Historia de los sellos mecánicos

Primeros sellos mecánicos (década de 1900-1940)

Primeros diseños de sellos, materiales (acero, bronce) y aplicaciones

Los primeros sellos mecánicos se fabricaban principalmente con materiales como acero y bronce. Estos materiales se elegían por su durabilidad y resistencia al desgaste. Los sellos se diseñaron para encajar en los prensaestopas de las bombas y otros equipos rotativos, lo que proporcionaba un medio más eficaz para evitar fugas de fluido que las empaquetaduras blandas tradicionales.

Invención del primer sello mecánico por George Cook en 1905 (el “sello Cook”)

La historia de los sellos mecánicos comenzó en 1905, cuando George Cook inventó el primer sello mecánico, conocido como el “sello Cook”. Este diseño innovador constaba de un anillo fijo y otro giratorio, y uno de los anillos tenía una ranura rellena con un material de empaquetadura blando. El sello Cook fue un avance notable en la tecnología de sellado, ya que ofrecía una alternativa más eficaz y confiable a las empaquetaduras tradicionales de los prensaestopas.

Desarrollo del “sello Ryan” por JM Ryan de Crane Packing Company en 1929

En 1929, JM Ryan de la Crane Packing Company introdujo el “sello Ryan”, que incluía una cara de sello estacionaria accionada por resorte hecha de grafito de carbono y una cara de sello giratoria hecha de bronce. Este diseño mejoró el sello Cook al proporcionar un mejor rendimiento de sellado y una vida útil más prolongada. El sello Ryan ganó popularidad rápidamente en varias aplicaciones industriales, particularmente en bombas centrífugas.

Avances a mediados del siglo XX (década de 1950-1970)

Introducción de nuevos materiales para la cara del sello, como grafito de carbono, carburo de tungsteno y cerámica.

Durante las décadas de 1950 y 1960, los fabricantes de sellos mecánicos comenzaron a experimentar con nuevos materiales para las caras de los sellos con el fin de mejorar el rendimiento y la durabilidad. El grafito de carbono se convirtió en una opción popular para las caras de los sellos estacionarios debido a su excelente resistencia al desgaste y sus propiedades autolubricantes. El carburo de tungsteno y las cerámicas, como el carburo de silicio, también se introdujeron como materiales para las caras de los sellos, ya que ofrecen una dureza y una resistencia química superiores en comparación con el bronce y el acero tradicionales.

Desarrollo del factor presión-velocidad (PV) por Herbert Hummer de Durametallic

En la década de 1960, Herbert Hummer de Durametallic Corporation desarrolló el factor de presión-velocidad (PV), un parámetro de diseño crítico que relaciona la presión de sellado y la velocidad de deslizamiento de las caras del sello. El factor PV permitió a los fabricantes de sellos optimizar los diseños de sellos para aplicaciones específicas, teniendo en cuenta factores como las propiedades del fluido, la temperatura y la presión. Este desarrollo condujo a la creación de sellos mecánicos más eficientes y confiables.

Aparición de sellos de cartucho estándar y disposiciones de sellos (simples, dobles, tándem)

La introducción de los sellos de cartucho estándar en la década de 1960 revolucionó la industria de los sellos mecánicos. Los sellos de cartucho eran unidades preensambladas que incluían todos los componentes necesarios, como caras de sello, elementos de sellado secundarios y resortes, en un solo paquete listo para instalar. Este diseño simplificó la instalación y el mantenimiento de los sellos, lo que redujo el tiempo de inactividad y los costos asociados con los reemplazos de sellos.

Durante este período, también se desarrollaron diversas disposiciones de sellos para satisfacer los diferentes requisitos de las aplicaciones. Los sellos simples, que consisten en un par de caras de sello, se convirtieron en la disposición más común para aplicaciones de uso general. Los sellos dobles, que presentan dos pares de caras de sello con un fluido de barrera entre ellos, se introdujeron para aplicaciones más exigentes que requieren mayores niveles de seguridad y confiabilidad. Los sellos en tándem, con dos pares de caras de sello dispuestas en serie, se desarrollaron para aplicaciones en las que era necesario un sello de respaldo en caso de falla del sello principal.

Fundación de importantes empresas de sellos como John Crane, Flowserve, Burgmann

A mediados del siglo XX surgieron varios fabricantes importantes de sellos mecánicos que luego darían forma a la industria. John Crane, fundada en 1917, se convirtió en un proveedor líder mundial de sellos mecánicos y sistemas de sellado. Flowserve Corporation, formada a través de la fusión de BW/IP y Durco International en 1997, tiene sus raíces en Byron Jackson Company, un destacado fabricante de bombas y sellos fundado en 1872. Burgmann Industries, fundada en 1884, creció hasta convertirse en un actor importante en el mercado europeo de sellos mecánicos.

Estas empresas desempeñaron un papel importante en el avance de la tecnología de sellos mecánicos a través de una inversión continua en investigación y desarrollo, introduciendo diseños, materiales y procesos de fabricación innovadores que establecen nuevos estándares de rendimiento y confiabilidad del sellado.

La era moderna de los sellos mecánicos (década de 1980-actualidad)

Mejoras en el diseño de sellos y materiales impulsadas por regulaciones más estrictas y demandas de la industria

En los años 1980 y 1990, las crecientes preocupaciones ambientales y las regulaciones más estrictas con respecto a las emisiones y fugas de los equipos industriales impulsaron avances significativos en el diseño y los materiales de los sellos mecánicos. Las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio de los EE. UU. de 1990, por ejemplo, ordenaron la reducción de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) de las bombas y otros equipos, lo que impulsó a los fabricantes de sellos a desarrollar soluciones de sellado más eficientes y respetuosas con el medio ambiente.

Las demandas de la industria de una mayor confiabilidad, una vida útil más prolongada y un mejor rendimiento en condiciones difíciles también impulsaron la innovación en el diseño y los materiales de los sellos. Los fabricantes de sellos se enfocaron en desarrollar materiales avanzados para las caras de los sellos, optimizar la geometría de los sellos e incorporar características como ranuras en espiral y topografía de la cara mecanizada con láser para mejorar el rendimiento del sellado y reducir el desgaste.

Uso de materiales avanzados como carburo de silicio, recubrimientos de diamante y polímeros de alto rendimiento.

El uso de materiales avanzados ha sido un sello distintivo del desarrollo de sellos mecánicos modernos. El carburo de silicio, un material cerámico con excelente dureza, resistencia al desgaste e inercia química, se ha convertido en la opción preferida para las caras de los sellos en aplicaciones exigentes que involucran fluidos abrasivos o corrosivos. Los recubrimientos de diamante, aplicados mediante técnicas de deposición química en fase de vapor (CVD) o deposición física en fase de vapor (PVD), también se han utilizado para mejorar la resistencia al desgaste y la durabilidad de las caras de los sellos.

Los polímeros de alto rendimiento, como el politetrafluoroetileno (PTFE), el poliéter éter cetona (PEEK) y las poliamidas aromáticas (p. ej., el kevlar), se han utilizado cada vez más en elementos de sellado secundarios y otros componentes de sellado. Estos materiales ofrecen una excelente resistencia química, baja fricción y estabilidad a altas temperaturas, lo que permite que los sellos mecánicos funcionen de manera confiable en una amplia gama de entornos desafiantes.

Integración de características como topografía facial mecanizada por láser para un mejor rendimiento

Los avances en las tecnologías de fabricación han permitido a los fabricantes de sellos incorporar características sofisticadas en los diseños de sellos mecánicos. El mecanizado por láser, por ejemplo, ha permitido la creación de microtopografías precisas en las caras de los sellos, como ranuras espirales o hoyuelos, que pueden mejorar la lubricación, reducir la fricción y mejorar el rendimiento del sellado.

Otras características de diseño que se han vuelto más comunes en los sellos mecánicos modernos incluyen:

• Capacidades de sellado bidireccional, que permiten que los sellos funcionen de manera efectiva en ambas direcciones de rotación.
• Caras de sellado autoalineables que garantizan un contacto óptimo y un rendimiento de sellado incluso en condiciones de desalineación
• Caras de sello con equilibrio de presión, lo que reduce la fuerza de cierre neta en las caras del sello y extiende la vida útil del sello
• Elementos de sellado secundarios de grafito flexible que ofrecen una mejor compatibilidad química y un rendimiento a alta temperatura.

Adopción de sellos de cartucho modulares y sellos divididos para una instalación y un mantenimiento más sencillos

Los sellos de cartucho modulares se han vuelto cada vez más populares en las últimas décadas debido a su facilidad de instalación y mantenimiento. Estos sellos están diseñados con componentes intercambiables, lo que permite a los usuarios reemplazar rápidamente las piezas desgastadas o dañadas sin tener que reemplazar todo el conjunto del sello. Este enfoque modular reduce el tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento, al tiempo que brinda una mayor flexibilidad en la configuración del sello para aplicaciones específicas.

Los sellos partidos, que consisten en dos mitades que se pueden instalar alrededor del eje sin necesidad de desmontar por completo el equipo, también han ganado terreno en la industria de los sellos. Los sellos partidos son particularmente ventajosos para aplicaciones en las que se requiere un mantenimiento frecuente de los sellos o donde el desmontaje del equipo es difícil o lleva mucho tiempo.