¿Qué es un sello laberíntico y cómo funciona?

Las fugas de fluidos y gases en maquinaria rotativa pueden provocar fallas catastróficas y tiempos de inactividad. Los sellos laberínticos controlan eficazmente estas fugas en la turbomáquina al crear un camino tortuoso para limitar el flujo de fluido. Estos sellos sin contacto constan de un elemento rotativo con dientes y un elemento estacionario con cavidades que trabajan juntos para reducir significativamente las fugas.

Esta publicación de blog proporciona una descripción general completa de los sellos laberínticos, explicando su función, componentes clave y los diferentes tipos disponibles.

¿Qué es un sello de laberinto?

Un sello laberíntico es un tipo de sello mecánico sin contacto que se utiliza para controlar las fugas y reducir el desgaste en equipos rotatorios como turbinas, compresores y bombas. Consiste en una serie de ranuras o canales de diseño intrincado que crean un camino tortuoso para el fluido o gas, restringiendo eficazmente el flujo sin contacto directo entre los componentes rotatorios y estacionarios.

Cómo funcionan los sellos laberínticos

El mecanismo de sellado principal de un sello laberíntico se basa en la creación de una serie de caídas de presión a medida que el fluido atraviesa los complejos pasajes laberínticos. A medida que el fluido ingresa al sello laberíntico, encuentra una serie de dientes o aletas alternadas en las superficies del rotor y el estator. Estos dientes están mecanizados con precisión para mantener una pequeña holgura entre los componentes giratorios y estacionarios. A medida que el fluido fluye a través de los estrechos pasajes, experimenta expansiones y contracciones repentinas, lo que genera turbulencia y cizallamiento del fluido.

Los cambios repetidos en la dirección del flujo y la turbulencia que los acompaña hacen que el fluido pierda velocidad y presión en cada etapa del laberinto. Esta caída de presión crea un efecto de sellado, minimizando la cantidad de fluido que puede filtrarse a través del sello. Cuanto más intrincado sea el recorrido del laberinto y mayor sea el número de etapas de sellado, mayor será la eficiencia del sellado.

Componentes de un sello laberíntico

Elemento giratorio (rotor)

El rotor es el componente dinámico del sello, que normalmente está unido o integrado al eje giratorio. Cuenta con una serie de salientes o dientes que se extienden radialmente hacia afuera y forman un lado del recorrido del laberinto.

Elemento estacionario (estator)

El estator es la parte no giratoria del sello, generalmente montado dentro de la carcasa del equipo. Incorpora ranuras o canales correspondientes que coinciden con el perfil del rotor, creando el intrincado camino laberíntico.

Tipos de sellos laberínticos

Sellos laberínticos de paso recto

En este diseño, los dientes o aletas del rotor y del estator están alineados en una trayectoria recta, perpendicular al eje de rotación. A medida que el fluido pasa a través de cada constricción creada por los dientes, experimenta una caída de presión y un aumento de velocidad, lo que reduce las fugas. Los diseños de paso recto son más sencillos de fabricar y son adecuados para aplicaciones con menores diferenciales de presión.

Sellos de laberinto escalonados

Los sellos laberínticos escalonados tienen dientes o aletas que están desplazados entre sí, lo que crea un camino más tortuoso para que el fluido navegue. El fluido debe cambiar de dirección varias veces a medida que pasa a través del sello, lo que reduce aún más su presión y velocidad. Este diseño proporciona un mejor rendimiento de sellado en comparación con los sellos de paso recto y es el preferido para aplicaciones con mayores diferenciales de presión o requisitos de fugas más estrictos.

Material de los sellos laberínticos

1. Torlon PAI (Poliamida-imida):Torlon PAI es un termoplástico de alto rendimiento con excelente resistencia mecánica, rigidez y estabilidad térmica. Ofrece buena resistencia al desgaste, la fluencia y el ataque químico, lo que lo hace adecuado para sellos laberínticos en entornos exigentes. Los sellos laberínticos Torlon PAI pueden funcionar a temperaturas de hasta 275 °C (527 °F) y se utilizan comúnmente en las industrias aeroespacial, de petróleo y gas y de procesamiento químico.
2. PEEK (polieteretercetona):El PEEK es un termoplástico semicristalino conocido por sus excepcionales propiedades mecánicas, resistencia química y estabilidad térmica. Los sellos laberínticos fabricados con PEEK pueden soportar temperaturas de hasta 250 °C (482 °F) y ofrecen una excelente resistencia al desgaste. Los sellos de PEEK se utilizan a menudo en entornos de alta temperatura, alta presión y químicamente agresivos, como los que se encuentran en las industrias del petróleo y el gas, química y aeroespacial.
3. Vespel PI (Poliimida):Vespel PI es un material de poliimida de alto rendimiento que ofrece una estabilidad térmica, resistencia química y estabilidad dimensional excepcionales. Los sellos laberínticos fabricados con Vespel PI pueden funcionar a temperaturas de hasta 300 °C (572 °F) y brindan una excelente resistencia al desgaste y baja fricción. Estos sellos se utilizan comúnmente en aplicaciones industriales aeroespaciales, de semiconductores y de alta temperatura.
4. Fluorosint (PTFE mejorado):Fluorosint es un material de politetrafluoroetileno (PTFE) mejorado que combina las propiedades de baja fricción y resistencia química del PTFE con una resistencia mecánica y una resistencia al desgaste mejoradas. Los sellos laberínticos fabricados con Fluorosint pueden funcionar a temperaturas de hasta 260 °C (500 °F) y brindan un excelente rendimiento de sellado en entornos químicamente agresivos. Estos sellos se utilizan a menudo en las industrias de procesamiento químico, alimentos y bebidas y farmacéutica.