¿Qué es el sistema de enfriamiento con sello mecánico doble?

Un sistema de enfriamiento con sello mecánico doble es un componente crucial en la maquinaria industrial que evita fallas en los sellos y extiende la vida útil del equipo. Funciona haciendo circular un refrigerante entre dos sellos mecánicos, eliminando el calor y proporcionando lubricación.

Consecuencias de una refrigeración inadecuada

Distorsión térmica

La distorsión térmica en los sellos mecánicos dobles se produce cuando los sistemas de refrigeración no mantienen las temperaturas adecuadas. Una refrigeración inadecuada hace que las caras del sello se deformen o se deformen debido a una distribución desigual del calor. Esta deformación altera el espacio entre las caras del sello, lo que compromete su capacidad para mantener un sello hermético.

Las superficies deformadas aumentan las tasas de fugas y pueden provocar una falla total del sello. Una distorsión grave genera tiempos de inactividad costosos y pérdida de producto. La deformación crea fricción adicional, acelera el desgaste de las superficies del sello y reduce su vida útil.

Degradación de materiales

La refrigeración inadecuada en los sistemas de doble sello mecánico provoca la degradación del material. El calor excesivo acelera el desgaste de las superficies y los componentes del sello, lo que reduce su vida útil y su eficacia. Las altas temperaturas provocan la descomposición de los elastómeros, que pierden elasticidad y propiedades de sellado, lo que da lugar a fugas y posibles fallos del sistema.

En los materiales de las caras de sellado, como el carbono o el carburo de silicio, pueden producirse grietas y oxidación térmicas bajo condiciones de calor extremo, lo que pone en riesgo la integridad y el rendimiento del sello. Los componentes metálicos sufren alteraciones en sus propiedades metalúrgicas debido a la exposición prolongada al calor, lo que puede provocar deformaciones o debilitamientos. Los lubricantes se descomponen más rápidamente a altas temperaturas, lo que hace que pierdan sus propiedades protectoras y aumente la fricción entre las piezas móviles.

Fuga

La refrigeración inadecuada en los sistemas de sellos mecánicos dobles provoca fugas, lo que pone en peligro la integridad y la seguridad del equipo. La refrigeración insuficiente provoca el sobrecalentamiento de la cara del sello, lo que produce distorsión térmica y mayor desgaste. Este desgaste crea espacios entre las caras del sello, lo que permite que el fluido del proceso se escape.

Beneficios de un enfriamiento adecuado de los sellos

El lavado elimina el calor, lubrica las caras y evita la contaminación

El lavado eficaz en los sistemas de refrigeración con sello mecánico doble elimina el calor generado por la fricción entre las caras del sello. La rotación constante durante el funcionamiento del equipo genera calor que puede dañar los sellos y reducir su vida útil si no se controla. La circulación de fluido frío a través de la cámara del sello disipa activamente este calor, manteniendo las temperaturas de funcionamiento ideales.

El lavado lubrica las superficies de los sellos, lo que reduce la fricción y el desgaste. Esta lubricación prolonga la vida útil de los sellos y garantiza un funcionamiento suave. El fluido crea una película fina entre las superficies de los sellos, lo que les permite deslizarse entre sí sin contacto directo.

El lavado continuo evita la contaminación de la cámara de sellado. Los residuos y los fluidos de proceso pueden acumularse en el área del sello durante el funcionamiento del equipo. El lavado elimina estos contaminantes, manteniendo las caras del sello limpias y libres de partículas abrasivas que podrían causar un desgaste prematuro o fallas. Mantener un entorno limpio alrededor de los sellos protege su integridad y garantiza un rendimiento constante a lo largo del tiempo.

Permite el uso de materiales de cara de sello menos costosos

La refrigeración eficaz de los sellos en los sistemas de sellos mecánicos dobles permite ahorrar costos en la selección de materiales. La refrigeración adecuada de los sellos permite el uso de materiales de superficie menos costosos sin comprometer el rendimiento ni la confiabilidad.

Los materiales de alta gama, como el carburo de silicio o el carburo de tungsteno, se utilizan normalmente para las caras de los sellos debido a su resistencia al desgaste y sus propiedades térmicas. Estos materiales pueden ser costosos. Un sistema de refrigeración eficiente permite el uso de opciones más económicas, como el grafito de carbono o los materiales cerámicos para una o ambas caras de los sellos.

Los entornos de funcionamiento más fríos reducen la tensión térmica y el desgaste en las superficies de sellado, lo que permite que los materiales menos robustos funcionen adecuadamente. Este enfoque mantiene un buen rendimiento de sellado al tiempo que reduce la inversión inicial y los costos de reemplazo. Algunos materiales menos costosos pueden ofrecer mejores propiedades autolubricantes o una mayor compatibilidad química en ciertas aplicaciones.

Permite el funcionamiento en seco temporal sin sufrir daños

El enfriamiento eficaz en los sellos mecánicos dobles protege contra el funcionamiento en seco al mantener una película fina de fluido entre las caras del sello. Esta película actúa como una barrera cuando el fluido de proceso se agota, evitando el contacto directo y reduciendo la fricción. El sistema de enfriamiento permite un funcionamiento breve sin fluido de proceso, evitando daños inmediatos. El fluido de barrera enfriado continúa lubricando y enfriando las caras del sello, lo que brinda tiempo para solucionar los problemas.

Las industrias propensas a un funcionamiento en seco inesperado se benefician de esta característica. La eficiencia del sistema de enfriamiento disipa el calor generado durante el funcionamiento en seco. Las temperaturas más bajas reducen la distorsión térmica y la degradación del material de las caras del sello. El control de temperatura extiende la vida útil del sello y minimiza el riesgo de fallas catastróficas durante períodos cortos de funcionamiento en seco.

Tipos de sistemas de refrigeración de doble sello

Al considerar los sistemas de enfriamiento de doble sello, encontrará dos tipos principales: API Plan 52 y API Plan 53a. El API Plan 52 utiliza un fluido de amortiguación sin presión, que circula entre los sellos para proporcionar enfriamiento y lubricación. Por el contrario, el API Plan 53a emplea un fluido de barrera presurizado, que ofrece una protección mejorada contra la contaminación y las fugas de fluidos de proceso.

Plan Api 52 (Fluido tampón sin presión)

El Plan 52 de API proporciona refrigeración para sellos mecánicos dobles mediante un fluido amortiguador sin presión. Este sistema hace circular el fluido entre los sellos para eliminar el calor y lubricar las superficies de los sellos, lo que resulta ideal para aplicaciones en las que la contaminación del fluido de proceso no es un problema.

El sistema incluye un depósito lleno de líquido amortiguador, ubicado sobre la cámara de sellado. La circulación del líquido se produce a través del efecto termosifón o un anillo de bombeo. A medida que el sello interior genera calor, calienta el líquido amortiguador, lo que hace que suba al depósito. Luego, el líquido se enfría y regresa a la cámara de sellado, lo que crea un ciclo continuo.
El Plan API 52 ofrece rentabilidad y fácil mantenimiento, pero no es adecuado para aplicaciones de alta presión o cuando es necesaria una prevención total de fugas en el proceso.

Para aplicaciones de alta presión o situaciones que requieren una prevención absoluta de fugas en el proceso, pueden resultar más adecuadas las alternativas presurizadas, como el Plan 53 o el Plan 54 de API. Estos planes ofrecen capacidades de sellado mejoradas y están diseñados para soportar condiciones operativas más exigentes.

Plan Api 53a (Fluido de barrera presurizado)

El Plan 53A emplea un sistema de fluido de barrera presurizado para evitar fugas de fluido de proceso. Este sistema mantiene una presión más alta en el fluido de barrera que en la cámara de sellado, lo que contiene de manera eficaz los fluidos peligrosos o tóxicos y protege la atmósfera.

Un depósito externo contiene el fluido de barrera, presurizado por un gas inerte, normalmente nitrógeno. La diferencia de presión impulsa la circulación del fluido de barrera entre el depósito y la cámara de sellado, facilitada por la acción de bombeo de las caras del sello.

La sencillez y fiabilidad del Plan 53A son sus principales ventajas. El sistema funciona sin componentes de circulación complejos ni bombas externas. Sin embargo, requiere un suministro constante de gas presurizador y controles periódicos de la calidad y el nivel del fluido de barrera.

Este plan resulta especialmente eficaz para aplicaciones que involucran materiales peligrosos, donde es fundamental evitar que se escape el fluido del proceso. El fluido de barrera presurizado actúa como protección, garantizando la contención y minimizando los riesgos ambientales y de seguridad.

Diferencias clave entre sistemas de circuito cerrado y circuito abierto

Las configuraciones de circuito cerrado y circuito abierto representan enfoques distintos en los sistemas de enfriamiento con sello mecánico doble. Los sistemas de circuito cerrado recirculan un volumen fijo de fluido de barrera, mientras que los sistemas de circuito abierto suministran fluido nuevo de manera continua.

Los sistemas de circuito cerrado proporcionan un control superior sobre la calidad y la temperatura del fluido. Ofrecen una mayor eficiencia en el consumo de fluido y mantienen una presión constante.

Los sistemas de circuito abierto proporcionan un suministro constante de fluido limpio y frío. Su implementación es más sencilla y requiere menos mantenimiento. Sin embargo, consumen más fluido y pueden no igualar las capacidades de control de presión de los sistemas de circuito cerrado.

Los sistemas de circuito cerrado son excelentes para procesos que exigen un control preciso y un consumo mínimo de fluidos. Los sistemas de circuito abierto son adecuados para aplicaciones que priorizan la calidad del fluido o con suministros de fluidos refrigerantes fácilmente disponibles.

Los sistemas de circuito cerrado son ideales para aplicaciones que requieren un control estricto de la temperatura, una presión constante y un consumo reducido de fluidos. Son ideales para fluidos de alto valor o procesos sensibles a la contaminación.

Consideraciones para la selección e implementación de un sistema de enfriamiento

Compatibilidad del líquido de descarga con el fluido de proceso y los materiales de sellado

Las propiedades químicas del líquido de lavado deben coincidir con las del fluido de proceso para evitar la contaminación y las reacciones no deseadas. Los fluidos incompatibles pueden provocar la hinchazón, la contracción o el deterioro de los componentes del sello.

La viscosidad, las propiedades térmicas y la lubricidad del líquido de lavado afectan la eficiencia de transferencia de calor y la lubricación de la superficie del sello. Se debe evaluar la estabilidad del líquido de lavado en condiciones de funcionamiento, incluidos los rangos de temperatura y presión.

Considere la composición química, las propiedades físicas y la estabilidad operativa del líquido de lavado. Evalúe su interacción con los fluidos de proceso y los materiales de sellado. Verifique sus capacidades de transferencia de calor y sus propiedades lubricantes. Asegúrese de que cumpla con las normas y regulaciones específicas de la industria.

Presión, temperatura, caudal y volumen del depósito requeridos

Los sistemas de refrigeración con doble sello mecánico requieren parámetros operativos específicos para un rendimiento óptimo. La presión en el sistema de refrigeración debe superar la presión del fluido de proceso en 1-2 bar para evitar la contaminación. El control de la temperatura dentro del rango recomendado por el fabricante, normalmente entre 20 y 50 °C, evita el choque térmico y garantiza una lubricación adecuada.

El caudal afecta la eficiencia de eliminación de calor y la lubricación de la superficie del sello. Calcule el caudal requerido en función de la carga térmica y el tamaño del sello, generalmente entre 1 y 5 l/min. El volumen del depósito afecta la estabilidad del sistema y la capacidad de disipación de calor. Dimensione el depósito para permitir la expansión térmica y proporcionar una capacidad de enfriamiento suficiente, generalmente entre 20 y 50 litros para la mayoría de las aplicaciones.

Presión y temperatura de la cámara de sellado

Mantenga la presión de la cámara de sellado por encima de la presión del fluido de proceso para evitar fugas. Manténgala entre 1 y 2 bares por encima de la presión del proceso. Esta presión diferencial positiva mantiene la película de fluido entre las caras del sello y evita que el fluido de proceso ingrese a la cámara de sellado.

Mantenga la temperatura de la cámara de sellado dentro de los límites operativos del sello para evitar daños en las caras del sello y en los sellos secundarios. El sistema de enfriamiento debe eliminar eficazmente el calor generado por la fricción de las caras del sello y el fluido de proceso. Mantenga una temperatura entre 10 y 20 °C por debajo de la temperatura operativa máxima del sello.

Disposición y orientación del sello

La disposición y la orientación de los sellos influyen en la selección del sistema de enfriamiento para sellos mecánicos dobles. Las configuraciones en tándem colocan ambos sellos en la misma dirección con fluido de barrera entre ellos. Esta configuración requiere una menor capacidad de enfriamiento pero una mayor presión para una lubricación adecuada de la cara del sello. Las configuraciones espalda con espalda colocan los sellos en direcciones opuestas, lo que crea una distribución equilibrada de la presión. Exigen un enfriamiento robusto pero ofrecen una protección mejorada contra fugas de fluido de proceso.

La orientación del sello afecta el diseño del sistema de enfriamiento. Las orientaciones verticales requieren consideraciones especiales para la circulación y ventilación del fluido. Las orientaciones horizontales requieren medidas para garantizar una distribución uniforme del medio de enfriamiento.

Instrumentación para Monitoreo y Control

Los manómetros controlan la presión de la cámara de sellado y del fluido de barrera, detectando desviaciones de las condiciones normales de funcionamiento. Los sensores de temperatura rastrean la temperatura del fluido de barrera para evitar el sobrecalentamiento.

Los medidores de flujo miden la velocidad de circulación del fluido de barrera, lo que garantiza una refrigeración y lubricación adecuadas. Los indicadores de nivel en el depósito controlan los niveles del fluido de barrera y detectan posibles fugas.

Disponibilidad y costo del suministro de líquido de lavado

El análisis de costos debe incluir la compra inicial, el suministro continuo y los gastos de tratamiento. Considere el volumen requerido para su aplicación para proyectar con precisión los costos a largo plazo. El reciclaje o la recirculación del líquido de lavado puede reducir el consumo y los gastos, en particular en el caso de los costosos fluidos especializados. Sin embargo, evalúe los posibles ahorros frente a los costos adicionales de mantenimiento y equipamiento de los sistemas de recirculación.

La calidad del agua afecta el rendimiento y la longevidad del sello. Evalúe la dureza del agua local, los niveles de pH y el contenido de contaminantes. Implemente métodos de filtración o tratamiento adecuados para cumplir con las especificaciones del fabricante del sello. Incluya estos costos en su presupuesto general.

Tenga en cuenta las normas ambientales y los requisitos de eliminación del líquido de descarga elegido. Algunos líquidos pueden requerir un manejo o tratamiento especial antes de su eliminación, lo que afecta los costos y procedimientos operativos. Investigue las normas locales para garantizar el cumplimiento y evitar posibles multas.

Preguntas frecuentes

¿Con qué frecuencia se debe realizar el mantenimiento o inspección del sistema de enfriamiento?

El mantenimiento del sistema de refrigeración debe realizarse trimestralmente. Las tareas incluyen la limpieza de filtros, la comprobación de los niveles de líquido y la detección de fugas. Ajuste la frecuencia en función de la intensidad de uso del sistema.

¿Es posible modernizar los sistemas de enfriamiento con sello mecánico doble en equipos existentes?

Los sistemas de enfriamiento con sello mecánico doble a menudo se pueden adaptar a equipos existentes, dependiendo del diseño de la máquina y el espacio disponible.

¿Cuáles son las temperaturas de funcionamiento típicas de los sistemas de enfriamiento con sello mecánico doble?

Los sistemas de enfriamiento con sello mecánico doble generalmente funcionan a temperaturas entre 100 y 150 °F (38 y 65 °C). Estas temperaturas se mantienen por debajo de los límites de calor de la cara del sello para garantizar un rendimiento óptimo y la longevidad de los sellos del equipo.

¿Existen refrigerantes ecológicos disponibles para estos sistemas?

Existen refrigerantes ecológicos disponibles para estos sistemas. Entre las opciones se incluyen soluciones a base de agua, fluidos biodegradables, mezclas de propilenglicol y refrigerantes aptos para uso alimentario.

¿Cómo afectan las fluctuaciones de presión al rendimiento del enfriamiento del sello mecánico doble?

Las fluctuaciones de presión afectan negativamente el rendimiento de refrigeración del sello mecánico doble. Provocan inestabilidad en la cara del sello, lo que genera un mayor desgaste y posibles fugas.