Sellos y Empaquetaduras.

SELLADO DE FLUIDOS Con el avance de la tecnología en la industria cada vez encontramos más procesos para obtener un determinado producto, junto a esto por lo general siempre se tiene que trasladar un elemento en estado líquido de un lugar a otro y es ahí donde nos encontramos con serios problemas al tratar de evitar que haya desperdicios de fluidos que muchas veces resulta ser un producto terminado. Los estudios realizados para solucionar los problemas de fugas nos dan como resultado una clasificación de elementos para obtener un sellado óptimo, la misma que detallamos a continuación.

Sellado Dinámico

Sellados Mecánicos Empaquetaduras

Sellado de fluidos

Planchas

Sellado Estático

Cintas

Cauchos 1. SELLADO DINÁMICO El dispositivo de sellado dinámico tiene el propósito de evitar la fuga de un fluido que se puede  producir entre las partes que tienen movimiento relativo uno respecto al otro de un recipiente que que contiene el fluido. Los dispositivos de sellado dinámico se puede aplicar cuando existe movimiento rotativo como el caso de una bomba centrífuga, compresores centrífugos, de flujo axial, en los agitadores, etc., y en la mayoría de los casos ca sos el elemento que proporciona el sellado dinámico se localiza en el punto donde el eje en movimiento atraviesa la pared de la carcasa o recipiente a presión donde se encuentra contenido el fluido. El sellado dinámico, si hay movimiento rotativo entre las piezas se puede conseguir mediante dos dispositivos: Sellos interfaciales y sellos intersticiales. Sellos intersticiales Los sellos intersticiales son conocidos también como sellos de laberinto, estos sellos no son herméticos para fluidos, su función es reducir la fuga del líquido contenido en un recipiente a

 baja presión mediante una trayectoria en forma de laberinto que induce un flujo laminar al líquido cuando fluye a través de la configuración que tiene este sello. Sellos interfaciales Los sellos interfaciales evitan la fuga de un fluido mediante dos superficies en contacto con un movimiento relativo entre sí, estas superficies se las llama superficies de sellado y pueden ser  perpendiculares o paralelas al eje. Si las superficies de sellado son perpendiculares al eje y el contacto es en la dirección axial, el elemento se llama sello mecánico. Si las superficies de sellado son paralelas al eje y el contacto es en la dirección radial, el elemento de sellado se llama empaquetadura.

1.1 Sello Mecánico. ¿Qué es un Sello Mecánico? Es el elemento utilizado para evitar las fugas de fluidos / gases en el punto en el cual el eje  pasa del extremo húmedo al seco o atmosférico. Los sellos mecánicos se utilizan en bombas, compresores y otros tipos de equipos rotantes. ¿Cuáles son los elementos que componen al Sello Mecánico? Pistas o caras (pista rotativa y pista estacionaria), O’rings -juntas (dinámicos y estáticos) y

mecanismo de compresión (resortes, fuelles, álaves, etc.). ¿De qué materiales se fabrican los Sellos Mecánicos? Los sellos mecánicos pueden ser fabricados con diversos materiales. A lo que hace las partes metálicas de un sello, comúnmente se los fabrican en acero inoxidable. En sellos de menor manufactura, podemos encontrar fundición. También se utilizan aleaciones exóticas tales como A276, A20, etc. 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 deb en 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 se deba sellar. 

Funcionamiento de sellado mecánico.

El funcionamiento de 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.

La cara y los asientos son los elementos más importantes ya que en ellos están las superficies de rozamiento. Los elementos de sellado secundario funcionan como elementos de ajuste y centrado. 

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Cuatro elementos básicos de sellado mecánico. * Un anillo sellador giratorio. * Un anillo sellador estacionario. * Una sección de carga de resorte para mantener el contacto entre las caras de sellado. Sellos estáticos. *

Partes de sello mecánico.

Ventajas de los sellos frente a las empaquetaduras. * Produce un sellamiento más positivo. * Sólo se necesita reemplazar el sello y no el eje o camisa de la bomba. * Fugas despreciables a lo largo de toda la vida de servicio. * Menor pérdida de potencia por fricción. * Eliminación del desgaste en el eje o en los manguitos.

Ausencia de mantenimiento periódico. Inconvenientes de los sellos frente a las empaquetaduras. * Requieren una instalación y manejo más delicados. * Son más costosos que las empaquetaduras. * Su sustitución requiere la parada del equipo. Tipos de sellos Mecánicos. * Simples * Dobles * Internos * Externos * Estacionarios * Rotativos * Balanceados *  No Balanceados * Sellos componentes * Sellos cartuchos * Monoresortes * Multiresortes ¿Cuál es la diferencia entre un sello mecánico simple y un sello mecánico doble? *

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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? 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), fluidos a altas temperaturas, fluidos que cristalicen / carbonicen en contacto con la atmósfera, etc., debemos utilizar sellos mecánicos del tipo doble. De todos modos, existen distintos diseños y tipos de sellos mecánicos, por lo que quizás podamos utilizar un sello mecánico simple sellando un fluido con elevada temperatura, etc. 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. 

Clasificación de sellado Mecánico.

Los sellos mecánicos se clasifican en sellos internos o externos. En ambos casos, el principio de funcionamiento es el mismo que se ha expuesto anteriormente.

Sellos Internos. Los sellos internos se instalan con todos los componentes selladores expuestos al líquido de  proceso. Ventajas. * * *

Capacidad de sellado contra presiones elevadas, puesto que la presión del fluido se ejerce en la misma dirección que la fuerza de resorte. Protección de las partes selladoras contra daños mecánicos externos / ya que no están expuestas al exterior. Reducción de la longitud externa del eje.

Sellos externos. El principio de funcionamiento es el mismo que en los sellos internos, solo se diferencian en que los componentes selladores están protegidos del fluido del proceso. Ventajas.  Necesitan materiales de construcción menos resistentes que los sellos internos, ya que están aislados de los fluidos de proceso. * La instalación y el ajuste resultan sencillos, ya que las piezas ocupan una posición más accesible. * El tamaño de la estopera no es factor limitante a la hora de elegir el sello. *

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Selección de sello mecánico.

Para la selección del sello mecánico se debe tomar en cuenta la siguiente información.

Parámetros de fluido a sellar Viscosidad Temperatura Presiones Calor especifico Densidad Presión de vapor, etc.

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Parámetros geométricos Ø Eje Ø Cajera Profundidad de la cajera Círculos de tornillo de brida

Servicios disponibles en el área. Agua Enfriamiento Electricidad (Voltaje, Fase)etc.

Factores de falla. * Por mala selección de sello. * Por mala instalación de sello. * Por mala operación del sello. Daños de sello. * Por influencia química. * Por influencia mecánica. * Por influencia Térmica. * Por selección incorrecta del material. * Por selección incorrecta del diseño de sello.

1.2 Empaquetaduras. Una Empaquetadura es un material deformable compuesto de hilos o fibras trenzadas o torcidas entre sí, que con ayuda de un lubricante y por medio de una fuerza de compresión realizan un sellado estático o dinámico según la aplicación y su construcción. Las empaquetaduras funcionan con el principio de fugas controladas en aplicaciones dinámicas. No se pretende que eliminen por completo las fugas de un equipo sino que permitan una cantidad controlada de escurrimiento. El hilo o fibra proporciona la Resistencia a la Presión, Resistencia Tensil y dependiendo de la fibra puede producir Abrasión al eje o manga. El lubricante permite que la empaquetadura disipe el calor y haga una capa que proteja el eje mediante lubricación. 

Tipos de empaquetaduras

Trenzada *

Puede ser entretejida cuadrada, plegada cuadrada, trenzado sobre trenzado, y trenzado sobre núcleo.

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Las empaquetaduras de este tipo más empleadas son la entretejida cuadrada y la trenzada sobre núcleo. Las diferencias en el trenzado dependen del tipo de máquina en que se fabrican las empaquetaduras. Los materiales que se emplean para fabricar la empaquetadura son fibras animales, vegetales, minerales o varias sintéticas. Las más utilizadas son el asbesto, tela, yute y esparto.

Metálica * * *

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Se hacen con plomo o babbitt, cobre o aluminio y son de envoltura en espiral o de construcción plegada, torcida. Estas empaquetaduras suelen tener un núcleo de material elástico compresible y algún lubricante. El núcleo es un cordón de caucho sintético o mecha de asbesto. Las empaquetaduras metálicas se emplean por su resistencia física, no absorbencia, resistencia al calor o cualquier combinación de ellas.

Tipos de trenzado.

Entretejida Cuadrada Se hace en una máquina llamada trenzadora de celosía. Los hilos se forman en diagonal en la empaquetadura. Es la mejor para retener su forma cuadrada y para controlar tolerancias de manufactura. La empaquetadura que resulta de este proceso se suministra normalmente con sección cuadrada, aunque también se puede trenzar en sección rectangular. Esta empaquetadura normalmente es suave y puede llevar un alto porcentaje de lubricante. Estas empaquetaduras se instalan fácilmente en los equipos; se usan generalmente en equipos de alta velocidad y a relativamente baja presión, su suavidad las hace recomendables para instalarse en equipos rotativos viejos y con desgaste.

Aplicación: Se recomienda para aplicarse en servicios de bombas reciprocantes, así como, ejes de bombas centrífugas y rotatorias, también para émbolos y empaques exteriores de arietes, equipos hidráulicos, es sumamente recomendable al manejar agua fría o tibia en presiones medias y bajas, soluciones acuosas y diluidas. Recomendado para la industria marítima, minera y para la industria de la pulpa y el papel, así como en tratamientos de agua/deshechos e industria siderúrgica.

Plegada cuadrada Hilos, cuerdas, hebras y otras formas de varios materiales, son torcidos juntos o alrededor de un núcleo para obtener un tamaño deseado. En el caso de hilo o cuerda, un sólo tamaño de empaquetadura puede ser utilizada para varios tamaños de estoperos, retirando simplemente los hilos o cuerdas sobrantes, destorciéndolas. Retiene su forma cuadrada pero suele ser una estructura trenzada absorbente que puede absorber una gran cantidad de lubricante.

Aplicación: Son aplicados en servicios de bombas de movimiento alternativo y rotatorio, también para  bombas centrífugas de baja velocidad, así como para émbolos y arietes empaquetados exteriormente, es sumamente recomendable al manejar agua fría, soluciones acuosas y diluidas. Recomendado para la industria marítima, minera y para la industria de la pulpa y el papel. Súper trenzado Hilos, cuerdas, hebras y otros materiales, ya sea solos o combinados, son procesados en una trenzadora en la que son entrelazados en dirección diagonal a través del cuerpo de la empaquetadura. Cada carrera del trenzado es fuertemente asegurada por otras carreras para formar una estructura sólida integral que no puede fácilmente destrenzarse o despedazarse en servicio. No hay chaquetas que se gasten ni trenzas que se separen. La empaquetadura intertrenzada o supertrenzada, tiene una más homogénea distribución de densidad de hilo, lo cual le permite mejorar la retención de lubricante. La empaquetadura terminada es relativamente densa, pero flexible. Sus características la hacen útil tanto en bombas reciprocantes, como centrífugas, así como en agitadores, válvulas, juntas de expansión y juntas ranuradas.

Aplicación: Es resistente a los abrasivos o gránulos en tales aplicaciones como bombas de desagüe de minas, de lechada y tratamiento de aguas cloacales, mezcladores, reactores, unidades de desparafinajes,  bombas de lodo de perforación, y tomas de agua para condiciones arenosas. Trenzado sobre núcleo El producto final se obtiene, trenzando una o más chaquetas o capas de hilos, cuerdas, hebras u otros materiales, sobre un núcleo que puede ser extruido, torcido, envuelto o tejido. Este tipo de construcción permite obtener un amplio rango de densidades y diferentes perfiles de sección.

Aplicación: Es recomendada como empaquetadura de válvulas de vástago para usarse en altas temperaturas y presión de servicio de vapor.

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Clases de empaquetaduras

Las empaquetaduras mecánicas se pueden dividir en tres clases generales que son: *

Tipo de compresión.

En las empaquetaduras de compresión se utiliza la fuerza producida por la placa de extremo  para hacer contacto con el eje.

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Automáticas.

Las empaquetaduras automáticas son de una construcción en la cual el contacto con el eje no depende de la compresión del prensaestopas o sólo depende de la compresión inicial del mismo. Se suelen instalar de modo que la presión ayude a las fuerzas de sellamiento.

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Flotantes.

Cualquier empaquetadura segmentada que funciona en un espacio limitado y que se mantiene unida con resortes, sería del tipo flotante.

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Propiedades de las Empaquetaduras * Elasticidad Permite colocar la empaquetadura en un prensaestopas y que sufra una ligera deformación  para adaptarse en el mismo. También permitirá que se deforme cuando haya flexión del eje durante el funcionamiento. *

Resistencia a los productos químicos.

Evitará el ataque por el líquido que se sella con la empaquetadura; esta resistencia debe incluir la del lubricante. *

Resistencia física.

Protege la empaquetadura contra daños mecánicos, por ejemplo, cuando el líquido se cristaliza en la empaquetadura y se produce desgaste mecánico entre ella y el eje o camisa. Para estos casos, se deben utilizar un anillo de cierre hidráulico y lavado. 

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Lubricantes para Empaquetaduras * La mica es una sílice hidratada y es similar al talco como lubricante; ambos se utilizan todavía en empaquetaduras de válvula pero rara vez en máquinas rotatorias por la alta fricción que producen. * El grafito es el lubricante más común para empaquetaduras y es inerte ala mayor parte de los productos químicos. * El disulfuro de molibdeno: lubricante seco similar al grafito, pero no produce corrosión electrolítica. La grasa mineral, el sebo y los aceites de petróleo tienen resistencia limitada a la * temperatura y a los productos químicos. * El disulfuro de tungsteno: lubricante para temperaturas muy altas, muy resistente a la corrosión. El lubricante ideal para empaquetaduras debe: * Lubricar entre la empaquetadura y el eje para evitar desgaste, rayaduras o pegaduras. Es esencial un bajo coeficiente de fricción. * Actuar como bloqueador entre las fibras para evitar el escape de un exceso de líquido por las costuras de la empaquetadura. * Ser insoluble en el líquido que se bombea. * Trabajar a la temperatura recomendada para la empaquetadura básica, excepto cuando se trata de un lubricante de sacrificio que ayuda en el asentamiento inicial. * Tener larga duración en almacén sin endurecerse ni perder sus características básicas. * Ser compatible con el líquido que se bombea y no contaminarlo. * Impedir la corrosión galvánica o electrolítica.

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Montaje y desmontaje de las empaquetaduras.

Herramientas necesarias La extracción de la vieja empaquetadura y la instalación de la nueva, así como el apriete de los tornillos o espárragos exige ciertas herramientas específicas. También se deben utilizar los equipos y aplicar las prácticas de seguridad recomendados. Asegúrese de disponer del siguiente equipo antes de iniciar la instalación: Cortador calibrado de anillos de empaquetadura. Llave dinamométrica calibrada. Linterna. Casco. Gafas de seguridad. Calibres interior/exterior. Lubricante para los tornillos. Espejo. Extractor de empaquetaduras. Cuchillo para empaquetaduras Regla de acero. Taco para retacar. Calibre/calibrador (vernier). Otros equipos específicos de la planta. Limpie y examine * Afloje los tornillos del prensa-estopas. * Extraiga la empaquetadura vieja. * Examine el eje o husillo. * Examine las otras piezas. * Examine la caja prensa-estopas. * Sustituya piezas. * Inspeccione la empaquetadura vieja. Mida y Registre * Registre en un documento el diámetro del eje (husillo) la profundidad del estopero. Seleccione la empaquetadura * * * * * * * * * * * * *

Asegúrese de que la empaquetadura corresponde a la especificada. Calcule. Examine la empaquetadura. Tenga en cuenta si hay alguna instrucción especial. Asegúrese de la limpieza. Prepare los Tornillos * * * * *

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Enrosque la empaquetadura en un madrino. Corte la empaquetadura limpiamente recto o a bisel. Corte un anillo cada vez y verifique el tamaño.

Instale la Empaquetadura Con cuidado, Asegúrese de que cada anillo queda bien asentado. Disponga las juntas de los anillos al tresbolillo. Compruebe el anillo linterna. Asegúrese de que el eje o husillo gira libremente. Ajuste la Empaquetadura en una BOMBA * * * * *

Con cuidado, Disponga las juntas de los anillos al tresbolillo. Compruebe el anillo linterna. Asegúrese de que el eje o husillo gira libremente. Ajuste la Empaquetadura en una VALVULA * * * *

Apriete los tornillos del prensa-estopas en pasos sucesivos. Apriete los tornillos aproximadamente hasta el 30% del apriete completo. Abra y cierre la válvula varias veces. Repite y sustitución * * *

Es aconsejable normalmente el comprobar los ajustes del prensaestopas después de unas  pocas horas de funcionamiento. * La empaquetadura debe ser reemplazada cuando el prensa-estopa no permite ya ningún ajuste adicional. *

2. SELLADO ESTÁTICO El sello estático tiene el propósito de evitar la fuga de un fluido que se puede producir entre dos o más partes estacionarias de un recipiente que contiene el fluido. Los ejemplos más típicos de sellados estáticos son las láminas de empaque o empaquetadura plana, que pueden ser adaptadas de acuerdo a la forma de la superficie que se desee sellar, estas pueden ser de diferentes materiales, los más comunes son las fibras minerales como asbesto, vidrio, cerámica y metal, además las láminas de empaque pueden ser de fibras sintéticas como el teflón y el carbón. Otra forma de elementos de sellado estáticos son los anillos de elastómeros cuya sección depende del diseño que tenga la cavidad donde se alojan, lo más común son los anillos de sección circular conocidos como anillos O, también existen anillos en V o cheurones, anillos en forma de cuña, etc.

Bibliografía. (Septiembre

de

2004).

Recuperado

el

01

de

Enero

de

2018,

de

https://alvaradosignorelli.files.wordpress.com/2012/05/principios_sellos-mecanicos.pdf Chesterton.

(s.f.).

Recuperado

el

01

de

Enero

http://chestertondocs.chesterton.com/Rotating/scCatalog_ES.pdf Empaquetaduras de JOHN CRANE

de

2018,

de