¿Qué son los sellos de gas secos?

En el ámbito de la maquinaria rotativa, el sellado eficaz de los gases de proceso es de suma importancia para garantizar un rendimiento y una fiabilidad óptimos. Los sellos de gas secos han surgido como una solución de sellado ampliamente adoptada, que ofrece claras ventajas sobre los sellos lubricados con líquido tradicionales.

Esta publicación de blog profundiza en las complejidades de los sellos de gas seco, explorando su diseño, principios operativos y aplicaciones dentro de varios sectores industriales.

¿Qué son los sellos de gas secos?

Los sellos de gas seco son un tipo de sellos sin contacto. sello mecánico Se utilizan comúnmente en compresores centrífugos para evitar fugas de gas de proceso a lo largo del eje giratorio. Estos sellos funcionan sin necesidad de lubricación líquida, sino que dependen de una fina película de gas para mantener un espacio entre las superficies de sellado. Esta separación se logra mediante una combinación de ranuras en los anillos de acoplamiento y las fuerzas hidrodinámicas generadas por la rotación del eje.

Los sellos de gas secos ofrecen varias ventajas sobre los sellos húmedos tradicionales (lubricados con aceite), entre ellas, un menor consumo de energía, un menor riesgo de contaminación y una mayor eficiencia del compresor. Se utilizan ampliamente en diversas industrias, como el procesamiento de petróleo y gas, las plantas petroquímicas y las aplicaciones de transporte de gas.

Componentes de los sellos de gas seco

• Anillo giratorio: el anillo giratorio está unido al eje del compresor y presenta una cara mecanizada con precisión con un patrón de ranuras en espiral. Este patrón ayuda a generar la fuerza de elevación hidrodinámica necesaria para mantener el espacio entre las superficies de sellado durante el funcionamiento.
• Anillo estacionario: el anillo estacionario está montado en la carcasa del sello y tiene una superficie de sellado lisa que se acopla con el anillo giratorio. Generalmente está hecho de un material duro y resistente al desgaste, como carburo de silicio o carburo de tungsteno, para soportar las duras condiciones de funcionamiento.
• Sistema de suministro de gas de sellado: El sistema de suministro de gas de sellado proporciona un gas limpio y seco (normalmente nitrógeno) a una presión controlada con precisión a la cavidad del sello. Este gas es esencial para crear la película fina entre las caras de sellado y evitar la contaminación del gas de proceso. El sistema de suministro de gas de sellado normalmente incluye filtros, reguladores de presión y válvulas de control de flujo para mantener el entorno de sellado óptimo.

Además de estos componentes primarios, los sellos de gas seco también incorporan elementos de sellado secundarios, como juntas tóricas y juntas, para evitar fugas entre los componentes estacionarios.

Cómo funcionan los sellos de gas seco

Los sellos de gas seco funcionan según el principio de la tecnología de sellado sin contacto, de tipo hueco. La acción de sellado se logra mediante una fina película de gas presurizado que fluye entre las caras del sello fabricadas con precisión, creando una barrera que evita las fugas.

El gas de sellado a alta presión se inyecta en la interfaz del sello a través de los puertos del anillo estacionario. A medida que el gas ingresa en el espacio entre los anillos giratorio y estacionario, se expande y crea un perfil de presión a lo largo de las caras de sellado. Este perfil de presión genera una fuerza de apertura que separa las caras por un pequeño espacio, que normalmente mide unos pocos micrones.

La rotación del eje y del anillo giratorio acoplado genera un efecto hidrodinámico dentro de la película de gas. Este efecto hace que la presión del gas aumente radialmente hacia afuera, creando un sello estable y sin contacto entre los componentes giratorios y estacionarios.

Para mantener el espacio de sellado óptimo, los sellos de gas seco dependen del equilibrio entre la fuerza de apertura generada por el gas presurizado y la fuerza de cierre ejercida por los resortes del sello y la diferencia de presión en las caras del sello. El sistema de suministro de gas de sellado proporciona continuamente gas limpio y seco a una presión ligeramente superior a la del gas de proceso para garantizar un sellado positivo y evitar la contaminación.

El gas filtrado del sello primario se recoge en la cámara del sello secundario y se ventila o recicla de manera segura dentro del compresor.

Tipos de sellos de gas seco

Los sellos de gas seco vienen en varias configuraciones para adaptarse a los diferentes requisitos de aplicación. Los tres tipos principales de sellos de gas seco son sellos simples, sellos en tándem y sellos opuestos dobles.

Sellos individuales

Los sellos de gas secos simples constan de un solo conjunto de anillos giratorios y estacionarios. Estos sellos se utilizan normalmente en aplicaciones con diferenciales de presión más bajos y condiciones de funcionamiento menos exigentes. Los sellos simples son más compactos y rentables en comparación con otros tipos de sellos de gas secos.

El gas de sellado se introduce entre los anillos giratorios y estacionarios, creando una película fina que evita el contacto directo entre las superficies. Esta película mantiene un espacio estable, lo que permite un sellado eficiente y minimiza el desgaste de los componentes.

Sellos en tándem

Los sellos de gas seco en tándem cuentan con dos juegos de anillos giratorios y fijos dispuestos en serie. Esta configuración proporciona una capa adicional de protección y redundancia, lo que hace que los sellos en tándem sean adecuados para aplicaciones más críticas o entornos con mayores diferenciales de presión.

En una disposición de sello en tándem, el sello primario funciona como el elemento de sellado principal, mientras que el sello secundario sirve como respaldo. Si el sello primario falla o experimenta una fuga excesiva, el sello secundario asume el control para mantener la integridad del sellado del sistema.

El gas de sellado se suministra tanto a los sellos primarios como a los secundarios, lo que garantiza un rendimiento de sellado constante y confiable. Los sellos en tándem ofrecen mayor seguridad y confiabilidad, ya que pueden continuar funcionando incluso si falla un conjunto de componentes de sellado.

Sellos de doble oposición

Los sellos de gas seco de doble oposición constan de dos conjuntos de anillos giratorios y fijos dispuestos en una configuración opuesta. En esta disposición, las caras de sellado se colocan una detrás de la otra, con el gas de sellado suministrado entre ellas.

El diseño opuesto de los sellos dobles permite equilibrar la presión, lo que ayuda a minimizar las fuerzas axiales que actúan sobre los componentes de sellado.

El flujo de gas de sellado en los sellos opuestos dobles se gestiona a través de una serie de puertos y canales dentro de la carcasa del sello. Esto garantiza una distribución uniforme del gas de sellado y ayuda a mantener una interfaz de sellado estable entre los componentes giratorios y estacionarios.

Los sellos opuestos dobles brindan una excelente eficiencia de sellado y son capaces de manejar diferenciales de presión más altos en comparación con los sellos simples y en tándem. Se utilizan comúnmente en aplicaciones exigentes, como compresores y bombas de alta presión, donde el rendimiento de sellado confiable es fundamental.

Ventajas de los sellos de gas seco

Fiabilidad mejorada

Los sellos de gas seco ofrecen una confiabilidad significativamente mayor en comparación con los métodos de sellado tradicionales. El diseño sin contacto de los sellos de gas seco minimiza el desgaste, lo que reduce el riesgo de falla y extiende la vida útil del sello.

Mayor eficiencia

Los sellos de gas seco funcionan con una menor holgura entre los componentes giratorios y estacionarios, lo que reduce las fugas y mejora la eficiencia del sellado.

Costos de mantenimiento más bajos

La naturaleza sin contacto de los sellos de gas secos reduce la fricción y el desgaste, lo que minimiza la necesidad de mantenimiento frecuente y reemplazo de piezas. Esta ventaja genera menores costos de mantenimiento durante la vida útil del equipo, así como un menor tiempo de inactividad asociado con las actividades de mantenimiento de los sellos.

Beneficios ambientales

Los sellos de gas seco proporcionan una solución de sellado más limpia y respetuosa con el medio ambiente en comparación con los sellos tradicionales a base de aceite. Al utilizar gas inerte como medio de sellado, los sellos de gas seco eliminan el riesgo de fugas y contaminación de aceite, lo que ayuda a minimizar el impacto ambiental del equipo.

Desventajas de los sellos de gas seco

Mayor costo inicial

La tecnología avanzada y la fabricación de precisión requeridas para los sellos de gas seco a menudo resultan en un costo inicial más alto en comparación con los métodos de sellado tradicionales.

Sensibilidad a los contaminantes

Los sellos de gas seco son más sensibles a los contaminantes presentes en el gas de sellado en comparación con los sellos tradicionales. Las partículas, los líquidos u otras impurezas presentes en el suministro de gas pueden dañar las superficies de sellado, lo que provoca una falla prematura.

Rango de temperatura limitado

Los sellos de gas seco tienen un rango de temperatura de funcionamiento más limitado en comparación con algunos métodos de sellado tradicionales. Los materiales utilizados en los sellos de gas seco pueden no ser adecuados para aplicaciones de temperaturas extremadamente altas o bajas, lo que restringe su uso en ciertas industrias o procesos.

Aplicaciones de los sellos de gas seco

Compresores centrífugos

Los sellos de gas seco se utilizan ampliamente en compresores centrífugos, en particular en la industria del petróleo y el gas. Proporcionan un sellado confiable y eficiente para aplicaciones de alta presión y alta velocidad, lo que garantiza un rendimiento óptimo del compresor y minimiza las fugas de gas.

Turbomáquinas

Los sellos de gas secos se utilizan en diversas turbomáquinas, como turbinas de vapor, turbinas de gas y expansores. Ofrecen un rendimiento de sellado superior, menores pérdidas por fricción y una mayor eficiencia en comparación con las tecnologías de sellado tradicionales.

Procesamiento petroquímico

En las plantas de procesamiento petroquímico, se emplean sellos de gas seco en bombas, mezcladores y otros equipos rotativos. Ayudan a mantener la pureza del proceso, evitan fugas de fluidos peligrosos o valiosos y contribuyen a la seguridad y eficiencia generales de la planta.

Gases industriales

Los sellos de gas seco se utilizan en la producción, el almacenamiento y la manipulación de gases industriales, como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Su diseño sin contacto y su compatibilidad con varios tipos de gases los hacen adecuados para mantener la integridad y la pureza de los gases durante todo el proceso.