La comprobación de calor ocurre cuando sello mecánico Las caras se agrietan en un patrón radial debido a cambios extremos de temperatura y estrés térmico. Estas grietas se asemejan a los radios de una rueda, comenzando desde el centro y extendiéndose hacia afuera, lo que finalmente provoca la falla prematura del sello.
Los sellos mecánicos evitan fugas de fluido en el punto donde un eje giratorio atraviesa la carcasa de una bomba. Funcionan presionando dos caras increíblemente lisas: una gira con el eje mientras la otra permanece fija. Una película microscópica de fluido entre estas caras proporciona lubricación y refrigeración.
Cuando esta película protectora de fluido desaparece o las temperaturas aumentan, caras de foca Se expanden y contraen a diferentes velocidades. Los materiales duros como el carburo de tungsteno y la cerámica no soportan estas rápidas oscilaciones de temperatura, por lo que se agrietan bajo tensión.
Cómo se desarrollan las tensiones térmicas en las caras del sello
Las tensiones térmicas se acumulan cuando las caras del sello se calientan de forma desigual y luego se enfrían demasiado rápido. Las diferencias de temperatura en el material de la cara generan fuerzas internas que eventualmente superan la capacidad del material.
- Calentamiento por fricciónCuando las caras del sello rozan sin la lubricación adecuada, la fricción genera un calor intenso en los puntos de contacto. La fuerza del resorte y la presión hidráulica que presionan las caras entre sí agravan la situación. Sin suficiente película de fluido entre las caras, las temperaturas pueden alcanzar varios cientos de grados en segundos.
- Cizallamiento viscoso y dinámica de fluidosLa rotación a alta velocidad, combinada con fluidos densos, crea enormes fuerzas de cizallamiento en la película delgada. Esta acción de cizallamiento genera calor, similar al frotarse las manos. Cuando la presión y la velocidad son demasiado altas, la película de fluido se calienta lo suficiente como para deformar la cara del sello y adoptar una forma cónica.
- Expansión diferencial: Diferente partes del sello La cara se expande a diferentes velocidades al calentarse. El diámetro interior cerca del eje se calienta mucho más que el borde exterior. Dado que materiales como el carburo de tungsteno tienen alta rigidez pero baja resistencia al choque térmico, no pueden flexionarse para adaptarse a estas diferencias, por lo que se agrietan.
- Choque termalEl escenario más dañino ocurre cuando una cara de sello caliente entra repentinamente en contacto con un fluido frío. Imagine que deja caer un plato de vidrio caliente en agua fría: se rompe. Lo mismo ocurre con las caras de sello cuando están calientes y secas, y de repente se ven inundadas por un líquido frío. La rápida contracción crea tensiones de tracción que producen el patrón característico de grietas radiales.
Causas y condiciones de funcionamiento que provocan el agrietamiento por calor
Varias condiciones de funcionamiento pueden provocar el control de calor, pero todas tienen algo en común: crean condiciones de temperatura extremas que material de sellado No lo puedo manejar.
Funcionamiento en seco y pérdida de lubricación
El funcionamiento en seco es la principal causa de grietas térmicas porque elimina la película de fluido refrigerante y lubricante entre las caras.
- Falta de película fluidaArrancar una bomba sin líquido o perder el flujo de descarga deja las caras del sello rozando metal con metal. Sin líquido que disipe el calor, las temperaturas se disparan en segundos. Cuando el líquido finalmente regresa, el choque térmico agrieta instantáneamente las caras calientes.
- Lubricación inadecuadaLos fluidos de alta viscosidad o los fluidos de barrera incorrectos no fluyen correctamente entre las caras. El frío puede espesar los fluidos hasta el punto de que no puedan mantener la película protectora. Es posible que las caras no estén completamente secas, pero no reciben suficiente lubricación para evitar el sobrecalentamiento.
- Funcionamiento en seco debido a vaporización o flasheoOperar un líquido demasiado cerca del punto de ebullición provoca su evaporación instantánea en la interfaz del sello. Las caras del sello pierden repentinamente su película líquida y se secan. Esto ocurre con frecuencia en aplicaciones de agua caliente o cuando las bombas cavitan, creando zonas localizadas de baja presión donde el líquido se vaporiza.
Enfriamiento deficiente y alta temperatura
Incluso con una lubricación adecuada, un enfriamiento insuficiente permite que se acumule calor hasta que las superficies del sello se agrieten.
- Flujo de enfriamiento/lavado insuficiente:Líneas de descarga bloqueadas, intercambiadores de calor incrustados o fallas en las bombas. sistema de soporte de sello Impiden un enfriamiento adecuado. El calor generado en las caras no tiene salida. La temperatura sigue aumentando hasta que las tensiones térmicas superan la resistencia del material y se forman grietas.
- Alta temperatura del productoEl bombeo de aceite caliente, condensado de vapor u otros fluidos a alta temperatura expone los sellos a un calor constante. Las caras del sello operan cerca de su temperatura máxima nominal. Cualquier calor adicional por fricción o alteración del proceso los lleva al límite, llegando a la zona de agrietamiento por calor.
- Ciclos térmicosLos ciclos repetidos de calor y frío fatigan el material del sello. Comenzar con producto caliente y luego enjuagar con agua fría genera grandes fluctuaciones de temperatura. Cada ciclo debilita el material hasta que finalmente aparecen grietas. Es como doblar un clip de un lado a otro hasta que se rompe.
Límites de alta presión y velocidad (PV)
Cada material de sellado tiene una clasificación PV máxima: el producto de la presión y la velocidad superficial que puede soportar. Superar este límite genera un calor excesivo por fricción.
Operar a más de 200,000 psi-ft/min aumenta drásticamente la temperatura de la cara y la tasa de desgaste. La combinación de alta velocidad y alta presión genera más fricción de la que la película de fluido puede disipar. Las caras se calientan progresivamente hasta que se produce el agrietamiento térmico.
La cavitación
La cavitación provoca colapsos violentos de burbujas que generan puntos calientes localizados en las caras del sello. Cuando la presión del fluido cae por debajo de la presión de vapor, se forman burbujas que implosionan contra las caras del sello.
Estas implosiones crean áreas microscópicas de calor y presión extremos. La tensión térmica repetida causada por miles de colapsos de burbujas por segundo finalmente produce el patrón de grietas radiales característico de la fisuración por calor.
La cavitación también causa vibración que altera la película de fluido entre las caras. Esto genera condiciones intermitentes de funcionamiento en seco que agravan el problema de la tensión térmica.
Arrastre de aire y picos de presión
Las bolsas de aire y los picos de presión interrumpen las condiciones de estabilidad que los sellos necesitan para funcionar correctamente. El aire atrapado en el prensaestopas crea zonas secas donde las caras entran en contacto sin lubricación.
Los picos de presión durante el arranque o las perturbaciones del proceso aumentan repentinamente la carga sobre las caras del sello. Esta presión adicional expulsa la película de fluido, provocando un contacto momentáneo entre metales y un calentamiento rápido.
La combinación de bolsas de aire y variaciones de presión crea puntos calientes impredecibles que tensionan las caras del sello. Con el tiempo, estos choques térmicos repetidos producen las grietas radiales características del agrietamiento por calor.
FAQs
¿Es posible reparar los sellos dañados por el calor?
No, las caras de sello agrietadas por calor no se pueden reparar y deben reemplazarse. Las grietas comprometen la capacidad del sello para mantener una película de fluido adecuada y causarán daños progresivos en la cara de contacto.
¿Qué tan rápido puede ocurrir una comprobación de calor?
El agrietamiento por calor puede ocurrir en segundos durante un funcionamiento en seco severo o en cuestión de horas en condiciones extremas. La velocidad depende de las temperaturas extremas y de la rapidez con la que las superficies de sellado se calientan y enfrían.
¿Qué materiales de sellado son más resistentes al agrietamiento por calor?
El carburo de silicio generalmente ofrece la mejor resistencia al agrietamiento por calor gracias a su excelente conductividad térmica. Los materiales de carbono-grafito también ofrecen un buen rendimiento, ya que soportan mejor el choque térmico que las cerámicas duras.
¿Cómo puedo evitar el control de calor en los sellos de mi bomba?
Asegúrese de que el flujo de descarga sea adecuado, nunca haga funcionar las bombas en seco, mantenga la temperatura correcta del fluido y opere dentro de los límites de PV del sello. La instalación de monitores de temperatura y sistemas de apagado automático proporciona protección adicional contra condiciones que causan el agrietamiento por calor.
