Tipos de disposiciones de sellos mecánicos dobles

Los sistemas de sellos mecánicos dobles vienen en tres tipos principales: espalda con espalda, tándem y cara a cara.

Disposición espalda con espalda

Principio de funcionamiento de la disposición espalda con espalda

Las configuraciones de sellos mecánicos espalda con espalda colocan dos sellos enfrentados entre sí, con superficies de sellado primarias en los lados externos. Esta configuración crea una cámara de fluido de barrera entre los sellos, con una presión mayor que la del fluido de proceso. El fluido de barrera lubrica las superficies de los sellos, elimina el calor y evita fugas de fluido de proceso a la atmósfera.

La mayor presión en la cámara del fluido de barrera fuerza a ambos sellos contra sus asientos estacionarios. Esta diferencia de presión garantiza que haya fugas hacia adentro desde el fluido de barrera hacia el fluido de proceso, no hacia afuera.

Ventajas de la disposición espalda con espalda

Protección y diseño superiores

Los sellos mecánicos en serie brindan una protección superior contra fallas y fugas de producto. El diseño equilibrado garantiza condiciones de funcionamiento óptimas para ambos sellos, lo que reduce el desgaste y extiende la vida útil de los sellos.

Distribución de presión y disipación de calor mejoradas

Esta configuración ofrece una mejor distribución de la presión. El fluido de barrera entre los sellos se presuriza a una presión mayor que el fluido de proceso, lo que evita la contaminación si el sello interno falla. También permite una mejor disipación del calor, lo que mantiene los sellos más fríos y más eficientes.

Instalación y mantenimiento simplificados

La instalación y el mantenimiento de los sellos consecutivos se simplifican. El diseño del cartucho facilita el reemplazo, lo que reduce el tiempo de inactividad y los costos de mano de obra. El monitoreo de la presión del fluido de barrera permite la detección temprana del desgaste o falla del sello, lo que evita paradas inesperadas.

Excelencia en el manejo de fluidos desafiantes

Las configuraciones back to back son excelentes para manipular fluidos volátiles, peligrosos o costosos. Ofrecen una capa adicional de protección contra fugas, lo que garantiza un funcionamiento más seguro y minimiza la pérdida de producto. Esta configuración se adapta bien a aplicaciones con condiciones de presión variables y se adapta a las fluctuaciones de manera más eficaz que otros tipos de sellos.

Desventajas de la disposición back-to-back

Desafíos de mantenimiento e instalación

Las configuraciones de sellos mecánicos back-to-back requieren un mayor mantenimiento debido a su complejidad. Los desafíos de instalación y alineación pueden aumentar el tiempo de inactividad durante las reparaciones o reemplazos. La cara del sello puede dañarse si la presión del fluido de barrera cae por debajo de la presión del fluido de proceso, lo que provoca contaminación y falla del sello.

Consideraciones de costos

Estas configuraciones son más costosas que los sellos simples o los arreglos en tándem debido al diseño intrincado y los componentes adicionales. Los costos de repuestos y mantenimiento se acumulan con el tiempo. Los sellos consecutivos ocupan más espacio axial, lo que limita su uso en ciertos tipos de bombas o entornos restringidos.

Sensibilidad a la alineación del eje

La sensibilidad a la deflexión y desalineación del eje es un problema para los sellos adosados. El soporte y la alineación adecuados del eje son cruciales para evitar el desgaste prematuro y la falla de las caras del sello. El diseño complejo y los componentes adicionales contribuyen a mayores costos iniciales y gastos de mantenimiento continuos.

Gestión de sistemas de fluidos de barrera

Las fluctuaciones de presión o un suministro inadecuado de fluido pueden comprometer la integridad del sello y provocar fallas del sistema.

Aplicaciones de la disposición espalda con espalda

Aplicaciones en las industrias química y farmacéutica

Los sellos mecánicos back-to-back son excelentes en aplicaciones que requieren una estricta contención de fluidos de proceso. Estos sellos son comunes en industrias que manejan fluidos peligrosos, tóxicos o costosos. Las plantas de procesamiento químico los emplean para reactores y mezcladores que manejan sustancias corrosivas. Los fabricantes farmacéuticos usan sellos back-to-back para proteger compuestos de medicamentos sensibles de la contaminación durante la producción.

Uso en las industrias del petróleo, gas, alimentos y papel

Las refinerías de petróleo y gas implementan estos sistemas en las bombas que procesan hidrocarburos volátiles, lo que mejora la seguridad y evita la pérdida de producto. Las instalaciones de producción de alimentos y bebidas utilizan sellos de unión para mantener los estándares de higiene y evitar la contaminación del producto. Las fábricas de pulpa y papel confían en estos sellos para manipular lodos abrasivos y, al mismo tiempo, minimizar las fugas.

Aplicaciones en generación de energía, tratamiento de agua y aeroespacial

El sector de generación de energía incorpora sellos back-to-back en bombas de alimentación de calderas y aplicaciones de turbinas, donde las altas presiones y temperaturas son comunes. Las instalaciones de tratamiento de agua utilizan estas disposiciones para sellar bombas que manejan diversos productos químicos y aguas residuales. La industria aeroespacial emplea sellos back-to-back en bombas de combustible y sistemas hidráulicos, lo que garantiza un rendimiento confiable en condiciones extremas.

Disposición en tándem (cara a espalda)

Principio de funcionamiento de la disposición en tándem (cara a espalda)

Los sistemas en tándem (cara a espalda) emplean dos sellos para una mayor protección contra fugas. El sello principal entra en contacto con el fluido del proceso, mientras que el sello secundario mira hacia la atmósfera. Un fluido amortiguador ocupa el espacio entre estos sellos, que se mantiene a una presión ligeramente inferior a la del fluido del proceso.

El eje giratorio activa el sello primario, que contiene el fluido de proceso y evita su entrada en la cámara intermedia. Cualquier fuga menor es absorbida por el fluido de tampón. El sello secundario bloquea el fluido de tampón y evita su liberación a la atmósfera. Esta configuración crea un entorno controlado, lo que minimiza la contaminación del fluido de proceso y reduce las emisiones.

El fluido de amortiguación cumple múltiples funciones en este sistema. Lubrica y enfría ambos sellos, lo que prolonga su vida útil. También actúa como barrera protectora, protegiendo el sello secundario del contacto directo con fluidos de proceso potencialmente dañinos. En caso de falla del sello primario, la presión más baja del fluido de amortiguación permite una fuga controlada en la cámara de amortiguación. Esto activa las alarmas y permite realizar el mantenimiento antes de que se produzca una falla catastrófica.

Ventajas de la disposición en tándem (cara a espalda)

Manejo de presión y durabilidad

Los sistemas en tándem soportan presiones más altas en comparación con los sellos simples, lo que los hace adecuados para aplicaciones exigentes. Toleran mejor la desalineación y la vibración del eje, lo que reduce el desgaste y prolonga la vida útil del sello. El diseño permite un mantenimiento más sencillo, ya que el sello primario se puede reemplazar sin alterar el sello secundario ni quitar todo el conjunto.

Disipación de calor y flexibilidad del material

El fluido amortiguador entre los sellos en una disposición en tándem mejora la disipación de calor, enfriando el sello primario y evitando el sobrecalentamiento. Esto extiende la vida útil del sello. La configuración también ofrece flexibilidad en la selección del material del sello, lo que permite utilizar diferentes materiales para cada sello para optimizar el rendimiento en función de las condiciones específicas del proceso.

Versatilidad y Robustez

Las configuraciones en tándem (cara a espalda) brindan soluciones de sellado robustas y versátiles para diversas aplicaciones industriales. Su capacidad para soportar altas presiones mejora la confiabilidad y facilita el mantenimiento.

Desventajas de la disposición en tándem (cara a espalda)

Desafíos del espacio y el diseño

Las configuraciones en tándem (cara a espalda) requieren más espacio axial, lo que plantea desafíos en los diseños de maquinaria compacta. La mayor longitud puede generar problemas de deflexión del eje, lo que podría comprometer el rendimiento y la longevidad del sello. Estas configuraciones implican dos conjuntos de sellos separados, lo que aumenta la complejidad del sistema y da como resultado mayores costos de instalación y mantenimiento en comparación con los sellos simples u otras configuraciones de sellos dobles.

Capacidades limitadas de contención y presión

Los sistemas en tándem son menos eficaces para contener los fluidos de proceso que otras configuraciones de doble sello. En caso de falla del sello interno, el sello externo se convierte en la única barrera contra fugas, lo que proporciona menos contención que un sistema de ida y vuelta. Estos sistemas tienen capacidades de presión limitadas y, por lo general, manejan presiones diferenciales más bajas que las configuraciones de ida y vuelta. Esta restricción puede limitar su uso en aplicaciones de alta presión.

Limitaciones de la gestión térmica

La disipación de calor es menos eficiente en las configuraciones en tándem, lo que afecta el rendimiento del sello en procesos sensibles a la temperatura. Las limitaciones inherentes del diseño en la gestión térmica pueden afectar la confiabilidad y la eficiencia generales del sistema.

Aplicaciones de la disposición en tándem (cara a espalda)

Aplicaciones en hidrocarburos ligeros y COV

Los sellos en tándem son excelentes para procesos que manejan hidrocarburos livianos, compuestos orgánicos volátiles (VOC) y fluidos con baja viscosidad y gravedad específica. Estos sellos minimizan la contaminación del producto al evitar que el fluido de amortiguación en el sello externo se mezcle con el fluido del proceso.

Condiciones de presión variables

Los sellos en tándem funcionan bien en condiciones de presión variables. El sello exterior se adapta a las fluctuaciones de presión sin comprometer el rendimiento del sello interior. Esto los hace adecuados para equipos con arranques y paradas frecuentes o funcionamiento intermitente.

Aplicaciones de alta velocidad

Las aplicaciones de alta velocidad se benefician de las capacidades de disipación de calor efectivas de los arreglos en tándem. En entornos donde las fugas ocasionales son aceptables pero es necesaria la contención, estos sellos brindan una solución eficaz.

Procesamiento farmacéutico y de alimentos

Los sistemas en tándem se utilizan en las industrias farmacéutica y de procesamiento de alimentos. Su capacidad para mantener la pureza del producto y evitar la contaminación cumple con los estrictos requisitos de higiene de estos sectores.

Acuerdo cara a cara

Principio de funcionamiento del acuerdo cara a cara

Los sellos mecánicos dobles cara a cara cuentan con dos sellos ubicados con caras opuestas, lo que crea una cámara sellada entre ellos. Esta cámara contiene un fluido de barrera, fundamental para el funcionamiento del sello.

Durante la rotación del eje, ambos sellos colaboran para evitar fugas. El sello interior entra en contacto con el fluido de proceso, mientras que el sello exterior interactúa con la atmósfera o el sistema de contención secundario. El fluido de barrera lubrica las superficies del sello, disipa el calor y mantiene una presión más alta que el fluido de proceso. Esta diferencia de presión garantiza fugas hacia el interior, lo que protege contra la pérdida de producto y la contaminación ambiental.

Las disposiciones cara a cara ofrecen protección contra el funcionamiento en seco. Si la presión del fluido de barrera disminuye, ambos sellos pueden funcionar de forma independiente, lo que proporciona un mecanismo a prueba de fallos. Este diseño facilita la instalación y el mantenimiento, lo que permite reemplazar el sello sin alterar el otro.

El principio de funcionamiento de este sistema se basa en la interacción entre las caras del sello, el fluido de barrera y los diferenciales de presión. A medida que el eje gira, las caras del sello crean una fina película de fluido, lo que minimiza la fricción y el desgaste. La mayor presión del fluido de barrera lo empuja hacia el espacio entre las caras del sello, formando un sello líquido estable. Este sello líquido evita que el fluido de proceso se escape y que entren contaminantes externos.

Ventajas de la reunión cara a cara

Protección contra la deflexión del eje

Las configuraciones de sellos mecánicos dobles cara a cara protegen contra la deflexión del eje. La proximidad de las caras de los sellos mantiene la alineación en condiciones de funcionamiento difíciles. Esta configuración simplifica la instalación y el mantenimiento, lo que reduce el tiempo de inactividad y facilita el mantenimiento de los sellos sin alterar la alineación del equipo.

Disipación de calor mejorada

La disipación de calor mejora con configuraciones cara a cara. El fluido de barrera entre los sellos elimina el calor generado por la fricción de la cara del sello, lo que extiende la vida útil del sello y mejora el rendimiento. Esta configuración tolera situaciones de presión inversa, lo que la hace adecuada para aplicaciones con fluctuaciones de presión frecuentes.

Diseño compacto

Los sellos cara a cara tienen un diseño compacto que requiere menos espacio axial que otras configuraciones. Esta característica los hace ideales para equipos con espacio de instalación limitado. El peso total reducido del sello beneficia a ciertas aplicaciones donde minimizar la masa es crucial.

Mayor longevidad y confiabilidad

La eficiencia de la disposición en la gestión del calor y el manejo de la presión contribuye a aumentar la longevidad y la confiabilidad del sello. Esto se traduce en una menor frecuencia de mantenimiento y costos operativos para los procesos industriales que emplean sellos mecánicos dobles cara a cara.

Desventajas de la reunión cara a cara

Distorsión térmica y limitaciones de presión

La susceptibilidad a la distorsión térmica aumenta, lo que provoca daños en la superficie del sello y mayores fugas. La menor capacidad de presión en comparación con las configuraciones back to back limita el uso en aplicaciones de alta presión.

Desafíos de instalación y mantenimiento

Los desafíos de instalación y mantenimiento surgen debido a la accesibilidad reducida a las caras internas del sello. Esto complica la inspección y el reemplazo, lo que puede aumentar el tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento. El fluido atrapado entre las caras del sello puede causar un bloqueo hidráulico, lo que impide la apertura del sello y corre el riesgo de dañar la cara durante el arranque.

Sensibilidad a la deflexión y desalineación del eje

La sensibilidad a la deflexión y desalineación del eje afecta el rendimiento y la vida útil del sello en configuraciones cara a cara. El espacio axial requerido puede restringir el uso en diseños de equipos compactos, lo que limita la aplicación en entornos con limitaciones de espacio.

Aplicaciones de la disposición cara a cara

Beneficios de baja presión y expansión térmica

Las aplicaciones de diferencial de baja presión se benefician de las disposiciones cara a cara. Controlan eficazmente la expansión térmica al adaptarse al movimiento axial del eje. Las aplicaciones con medios corrosivos o abrasivos favorecen esta disposición, ya que protege el sello externo vulnerable de la exposición directa a fluidos de proceso agresivos.

Bombas verticales e hidrocarburos ligeros

Las bombas verticales que manipulan hidrocarburos ligeros o compuestos orgánicos volátiles suelen utilizar sellos de cara a cara. Estos sellos mantienen la lubricación de la cara incluso cuando la bomba está inactiva, lo que evita el funcionamiento en seco y prolonga la vida útil del sello. Los equipos que se someten a ciclos frecuentes se benefician de los arreglos de cara a cara, ya que minimizan el desgaste de la cara del sello durante los procedimientos de arranque y apagado.

Selección de la disposición óptima de doble sello

Propiedades de los fluidos

Las propiedades del fluido influyen significativamente en la selección de la disposición del sello mecánico doble. La viscosidad afecta la capacidad del sello para mantener una película de fluido estable. Los fluidos de mayor viscosidad requieren caras de sello más anchas y ranuras más profundas para una lubricación adecuada.

La temperatura afecta el rendimiento del material de sellado y la viscosidad del fluido. Los materiales de sellado deben soportar el rango de temperatura de funcionamiento sin degradación ni expansión térmica excesiva.

La corrosión del fluido determina la selección del material de la cara del sello y del elastómero. Los materiales resistentes al ataque químico evitan fallas prematuras del sello.

La cristalización o la polimerización del fluido pueden afectar el rendimiento del sello. Es posible que se necesiten diseños de sellos especiales o sistemas de fluidos de barrera para evitar la acumulación en las superficies del sello.

Los fluidos abrasivos pueden requerir materiales de cara de sello más duros o diseños de sello especiales para minimizar el desgaste y extender la vida útil del sello.

Presión

La presión del proceso y la presión del fluido de barrera influyen en la selección de disposiciones de sellos mecánicos dobles. Las aplicaciones de alta presión requieren sellos en tándem, que resisten mejor el aumento de la tensión que las configuraciones cara a cara. Las presiones extremadamente altas requieren disposiciones espalda con espalda para una resistencia óptima a la presión.

Los escenarios de baja presión ofrecen más flexibilidad. Los acuerdos presenciales resultan rentables y más fáciles de mantener, lo que los hace adecuados para diversas industrias.

Temperatura

La temperatura del fluido de proceso y de la cámara de sellado influyen en la elección. Las altas temperaturas afectan los materiales de sellado, los lubricantes y el rendimiento general.

Las configuraciones en tándem con fluido de amortiguación más frío son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura. Esta configuración disipa el calor y protege el sello exterior de la tensión térmica. Las configuraciones en serie con fluido de barrera presurizado son excelentes en condiciones de temperatura extremas, ya que ofrecen una refrigeración y lubricación mejoradas para ambas caras del sello.

Las fluctuaciones de temperatura requieren consideración. Los cambios rápidos provocan choque térmico, lo que puede dañar los componentes del sello. Las configuraciones de cara a espalda con montaje flexible se adaptan a los ciclos térmicos de manera efectiva.

Velocidad

Las aplicaciones de alta velocidad por encima de las 3600 RPM requieren diseños de sellos equilibrados para mitigar las fuerzas centrífugas y mantener la estabilidad. Estos diseños minimizan la generación de calor y el desgaste.

Las operaciones a baja velocidad por debajo de las 1000 RPM permiten configuraciones de sellos más simples debido a fuerzas dinámicas reducidas. La lubricación y el enfriamiento adecuados son esenciales, ya que las velocidades más lentas pueden limitar la circulación del fluido en la cámara de sello.

Las aplicaciones de velocidad media entre 1000 y 3600 RPM ofrecen más flexibilidad en las opciones de disposición de los sellos. Tenga en cuenta la presión, la temperatura y las propiedades del fluido junto con la velocidad al seleccionar.

Adapte los materiales de la cara del sello y las cargas de los resortes a la velocidad de funcionamiento. Es posible que velocidades más altas requieran materiales de cara más duros y una tensión de resorte ajustada para mantener el contacto adecuado del sello sin un desgaste excesivo.

Restricciones de espacio

Las configuraciones cara a cara ocupan menos espacio axial, lo que las hace adecuadas para maquinaria compacta, pero requieren más espacio radial para los componentes del sello. Las configuraciones espalda con espalda necesitan más espacio axial, pero ofrecen ventajas en los requisitos de espacio radial, lo que las hace adecuadas para escenarios de espacio radial limitado. Las configuraciones en tándem exigen más espacio axial, lo que las hace inadecuadas para equipos con restricciones axiales estrictas.

Considere espacio para sistemas auxiliares, incluidas tuberías y depósitos de circulación de fluidos de barrera. Algunas configuraciones requieren sistemas de soporte extensos, lo que afecta las necesidades generales de espacio. Asegúrese de que haya suficiente espacio para las tareas de reemplazo y mantenimiento de sellos.

Costo

La inversión inicial debe equilibrarse con los gastos operativos a largo plazo. Los acuerdos cara a cara suelen tener costos iniciales más bajos, pero requieren un mantenimiento más frecuente. Las configuraciones consecutivas pueden tener costos iniciales más altos, pero ofrecen un mejor rendimiento y longevidad, lo que potencialmente reduce los costos generales con el tiempo.

Preguntas frecuentes

¿Con qué frecuencia se deben inspeccionar y mantener los sellos mecánicos dobles?

Los sellos mecánicos dobles deben inspeccionarse cada 3 a 6 meses y se les debe realizar un mantenimiento anual. Sin embargo, se deben seguir las recomendaciones de los fabricantes, ya que la frecuencia de inspección puede variar según el uso y las condiciones de funcionamiento.

¿Cuáles son los costos típicos asociados con la instalación de sellos mecánicos dobles?

Los costos de instalación de un sello mecánico doble suelen oscilar entre $1000 y $10 000+. Los precios varían según el tamaño del sello, los materiales, la complejidad y la mano de obra.

¿Es posible instalar sellos mecánicos dobles en equipos existentes?

Los sellos mecánicos dobles se pueden adaptar a equipos existentes, siempre que se tengan en cuenta factores de compatibilidad como el tamaño del eje, las dimensiones de la carcasa y el espacio disponible. Se recomienda una evaluación profesional para determinar la viabilidad para una maquinaria específica.