en la bomba.
El vacío también puede sellarse con esta tecnología, un problema para la empaquetadura ya que el aire se aspiraba en la bomba.
Menos producto desperdiciado ahorrará dinero, incluso el agua es un producto caro y se necesitará menos limpieza del área.
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