Sellos Mecanicos y Planes de Asistencia Tecna

John Crane Argentina

SISTEMAS DE SELLADO CURSO DE CAPACITACIÓN TECNA MODULO 1 : Sellos mecánicos MODULO 2 : Planes de inyección

Buenos Aires Julio 21, 2008

John Crane Argentina SISTEMAS DE SELLADO CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 1 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Sellos mecánicos Vs. Empaquetadura Componentes de un sello mecánico Características de diseño Cabezal rotativo vs. Asiento rotativo Condiciones de operación Vs. Vida útil

Ing. Daniel Ciriello

Sellos mecánicos Empaquetadura vs. Sello Mecánico Bomba con empaquetadura

Bomba con sello mecánico

Sellos mecánicos

Empaquetadura vs. Sello Mecánico •

•

•

• •

•

Funciona más como un dispositivo de restricción que como un dispositivo de sellado. Requiere de cierta fuga para evitar la fricción excesiva. Produce desgaste excesivo en ejes y camisas. Alto consumo de potencia debido al efecto de fricción.

•

•

•

Pérdida de producto. Altos costos de mantenimiento instalación y ajuste. Daños al equipo debido a la fuga.

en

•

•

Sella con fuga invisible. En aplicaciones críticas la relación de fuga entre una empacadura y un sello es de 1 a 100 o mejor. Se sabe de sellos que han trabajado de 8 a 10 años sin falla. Ahorros monetarios que van desde pequeñas pérdidas de producto hasta cero fugas. Ahorro en consumo de energía. Muy poco mantenimiento requerido luego de la instalación. Son más seguros cuando se trabaja con productos peligrosos o dañinos para la salud.

Sellos mecánicos Componentes de un sello mecánico 5

4

3 1

2 1.

Un elemento de sellado primario desgastable y estacionario. (Asiento)

2.

Un elemento de sellado primario desgastable y rotativo.(Anillo Primario)

3.

Elementos de sellado secundario.

4.

Uno o varios elementos de empuje para mantener los elementos de sellado primario 1 y 2 en contacto permanente uno contra el otro. (Resortes)

5.

Componentes auxiliares para transmitir el movimiento. (Componentes Metálicos)

Sellado primario

Espesor de película de lubricación Interfacial ancha (fugas)

Espesor de película de lubricación Interfacial inexistente (desgaste)

La pelicula de lubricación interfacial debe: Estar presente • Ser estable • Estar limpia, libre de abrasivos • Tener razonable viscosidad • Tener temperatura controlada • Tener presión aceptable •

Dispositivos de Sellado

Clasificación de Sellos Mecánicos Arreglo Posicional Sencillo

Múltiple

Montaje Interior

Dual Presurizado

Montaje Exterior

Dual No Presurizado

Características de Diseño Balanceado

No Balanceado

Cabezal en Rotación

Asiento en Rotación

Múltiples Resortes Empuje Empaques Deslizantes

Mono Resorte No Empuje Fuelles

Características de diseño

•

Relación de Balanceo La relación de balanceo se define como el cociente entre el área de cierre y el área de apertura.

A

c

Relación de Balanceo =

A

o

Area de Cierre Area de Apertura

Características de diseño

•

Relación de Balanceo La relación de Balanceo es utilizada para controlar la presión entre caras.

Fuerza de Cierre

Fuerza de Apertura

Características de diseño

Relación de Balanceo

•

Un Sello No - Balanceado

Ac A

c

FFcc

A A0 o

Características de diseño

•

Relación de Balanceo Un Sello Balanceado

AA c c

A0o

Características de diseño

•

Relación de Balanceo

Los sellos de fuelle metálico se definen como intrínsecamente balanceados a bajas presiones. La relación de balanceo se incrementa a mayores presiones.

Relación de Balanceo < 1

Línea de Balanceo a cero presión.

Características de diseño Cabezal rotativo Vs. asiento rotativo Asiento rotativo: •Opera a mayor velocidad periférica. •Los resortes o fuelles son estacionarios •Aceptan cierto ángulo entre la cara de la caja de sello y el eje. •Posibilidad de resortes protegidos. •Menos sensibles a esfuerzos de cañerías.

Cabezal rotativo: • Los resortes o fuelle giran con el eje. •Velocidad periférica limitada a 23 m/seg •El eje y la cara de la caja de sello deben ser perpendiculares. •Fretting corrosion (corrosión por frotamiento). •Desgaste de pines. •Sufre deflexión del eje.

Características de diseño

•

Dispositivos de Empuje –

Resorte Helicoidal

–

Múltiples Resortes Helicoidales

–

Fuelle

–

Resorte de Onda

Características de diseño Resorte Mono Resorte Helicoidal •Espiras con alambre de sección transversal grande más resistente al ataque por corrosión. •Carga No-Uniforme en las caras del sello. •Tendencia a dañarse por acción de la fuerza centrífuga. •Gran longitud axial.

Múltiples Resortes Helicoidales •Carga uniforme en las caras del sello. •Un mismo resorte puede usarse en diferentes tamaños de sellos. •Se puede aumentar o disminuir la carga. •Mejor resistencia a la fuerza centrífuga. •Pequeña sección del alambre incrementa la sensibilidad a la corrosión. •Se atasca fácilmente con líquidos muy viscosos y con partículas abrasivas.

Características de diseño – no empuje Sello con Fuelle Elastomérico

Sello con Fuelle de Teflón

Sello con Fuelle de Metal Soldado

Características de diseño Empuje vs. No-Empuje

El O-ring como sellante secundario debe deslizarse sobre el eje o camisa tanto como se desgasten las caras de contacto.

El fuelle como sellante secundario debe expanderse para compensar el desgaste de las caras de contacto.

Características de diseño Arreglos

•

Sencillo – –

•

Montado Internamente Montado Externamente

Múltiple Dual Presurizado Cara contra cara – Espalda contra espalda Dual No Presurizado – Tándem –

Características de diseño

Sello simple interior •Montado interiomente. •Imnerso en el líquido. •La presión hidráulica en el diámetro mayor. •La presión atmosférica en el diámetro menor.

Sello simple exterior •Montado exteriormente. •Resortes protegidos. •La presión hidráulica en el diámetro menor. •La presión atmosférica en el diámetro mayor.

Sellos duales no presurizados

• • Fluido intermediario no presurizado (buffer). • Plan API 52. • Son dos sellos trabajando independientemente. • El sello primario trabaja con producto. • El sello secundario trabaja con fluido intermediario (buffer). • Cuando falla el sello primario se contamina el fluido intermediario. • Se usan cuando la contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable. • La contaminación del producto con fluido barrera también es inaceptable.

Plan API 52

Fluido suministrado a baja presión

Sellos duales presurizados

• • Fluido intermediario presurizado (barrier). • Plan API 53 o 54. • Son dos sellos trabajando en conjunto, como uno solo. • Se usan con productos abrasivos, muy viscosos o no lubricantes. • También con productos que cambian de estado o muy tóxicos. • El fluido intermediario debe estar siempre a mayor presión que el producto. • Cuando falla el sello interno, ingresa fluido intermediario al producto. • La contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable, pero el producto y el fluido barrera son compatibles.

Características de diseño – Arreglos múltiples

Arreglo espalda contra espalda “Back to back”

Arreglo cara contra cara “Face to face”

Instalación de Sellos Mecánicos Análisis de Fallas Estadísticamente, la mayoría de las fallas en sellos mecánicos tienen su origen en problemas de bombeo o equipo, por ejemplo mal funcionamiento, vibraciones y excentricidad.

Funcionamiento Sobre muchos de estos problemas no tenemos control, por ejemplo; falta de instrumentos, termostatos, niveles bajos, etc. Las emisiones fugitivas a la atmósfera pueden producir corrosión, cristalización o solidificación. También puede haber errores humanos, que pueden corregirse con procedimientos y entrenamiento.

Desalineación La correcta alineación entre máquina conducida y conductora es fundamental. Una pequeña desalineación en la zona del acople resulta en importantes vibraciones axiales y radiales, que reducirán la vida útil de los cojinetes, pero antes de esto habrán acortado sensiblemente la vida útil del sello mecánico.

Excentricidad Mantener la excentricidad dentro de la tolerancia establecida por el fabricante garantiza que las caras del sello mecánico trabajen correctamente enfrentadas.

Instalación de Sellos Mecánicos

Alineación en caliente Es necesario verificar nuevamente la alineación una vez que el equipo haya alcanzado la temperatura de trabajo, esto es fundamental en servicios de alta temperatura.

Tensión debida a la tubería Antes de poner el servicio la bomba es conveniente desconectarla de las cañería y ver cuánto se desplazan respecto de su posición. Si fuera mucho, esas tensiones producen distorsiones en la bomba que pueden afectar la vida útil del sello.

Verificación de holgura radial y excentricidad del eje En la siguiente tabla se indican las verificaciones a realizar para garantizar una buena vida útil del sello mecánico.

Instalación de Sellos Mecánicos

El juego del cojinete axial y su alojamiento deben controlarse. La indicación total no debe superar 0.05 mm TIR.

La deflección radial nos indica el estado del rodamiento radial y su alojamiento. Si supera los 0.05 mm TIR debe investigarse a fondo.

La rectitud del eje debe controlarse rotándolo 360° y verificando que la indicación no supere los 0.05 mm TIR.

La perpendicularidad de la cara de la caja de empaquetaduras debe controlarse para evitar problemas con el sello mecánico. Si supera los 0.08 mm TIR investigue a fondo.

La concentricidad de la caja de empaquetaduras y el eje se deben controlar también. Si supera los 0.05 mm TIR revise la concentricidad de todo el soporte de cojinetes.

Condiciones de operación Vs. esfuerzos mecánicos. VÁLVULA CERRADA: • Muy alta vibración. Gran generación de calor. •Eficiencia nula. Total desperdicio de energía • Muy alta carga radial (excepto doble voluta) deflexión • EL SELLO PUEDE FALLAR EN MINUTOS. CAUDAL ENTRE 0 Y 40% DEL B.E.P.: • Alta vibración • Baja eficiencia. Gran desperdicio de energía • Alta carga radial y deflexión. • CORTA VIDA ÚTIL PARA EL SELLO Y LA BOMBA CAUDAL ENTRE 40% Y 110% DEL B.E.P.: • Mínima vibración • Máximo aprovechamiento de energía • Carga radial mínima • MÁXIMA VIDA ÚTIL DE SELLO Y BOMBA CAUDAL MAYOR AL 110% DEL B.E.P.: • Muy altas vibraciones • Altas cargas radiales • Baja eficiencia y alto consumo de energía • CORTA VIDA ÚTIL PARA SELLO, BOMBA Y MOTOR

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

PÉRDIDAS

ENERÍA HIDRÁULICA PÉRDIDAS

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERÍA HIDRÁULICA PÉRDIDAS

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERÍA HIDRÁULICA

PÉRDIDAS

John Crane Argentina SISTEMAS DE SELLADO CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 2 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Distintos planes de inyección. Su aplicación. Cuidados particulares de cada uno. Nuevos planes de inyección

Ing. Daniel Ciriello

Planes de inyección

Los planes de inyección se utilizan para controlar la temperatura, presión y limpieza del producto en las proximidades del sello. También para prevenir posibles cambios de estado del producto que podrían afectar el funcionamiento del sello. Estos planes incluyen flush, quench, calentamiento, enfriamiento, venteo, etc. Son sistemas complejos, es vital observar las indicaciones del fabricante respecto de: - Ubicación del reservorio. - Función de cada orificio. - Posición de las válvulas para funcionamiento y parada.

Planes de inyección Plan 01 Plan API 01: Recirculación interna desde la descarga de la bomba hasta la caja del sello.

• Refrigera el sello. • Ventea el vapor de la caja de sello • Incrementa ligeramente la presión, previniendo vaporización. • Puede causar erosión si el líquido tiene sólidos. • Rara vez se puede modificar caudal.

Planes de inyección Plan 02 Plan API 02: Conexión de circulación taponada, uso de Chaqueta de enfriamiento en la brida del sello y la caja de estopas opcionalmente.

Planes de inyección Plan 11 Plan API 11: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de una placa orificio.

• Refrigera el sello. • Ventea el vapor de la caja de sello • Incrementa ligeramente la presión, previniendo vaporización. • Puede causar erosión si el líquido tiene sólidos. • Cambiando la placa orificio se puede modificar caudal.

Planes de inyección Plan 12 Plan API 12: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de un filtro y una placa orificio.

• Plan API 11 + filtro.

Planes de inyección Plan 13 Plan API 13: Circulación desde la caja de sellado a través de una placa orificio, hasta la succión de la bomba.

A la succión de la bomba • Refrigera el sello. • Ventea el vapor de la caja de sello. • Baja ligeramente la presión. • Ayuda a mantener limpio el sello.

Planes de inyección Plan 14 Plan API 14: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión interna de la caja pasando a través de una placa orificio. Al mismo tiempo que circula el producto desde la caja de sellado hasta la succión de la bomba. A la succión Desde la descarga

FI

• Plan API 11 + plan API 13.

FO Q/D

Planes de inyección Plan 21 Plan API 21: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de una placa orificio y un intercambiador de calor.

• Es efectivo, pero no el más eficiente. • El caudal de inyección se regula con el buje garganta y placa orificio. • Debe haber una buena diferencia de presiones.

Planes de inyección Plan 22 Plan API 22: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de un filtro, una placa orificio y un intercambiador de calor.

• Plan API 21 + filtro.

Planes de inyección Plan 23 Plan API 23: Circulación forzada por un anillo de bombeo desde la caja de sellado pasando por un intercambiador de calor retornando a la caja del sello.

• Efectivo para mantener controlada la vaporización. • Utiliza un anillo de bombeo y buje garganta. • El intercambiador debe ventilarse. • La ubicación del recipiente y sus cañerías es crítica. • Es más eficiente que el plan 21.

Planes de inyección Plan 24 Plan API 24: Circulación desde la descarga de la bomba pasando por una placa orificio y un intercambiador de calor hasta la conexión en la brida para luego salir desde la caja de sellado hasta la succión de la bomba. Desde la descarga

A la succión

FO TI

• Efectivo para mantener controlada la vaporización. • No necesita anillo de bombeo.

FI

Q/D

Planes de inyección Plan 31 Plan API 31: Circulación desde la descarga de la bomba pasando a través de un separador ciclónico hasta la conexión en la brida. El fluido con sólidos es devuelto a la succión de la bomba.

• Eficiente en un rango limitado de densidades y dimensiones de sólidos. • Tiende a obstruirse. • El ciclón se erosiona.

Planes de inyección Plan 32 Plan API 32: Inyección desde fuente externa de fluido limpio y compatible con el producto bombeado a una presión de 30psi (2Bar) sobre la presión de la caja de sellado.

Por el vendedor

Por el comprador

• Permite trabajar al sello en un ambiente limpio. • La presión del fluido debe superar la de la caja del sello. • El fluido entra en el producto, por lo tanto debe ser compatible. • Si no es aceptable la mezcla de productos, adoptar plan 23.

Planes de inyección Plan 41 Plan API 41: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de un separador ciclónico y un intercambiador de calor.

• Plan API 31 + intercambiador de calor.

Planes de inyección Plan 51 Plan API 51: Columna estática de líquido anti-congelante a través de la conexión en la brida.

Planes de inyección Plan 52 Plan API 52: Circulación forzada por un anillo de bombeo, de líquido de barrera contenido en un reservorio no presurizado. PS

PI

Venteo Abierto (normalmente)

Cuando se especifique

FI

Reservorio

QO QI

• Son dos sellos trabajando independientemente. • El sello interior trabaja con producto. • El sello exterior trabaja con fluido barrera. • Cuando falla el sello interior se contamina el fluido intermediario. • La contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable. • La contaminación del producto con fluido barrera también.

Planes de inyección Plan 53 Plan API 53: Circulación forzada por un anillo de bombeo, de líquido de barrera contenido en un reservorio presurizado. PS

Fuente Externa PI Presurizada

Cuando se especifique

Abierto (normalmente) FI

Reservorio

QO QI • Son dos sellos trabajando en conjunto, como uno solo. • Se usan con productos abrasivos, muy viscosos o no lubricantes. • También con productos que cambian de estado o muy tóxicos. • El fluido intermediario debe estar siempre a mayor presión que el producto. • Cuando falla el sello interno, se contamina el producto con fluido intermediario. • Se usan cuando la contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable. • La contaminación del producto con fluido barrera es aceptable.

Planes de inyección Plan 54 Plan API 54: Inyección desde fuente externa de liquido de barrera presurizado.

BO BI

• Conceptualmente es igual que el plan 53. • No hay indicadores de nivel que delaten pérdidas del sello interno. • La contaminación del producto con fluido barrera es aceptable.

CENTRAL DE LUBRICACIÓN

PLAN API 54 AIR COOLED

Planes de inyección Plan 61 Plan API 61: Conexiones de venteo y drenaje taponadas para ser utilizadas cuando el cliente lo requiera.

Planes de inyección Plan 62 Plan API 62: Conexiones de lavado y drenaje, para efectuar lavado con un fluido externo (vapor, agua, etc).

• El quench retira las deposiciones que puedan formarse. • Es importante mantener el caudal dentro de lo especificado. • Es necesario disponer de un elemento restrictor en la brida.

Planes de inyección Sellos de gas Opcional

Rotámetro

PS

Desde fuente externa presurizada

PI

Opcional Regulador

Filtro

FS

Al sello

Desde fuente externa presurizada

Planes de inyección Nuevos planes API 682

• Plan 53 – Son 3 arreglos:
53a – configuración tradicional
53b – acumulador de presión
53c – pistón regulador de presión • Plan 72 – Arreglo 2 • Plan 74 – Arreglo 3 con sellos sin contacto • Plan 75 – Arreglo 2 • Plan 76 – Arreglo 2

Planes de inyección Plan 53 a Plan 53a (A.4.12) – Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados – Ambos sellos trabajando con líquido barrera – Utiliza directamente el colchón nitrógeno para presurizar
Limita la máxima presión por la entrada de nitrógeno al líquido barrera.

Planes de inyección Plan 53 b Plan 53b (A.4.12)

– Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados – Ambos sellos trabajando con líquido barrera – Utiliza un acumulador de presión de vejiga.

Planes de inyección Plan 53 b Plan 53b (A.4.12) • La vejiga evita el contacto entre el nitrógeno y el líquido barrera. • Permite aplicaciones de mayor presión • La Configuración Incluye:
Acumulator
Indicador de Presión
Presostato
Intercambiador de Calor

Planes de inyección Plan 53 b Plan 53b (A.4.12)

Planes de inyección Plan 53 c Plan 53c (A.4.12) – Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados – Ambos sellos trabajando con líquido barrera – Utiliza un pistón para generar presión

Planes de inyección Plan 53 c Plan 53c (A.4.12) – El pistón elimina el contacto entre el nitrógeno y el líquido barrera – Permite aplicaciones de mayores presiones – El pistón provee presión con una relación de presiones constante de (1.1 a 1) – La configuración incluye:
Recipiente con pistón
Indicador de presión
Presostato
Intercambiador de calor
Interruptor de nivel

Planes de inyección Plan 53 c Plan 53c (A.4.12)

Planes de inyección Plan 72 Plan 72 (A.4.16) – Arreglo 2, Sellos Duales No Presurizados
Sello secundario trabaja en seco
Sello primario trabajando con líquido bombeado – Barrido de nitrógeno de baja presión
Diluye las pérdidas del sello primario a niveles inferiores
Barre las pérdidas del sello primario a un sistema de recoleción – Usado en conjunto con los Planes 75 ó 76

Planes de inyección Plan 72 Plan 72 (A.4.16)

Planes de inyección Plan 74 Plan 74 (A.4.17) – Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados
Ambos sellos trabajan con nitrógeno – Barrera de Nitrógeno
25-30 PSI superior a la presión de cámara de sello
Cero emisiones – Esencialmente, es el panel de control del T2800

Planes de inyección Plan 74 Plan 74 (A.4.17)

Planes de inyección Plan 75 Plan 75 (A.4.18)

– Arreglo 2, Sellos Duales No Presurizados
El sello primario trabaja con el líquido bombeado.
El sello secundario trabaja seco. – Reservorio colector de condensado (8.6.5.2)
Se utiliza cuando las pérdidas del sello primario pueden condensarse – Puede usarse en combinación con el Plan 72

Planes de inyección Plan 75 Plan 75 (A.4.18)

Planes de inyección Plan 75 Plan 75 (A.4.18)

Planes de inyección Plan 76 Plan 76 (A.4.19) – Arreglo 2, Sellos Duales No Presurizados
El sello primario trabaja con el líquido bombeado.
El sello secundario trabaja seco – Pérdida del sello primario dirigido a sistema de venteo
Se utiliza cuando la pérdida del sello primario no se condensa
Esencialmente es el panel del 48SC – Puede usarse en combinación con el Plan 72

Planes de inyección Plan 76 Plan 76 (A.4.19)