O que são selos de gás secos

No reino de máquinas rotativas, a vedação eficaz de gases de processo é de extrema importância para garantir desempenho e confiabilidade ideais. Selos de gás seco surgiram como uma solução de vedação amplamente adotada, oferecendo vantagens distintas sobre selos tradicionais lubrificados a líquido.

Esta postagem do blog se aprofunda nas complexidades dos selos de gás secos, explorando seu design, princípios operacionais e aplicações em vários setores industriais.

O que são selos de gás secos

Os selos de gás secos são um tipo de vedação sem contato selo mecânico comumente usado em compressores centrífugos para evitar vazamento de gás de processo ao longo do eixo rotativo. Essas vedações operam sem a necessidade de lubrificação líquida, em vez disso, confiando em uma fina película de gás para manter uma folga entre as superfícies de vedação. Essa separação é obtida por meio de uma combinação de ranhuras nos anéis de acoplamento e as forças hidrodinâmicas geradas pela rotação do eixo.

Selos de gás secos oferecem várias vantagens sobre selos úmidos tradicionais (lubrificados a óleo), incluindo menor consumo de energia, risco de contaminação reduzido e eficiência de compressor melhorada. Eles são amplamente usados em várias indústrias, como processamento de petróleo e gás, plantas petroquímicas e aplicações de transporte de gás.

Componentes de selos de gás seco

• Anel Rotativo: O anel rotativo é fixado ao eixo do compressor e apresenta uma face usinada com precisão com um padrão de ranhura em espiral. Este padrão ajuda a gerar a força de elevação hidrodinâmica necessária para manter a folga entre as superfícies de vedação durante a operação.
• Anel Estacionário: O anel estacionário é montado no alojamento do selo e tem uma face de vedação lisa que se encaixa no anel giratório. Ele é tipicamente feito de um material duro e resistente ao desgaste, como carboneto de silício ou carboneto de tungstênio, para suportar as duras condições operacionais.
• Sistema de suprimento de gás de vedação: O sistema de suprimento de gás de vedação fornece um gás limpo e seco (geralmente nitrogênio) a uma pressão precisamente controlada para a cavidade de vedação. Este gás é essencial para criar a película fina entre as faces de vedação e evitar a contaminação do gás do processo. O sistema de suprimento de gás de vedação normalmente inclui filtros, reguladores de pressão e válvulas de controle de fluxo para manter o ambiente de vedação ideal.

Além desses componentes primários, as vedações de gás secas também incorporam elementos de vedação secundários, como anéis de vedação e juntas, para evitar vazamentos entre os componentes estacionários.

Como funcionam as vedações a gás seco

Selos de gás seco operam no princípio da tecnologia de selagem sem contato, tipo gap. A ação de selagem é obtida por meio de uma fina película de gás pressurizado que flui entre as faces de selagem precisamente fabricadas, criando uma barreira que previne vazamentos.

O gás de vedação de alta pressão é injetado na interface de vedação por meio de portas no anel estacionário. Conforme o gás entra na lacuna entre os anéis rotativos e estacionários, ele se expande e cria um perfil de pressão nas faces de vedação. Esse perfil de pressão gera uma força de abertura que separa as faces por uma pequena lacuna, normalmente medindo alguns mícrons.

A rotação do eixo e do anel giratório acoplado gera um efeito hidrodinâmico dentro do filme de gás. Esse efeito faz com que a pressão do gás aumente radialmente para fora, criando uma vedação estável e sem contato entre os componentes giratórios e estacionários.

Para manter a folga de vedação ideal, as vedações de gás seco dependem do equilíbrio entre a força de abertura gerada pelo gás pressurizado e a força de fechamento exercida pelas molas de vedação e o diferencial de pressão nas faces da vedação. O sistema de suprimento de gás de vedação fornece continuamente gás limpo e seco a uma pressão ligeiramente maior do que o gás de processo para garantir a vedação positiva e evitar contaminação.

O gás vazado do selo primário é coletado na câmara do selo secundário e ventilado com segurança ou reciclado de volta para o compressor.

Tipos de selos de gás seco

Selos de gás secos vêm em várias configurações para atender a diferentes requisitos de aplicação. Os três principais tipos de selos de gás secos são selos simples, selos tandem e selos duplos opostos.

Selos Únicos

Selos de gás secos simples consistem em um único conjunto de anéis rotativos e estacionários. Esses selos são normalmente usados em aplicações com diferenciais de pressão mais baixos e condições operacionais menos exigentes. Selos simples são mais compactos e econômicos em comparação a outros tipos de selos de gás secos.

O gás de vedação é introduzido entre os anéis rotativos e estacionários, criando uma película fina que impede o contato direto entre as superfícies. Esta película mantém uma folga estável, permitindo uma vedação eficiente e minimizando o desgaste dos componentes.

Selos Tandem

Selos de gás secos tandem apresentam dois conjuntos de anéis rotativos e estacionários dispostos em série. Esta configuração fornece uma camada adicional de proteção e redundância, tornando os selos tandem adequados para aplicações mais críticas ou ambientes com diferenciais de pressão mais altos.

Em um arranjo de vedação tandem, a vedação primária funciona como o elemento de vedação principal, enquanto a vedação secundária serve como um backup. Se a vedação primária falhar ou apresentar vazamento excessivo, a vedação secundária assume para manter a integridade da vedação do sistema.

O gás de vedação é fornecido para as vedações primária e secundária, garantindo um desempenho de vedação consistente e confiável. As vedações tandem oferecem maior segurança e confiabilidade, pois podem continuar operando mesmo se um conjunto de componentes de vedação falhar.

Selos Duplos Opostos

Selos de gás secos opostos duplos consistem em dois conjuntos de anéis rotativos e estacionários dispostos em uma configuração oposta. Neste arranjo, as faces de vedação são posicionadas costas com costas, com o gás de vedação fornecido entre elas.

O design oposto das vedações duplas permite o balanceamento de pressão, o que ajuda a minimizar as forças axiais que atuam nos componentes de vedação.

O fluxo de gás de vedação em vedações duplas opostas é gerenciado por uma série de portas e canais dentro do alojamento da vedação. Isso garante uma distribuição uniforme do gás de vedação e ajuda a manter uma interface de vedação estável entre os componentes rotativos e estacionários.

Selos duplos opostos fornecem excelente eficiência de vedação e são capazes de lidar com diferenciais de pressão mais altos em comparação com selos simples e tandem. Eles são comumente usados em aplicações exigentes, como compressores e bombas de alta pressão, onde o desempenho confiável de vedação é crítico.

Vantagens dos selos de gás seco

Confiabilidade aprimorada

Selos de gás seco oferecem confiabilidade significativamente maior em comparação aos métodos de selagem tradicionais. O design sem contato dos selos de gás seco minimiza o desgaste, reduzindo o risco de falha e estendendo a vida operacional do selo.

Eficiência melhorada

As vedações de gás secas operam com uma folga menor entre os componentes rotativos e estacionários, resultando em menor vazamento e melhor eficiência de vedação.

Custos de manutenção mais baixos

A natureza sem contato dos selos de gás seco reduz o atrito e o desgaste, minimizando a necessidade de manutenção frequente e substituições de peças. Essa vantagem leva a menores custos de manutenção ao longo da vida útil do equipamento, bem como a redução do tempo de inatividade associado às atividades de manutenção do selo.

Benefícios ambientais

Selos de gás seco fornecem uma solução de vedação mais limpa e ecologicamente correta em comparação aos selos tradicionais à base de óleo. Ao usar gás inerte como meio de vedação, os selos de gás seco eliminam o risco de vazamento de óleo e contaminação, ajudando a minimizar o impacto ambiental do equipamento.

Desvantagens dos selos de gás seco

Custo inicial mais alto

A tecnologia avançada e a fabricação de precisão necessárias para selos de gás secos geralmente resultam em um custo inicial mais alto em comparação aos métodos de vedação tradicionais.

Sensibilidade a contaminantes

Selos de gás seco são mais sensíveis a contaminantes no gás de vedação em comparação aos selos tradicionais. Partículas, líquidos ou outras impurezas no suprimento de gás podem danificar as faces de vedação, levando a falhas prematuras.

Faixa de temperatura limitada

Selos de gás seco têm uma faixa de temperatura operacional mais limitada em comparação a alguns métodos de selagem tradicionais. Os materiais usados em selos de gás seco podem não ser adequados para aplicações de temperatura extremamente alta ou baixa, restringindo seu uso em certas indústrias ou processos.

Aplicações de selos de gás seco

Compressores centrífugos

Selos de gás seco são amplamente usados em compressores centrífugos, particularmente na indústria de petróleo e gás. Eles fornecem vedação confiável e eficiente para aplicações de alta pressão e alta velocidade, garantindo desempenho ideal do compressor e minimizando vazamento de gás.

Turbomáquinas

Selos de gás seco encontram aplicações em várias turbomáquinas, como turbinas a vapor, turbinas a gás e expansores. Eles oferecem desempenho de vedação superior, perdas de atrito reduzidas e eficiência melhorada em comparação com tecnologias de vedação tradicionais.

Processamento petroquímico

Em plantas de processamento petroquímico, selos de gás seco são empregados em bombas, misturadores e outros equipamentos rotativos. Eles ajudam a manter a pureza do processo, previnem vazamento de fluidos perigosos ou valiosos e contribuem para a segurança e eficiência geral da planta.

Gases Industriais

Selos de gás seco são usados na produção, armazenamento e manuseio de gases industriais, como hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Seu design sem contato e compatibilidade com vários tipos de gás os tornam adequados para manter a integridade e a pureza dos gases durante todo o processo.