Teoria Basica de Sellos Mecanicos

Teoría Básica de Sellos Mecánicos

Objetivo General del curso:

El participante explicará el funcionamiento básico de los sellos mecánicos.

Problema Básico de Sellado: Prevenir las Fugas

Atmósfera

Pared del Recipiente EJE

Fuga

Fluido de Proceso

Empaquetaduras

Empaquetaduras

Sello Mecánico

Sello Mecánico Básico

Fuga a través de collar atornillado al eje 7

Sello Mecánico Básico El desgaste en esta área creara una fuga

El O-ring previene la fuga a través del eje

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Sello Mecánico Básico Calor generado aquí

Componente grande Paso de fuga

El resorte asegura ajuste automático

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Sello Mecánico Básico O’ring o Empaque

Componente estacionario insertado

Simplemente un sello mecánico es: 1. Un elemento de sellado primario desgastable y estacionario. 2. Un elemento de sellado primario desgastable y rotativo. 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, y por ultimo, 5. Componentes auxiliares para completar el sello mecánico.

Sello Mecánico Básico

Sellado Terciario Sellado Secundario Sellado Primario 12

Sello Mecánico Básico Resorte (Fuerza del Resorte)

Anillo Estacionario o Asiento

Cara de contacto o Anillo Primario 13

Ejemplo de un sello completo. Anillo Primario Aro Retenedor Anillo Anti-Extrusion O-Ring O’Ring

Disco Resorte Retenedor Prisionero

Asiento

Eje

Sellado Primario Anillo Primario

Asiento

Resortes

Mayor presión en el diámetro externo Mantiene las caras cerradas El fluido es forzado entre las caras para lubricar Los resortes mantienen las caras cerradas cuando no hay presión

Sellado Primario

Sellado Primario

La interfase de sellado. Forma: Convergente

Paralela

Divergente

Claridad: Separación entre caras (0.5 a 3 micrones)

Fluido: No - vaporizante

Vaporizante

Sellado Secundario • Elementos Sellantes Secundario y Terciario – –

Estático Dinámico

Componentes del Sello •

Caras de Contacto

•

Dispositivos de Empuje (resortes, fuelles)

•

Elementos Sellantes Secundario y Terciario

•

Mecanismo de Arrastre

Componentes del Sello •

Caras de Contacto

La mayoría de los sellos poseen caras planas. Para conseguir el grado de planitud necesario se recurre a un proceso de LAPEADO. Anillo Primario Asiento

Sección Transversal

Vista Frontal

Componentes del Sello •

Caras de Contacto

Planas, Paralelas (Sellos de caras contactantes lubricadas y no lubricadas)

Planas, No-Paralelas (Sellos para aplicaciones de altas presiones o velocidades)

Hydropads (Sellos de caras contactantes para fluidos vaporizantes)

Ranuras en Espiral (Sellos de caras no contactantes lubricadas por gas)

Componentes del Sello •

Caras de Contacto Hidrostática

Hidrodinámica

Planas, Paralelas

Hydropads

Planas, No-Paralelas

Ranuras en Espiral

Componentes del Sello •

Dispositivos de Empuje –

Suministran la fuerza inicial de cierre.

–

Su funcionamiento se hace más crítico a bajas presiones.

–

Cuando se utilizan resortes a altas presiones disminuye su carácter de elemento crítico.

Componentes del Sello •

Dispositivos de Empuje –

Resorte Helicoidal Único

–

Múltiples Resortes Helicoidales

–

Fuelle

–

Resorte de Ondas

Componentes del Sello •

Resorte Helicoidal Único –

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.

–

No pueden ser rotados bidireccionalmente

Resorte Helicoidal Único

Componentes del Sello • 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 atascan fácilmente con líquidos muy viscosos y con partículas abrasivas.

Múltiples Resortes Helicoidales

Componentes del Sello •

Fuelle –

Comportamiento de Resorte.

– Sujeto a los mismos modos de falla de un resorte. – Fatiga debido a vibración. – Constante de resorte lineal en su longitud de operación. No necesita escalón en el eje o camisa. – Actúa como un sello dinámico. – Transmite el torque del collar de arrastre a la cara rotativa.

Fuelle Metálico Soldado

Fuelle Metálico Conformado

Componentes del Sello •

Dispositivos de Empuje –

Se utilizan Sellos con dispositivos de empuje estacionarios para aplicaciones a altas velocidades. (Mayores de 4500 ft/min)

Componentes de los Sellos: Elemento Sellante Secundario • Tres formas básicas • Dos grupos – O-rings – Empaques de PTFE • • • •

Cuñas Chevrones O´rings cargados O´rings recubiertos

– Fuelles • Elastoméricos • Metálicos – Conformados – Soldados soldadura perimetral o axial

• De PTFE

– Empujados • O´rings • Empaques de PTFE

– No empujados • Fuelles

Elemento Sellante Secundario Fuelle Elastomérico

Anillos en V

Media Convolución

Copa en U

Fuelle de Teflón

Cuña

Fuelle de Metal Soldado

O Ring Encapsulado

O Ring

Empaque Secundario: O´ring •

Elemento Sellante Secundario –

Sello de Empuje

O´ring o Junta Tórica

Empaque Secundario: Cuña

Empaque Secundario: Chevron

Chevron o Empaque tipo V

Empaque Secundario: O´Ring Recubierto

Empaque Secundario: O´Ring Cargado

Empaque Secundario: Fuelle Elastomérico No hay contacto

El fuelle Elastomérico se adhiere al eje

Empaque Secundario: Fuelle de Teflón

Empaque Secundario: Fuelle Metálico Soldado

Empaque Secundario: Fuelle Metálico Conformado

Componentes del Sello •

Mecanismos de Arrastre –

–

Deben Transmitir Torque Deben permitir movimiento axial (Anillo Primario)

Mecanismos de Arrastre

Dentado

Con Pin

Fuelle Elastómerico

Con Cuña

Con retenedor (snap ring)

Resortes

Con Prisioneros

Con Aletas

Arrastre por Resorte

Resorte Izquierdo o Derecho? Regla del pulgar!

Tipos de Sellos •

Empuje – –

•

Monoresortes Multiresortes

No empuje – – –

–

Fuelle elastomérico Fuelle de teflon Fuelle metálico soldado en la periferia o axialmente Fuelle metálico conformado

Empuje vs. No Empuje Empuje

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

vs.

No Empuje

El fuelle como sellante secundario debe expandirse para compensar el desplazamiento del eje o el desgaste de las caras de contacto.

Empuje vs. No Empuje

O-ring estático

Empuje

Mono Resorte con O’ring

Empuje

Sello con Chevrones o Aros en V de Teflón

Empuje

Sello con Cuña de Teflón

Empuje

Sello con copa en U

No Empuje

Sello con Fuelle Elastomérico

No Empuje

Sello con Fuelle de Teflón

No Empuje

Sello con Fuelle de Metal Soldado

No Empuje

Sello con Fuelle de Metal Conformado

Tipos de Sellos •

No Balanceados – – – –

•

Monoresortes Multiresortes Fuelle elastomérico Fuelle de teflón

Balanceados – – – – –

Monoresortes Multiresortes Fuelle elastomérico Fuelle metálico soldado Fuelle metálico conformado

Sello Balanceado vs. No-Balanceado •

Relación de Balanceo La relación de Balanceo es utilizada para controlar el balance de fuerzas entre las caras. Fuerza de Cierre

Fuerza de Apertura

Sello Balanceado vs. No-Balanceado •

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

a

Area de Cierre Area de Apertura

Sello Balanceado vs. No-Balanceado •

Relación de Balanceo

Un Sello No - Balanceado

A

c

Fc

A a

Sello Balanceado vs. No-Balanceado •

Relación de Balanceo

Un Sello Balanceado

Ac

Aa

Sello Balanceado vs. No-Balanceado •

Relación de Balanceo

Los sellos de fuelle metálico se definen como “inherentemente” balanceados. La relación de balanceo se incrementa a mayores presiones.

Relación de Balanceo < 1

Línea de Balanceo a cero presión.

Tipos de Sellos •

De caras contactantes lubricadas por película líquida.

•

De caras contactantes no lubricadas.

•

De caras no contactantes lubricadas por gas.

Tipos de Sellos

Sello de caras contactantes lubricadas por película líquida

Tipos de Sellos

Sello de caras contactantes lubricadas por película líquida

Tipos de Sellos

Sello ECS

Sello de caras contactantes no lubricadas

Tipos de Sellos: Sello de caras no contactantes lubricadas por gas inyección de nitrógeno a 2 bar d / 30 psi d sobre la presión de la caja del sello

LADO INTERNO PROCESO

LADO EXTERNO ATMOSFERA

Sello tipo 2800 Rotación de eje Horaria

Rotación de eje Anti-Horaria

Sello de caras no contactantes lubricadas por gas Asiento Rotativo

Rotación de eje Horaria ranura espiral

Diámetro Interno de la ranura Diámetro Interno de la cara opuesta

Zona de expansión Diámetro externo

Perfil de presiones de los sellos de caras no contactantes lubricadas por gas FC

FC=FA

Fuerza de Cierre R

FA Fuerza de Apertura

P

Ranuras Compresión P3 Expansión

R = Carga del Resorte P = Presión Hidráulica

Zona de Expansión

Distribución de Presión de la película de Gas

Efecto hidrodinámico significativo dentro de la ranura Presión máxima obtenida P3 Caída lineal de presión a través de la zona de expansión

Arreglos •

Sencillo – –

•

Montado Internamente Montado Externamente

Dual – – –

Cara contra cara Espalda contra espalda Cara contra espalda (Tandem)

Arreglos

Sello Sencillo Montado Externamente

Sello Sencillo Montado Internamente

Arreglos

Sello Dual en Arreglo Cara contra Cara (Face to Face)

Arreglos

Sello Dual en Arreglo Espalda contra Espalda (Back to Back)

Arreglos

Sello Dual en Arreglo Cara contra Espalda antes Tandem (Face to Back)

Identificación de Sellos Mecánicos

Código API 610 PRIMERA LETRA: Balanceo Hidráulico

SEGUNDA LETRA: Configuración del Sello

TERCERA LETRA: Configuración de la Brida

B = Balanceado U = No Balanceado S = Sencillo D = Doble T = Tandem P = Plana T = Con Venteo y Drenaje A = Con Enjuague

CUARTA LETRA: Material Sellos Secundarios

Tabla 1

QUINTA LETRA: Material Caras de Contacto

Tabla 2

Código API 610 TABLA 1 (Cuarta Letra): Material de Sellos Secundarios

E

F

G

H

I

R

X

Z

EN ASIENTO

Fluoro elastomero

Fluoro elastomero

TEFLON

BUNA

Perfluoro – elastomero

GRAFITO

S/ESP

SPIRAL W

EN SELLO

TEFLON

Fluoroelastomero

TEFLON

BUNA

Perfluoro elastomero

GRAFITO

S/ESP

GRAFITO

TABLA 2 (Quinta Letra): Material de Caras L

M

N

O

P

X

ANILLO PRIMARIO

CARBON

CARBON

CARBON

CARBURO TUGNSTENO C/NIQUEL

CARBURO SILICIO

S/ESP

ASIENTO

CARBURO TUGNSTENO C/COBALTO

CARBURO TUGNSTENO C/NIQUEL

CARBURO SILICIO

CARBURO SILICIO

CARBURO SILICIO

S/ESP

Identificación de Sellos Mecánicos. Códigos API 682 2da Edición De acuerdo con este estándar los sellos mecánicos pueden ser descritos de manera general usando una codificación de cuatro segmentos, el primer segmento es una letra “C” acompañada por el número de la categoría, el segundo una letra “A” acompañada por el número del arreglo, el tercero una letra con el tipo de sello y el cuarto los números que indican los planes de lubricación y protección.

arreglo

Plan API

C1 A1 A 11 categoría

tipo