Tanto en los mas variados mecanismos de nuestros buques como en cualquier proceso industrial, se emplean máquinas con partes rotativas. Esto significa que un amplio número de aplicaciones de varios grados de complejidad requieren un rotor que atraviesa una carcasa mientras se mantiene la presión interna y se controla la fuga.
Las siguientes cuatro aplicaciones son típicas: una bomba de agua de enfriamiento en un sistema de lubricación, una bomba de presurización en un oleoducto, un tanque mezclador en la industria de alimentos, la bomba de alimentación de pintura en el área de pintado de una fábrica de automóviles, así como la bomba de alimentación de agua en una planta de energía nuclear.
IMPORTANCIA DEL SISTEMA DE SELLADO
El sistema de sellado en una máquina rotativa influye directamente en la confiabilidad de esta y del proceso en general. Desafortunadamente, la importancia del sistema de sellado comúnmente es despreciada y se considera hasta lo último durante el diseño de la máquina.
Si este importante elemento de la máquina funciona correctamente, este será inadvertido, pero tan pronto ocurra una fuga o si el sello falla completamente, su importancia se vuelve evidente inmediatamente. Convencionalmente un rotor pude ser sellado con un sello mecánico axial o un sello radial como la empaquetadura.
En el lado motriz, el sello está generalmente expuesto a la presión atmosférica, lo que significa que el sello debe ser capaz de soportar la presión del fluido líquido o gas que se encuentra dentro de la máquina.
Los sistemas de sellado pueden ser:
1- Por empaquetadura.
2- Sello radial de labio (Retén).
3- Sellado hermético con acoplamientos magnéticos.
4- Sello mecánico rotatorio.
EMPAQUETADURA
Para una empaquetadura , uno o más anillos son dispuestos dentro de la caja de sellado y comprimidos axialmente con una brida. Un pequeño espacio de forma cilíndrica se forma entre el diámetro interior de los anillos de empaquetadura y el rotor, con lo cual la presión a sellar es reducida a lo largo de este espacio hasta el nivel de la presión atmosférica.
Trenzados para empaquetaduras de distintos tipos.
Esquema de una empaquetadura típica.
SELLOS RADIALES DE LABIO (RETÉN)
Los sellos radiales, conocidos comúnmente como "Retenes" también forman una restricción axial. Un labio de sellado fabricado de algún elastómero o algún plástico por ejemplo: poli-tetrafluoro-etileno (PTFE) es empujado en dirección radial sobre el rotor mediante un resorte que ejerce tensión.
Los sellos de labio son generalmente aplicados a bajas presiones y, temperaturas y requieren un fluido (generalmente agua o aceite) para lubricarse y enfriarse.
Existen otros tipos de sellos radiales, tales como los laberintos y bujes de restricción.
SELLADO HERMÉTICO CON ACOPLAMIENTOS MAGNÉTICOS
Una forma muy diferente de sellar un rotor es dividir éste en dos y, entonces emplear magnetos para transmitir la potencia entre ambas mitades. El fluido a sellar es contenido herméticamente dentro de la máquina mediante una carcasa que permite el flujo del campo magnético (Fig. 4). Esta solución se conoce como acoplamiento magnético. Es técnicamente más complicada y requiere chumaceras adicionales para soportar el peso del rotor y de la unidad magnética.
Un ejemplo de este tipo de "sellado" de ejes son las bombas de acople magnético son aquellas en las que la potencia del motor es transmitida al impulsor de la bomba mediante fuerzas magnéticas. Esto se logra mediante dos juegos de imanes permanentes. Como se muestra en la figura más abajo, uno de ellos rota con el eje del motor (imán conductor) mientras que el otro juego de imanes (imán conducido) es solidario con el impulsor de la bomba.
Vista en corte de una bomba con acoplamiento magnético.
Aspecto exterior de una bomba con acoplamiento magnético.
Esencialmente el sello mecánico consiste de dos superficies anulares de rozamiento que están empujándose una contra otra. Una superficie de rozamiento está fija a la parte estática de la máquina, mientras que la otra está fija al rotor y gira junto con este. El fluido a ser sellado penetra entre ambas superficies de rozamiento formado una película de lubricación la cual fluye entre las superficies constantemente. La presión a sellar se reduce linealmente a través de las superficies de rozamiento.
En su forma más simple, un sello mecánico consiste de un anillo fijo sobre el rotor, el cual es empujado contra la carcasa de la máquina (fig. 1).
Un sello mecánico es el elemento utilizado para evitar las fugas de fluidos / gases en el punto en el cual un eje de una bomba, compresor u otro mecanismo, pasa del extremo húmedo al seco o atmosférico. Los sellos mecánicos se utilizan en bombas, compresores y otros tipos de equipos rotantes.
Un sello mecánico está compuesto por pistas o caras (pista rotativa y pista estacionaria), O’rings-juntas (dinámicos y estáticos) y un mecanismo de compresión (resortes, fuelles, etc), ( fig 5).
Hoy en día, la industria de componentes mecánicos nos ofrece una variedad amplísima de sellos mecánicos rotatorios adaptables a prácticamente cualquier aplicación o necesidad, ya sea de dimensionamiento mecánico, presiones de trabajo, o propiedades del fluído a selllar.
Aquí trataremos de mencionar los grupos principales de tipos de sellos disponibles en el mercado:
Sello Monoresorte Simple
Tipo de Sellos Mecánicos
• Simples
• Dobles
• Internos
• Externos
• Estacionarios
• Rotativos
• Balanceados
• No
Balanceados
• Sellos
componentes
• Sellos
cartuchos
• Monoresortes
• Multiresortes
Los sellos mecánicos pueden ser fabricados con diversos
materiales. Por una parte tenemos las partes metálicas de un sello, comúnmente
se los fabrican en acero inoxidable. En sellos de menor manufactura, podemos encontrar
fundición.
Por otra parte tenemos los materiales de las pistas o caras.
Éstos pueden ser de carbón, acero inoxidable, bronce, carburo de silicio,
carburo de tungsteno, cerámica, etc.
Por último se deben considerar los materiales de las juntas
y O’rings: Etileno Propileno, Nitrilo, Buna, Viton, Aflas, Teflón, Grafoil,
etc.
Tanto los materiales de las partes metálicas como de las
pistas y O’rings-juntas se deben seleccionar en base al tipo de fluido / gas
que deben sellar.
Sello Tipo Cartucho Simple
Un sello mecánico tiene una parte estática y una parte
dinámica. La parte dinámica o rotativa es la que gira en conjunto con el eje.
Allí se encuentra la pista rotativa. La parte estática es la que queda sujeta a
las partes fijas del equipo y en donde se aloja la pista estacionaria. Las
pistas de un sello mecánico trabajan entre sí: una gira sobre la otra. Ambas
deben ser planas y libres de irregularidades. Los sellos mecánicos tienen tres
puntos de sellados: el sello primario (entre las pistas); el sello secundario
(los O’rings dinámicos); por último las juntas u O’rings estáticos.
¿Qué datos requiero para seleccionar un sello mecánico?
Los sellos mecánicos son fabricados y diseñados dependiendo
el fluido o gas que deseo sellar. Para que los fabricantes de sellos mecánicos
puedan seleccionar el sello mecánico adecuado, necesitan conocer los siguientes
datos: Fluido o gas, RPM, temperatura, presión de trabajo. Cuando hablamos de
fluido / gas, se debe indicar los productos que lo componen, PH, etc.
Sello Tipo Cartucho Doble
Tal cual lo que indicamos arriba, los materiales de fabricación de un sello mecánico se seleccionan en base al fluido / gas que deseamos sellar.
Las pistas de los sellos mecánicos se clasifican en pistas
duras y pistas blandas: podemos clasificar como pistas duras el carburo de
silicio, el carburo de tungsteno, la cerámica, etc. Como pistas blandas,
tenemos el carbón, bronce, acero inoxidable, etc.
Si tenemos que sellar un fluido con sólidos en suspensión,
por ejemplo agua con arena, debemos pensar en utilizar un sello con pistas
duras: carburo de tungsteno ó carburo de silicio, ya que si utilizamos pistas
blandas, la arena las dañaría provocando la fuga del fluido hacia el lado
atmosférico.
En otros casos, podríamos necesitar sellar productos ácidos
– químicos, en donde debemos utilizar pistas fabricadas en carburo de silicio,
carbón, cerámica, materiales los cuales tienen gran resistencia a estos tipos
de productos.
¿Cuál es la diferencia entre un sello mecánico simple y un
sello mecánico doble?
Constructivamente los sellos mecánicos simples tienen un
juego de pistas (denominadas internas) y los sellos mecánicos dobles tienen dos
juegos de pistas (pistas internas y pistas externas).
El sello mecánico simple se lubrica con el propio fluido /
gas que se está sellando (a veces se utiliza lubricación de una fuente externa)
mientras que un sello mecánico doble se lubrica con un fluido externo.
¿Cuándo debo usar un sello mecánico simple y cuándo un sello
doble?
Sello Tipo Cartucho API 682
Cuando debo sellar fluidos a bajas temperaturas, no tóxicos, no abrasivos, no contaminantes, etc., podemos usar un sello mecánico simple. Cuando necesitamos sellar fluidos abrasivos (fluidos con sólidos en suspensión), fluidos peligrosos – inflamables, tóxicos, contaminantes, etc. – fluidos a altas temperaturas, fluidos que cristalicen / carbonicen en contacto con la atmósfera, etc., se utilizan, por lo general, sellos mecánicos del tipo doble.
Tanto el modelo del sello (simple-doble, cartucho-componente,
rotativo-estacionario, balanceado-no balanceado, etc.) como los materiales de
las pistas, metalurgia y O’rings-juntas se deben seleccionar en base al tipo de
fluido / gas que deseamos sellar.
El estilo SEMC es utilizado como sello rotativo. El sello
mecánico está formado por una Pista Estacionaria y una Pista Rotativa.
La Pista Estacionaria va alojada en una brida o carcasa con
un o-ring o cubeta para su sellado exterior, y un cuerpo rotativo que va
alojado en el eje con un o-ring o fuelle
para su sellado interior. Ambas partes se junta friccionando en sus caras que están
lapidadas y por la compresión que ejerce el resorte del cuerpo rotativo hacia
la pista estacionaria produce el sellado entre ambas caras.
Vistas en corte de instalaciones típicas de sellos mecánicos rotativos.
Vistas de distintos tipos de sellos mecánicos rotativos.
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FUENTES:
http://www.drotec.com.ar/bombas-acople-magnetico.html
http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/sellos-mecanicos
https://www.dirind.com/dim/monografia.php?cla_id=46
