O que é o sistema de resfriamento de selo mecânico duplo

Um sistema de resfriamento de selo mecânico duplo é um componente crucial em máquinas industriais que previne falhas de selo e estende a vida útil do equipamento. Ele funciona circulando um refrigerante entre dois selos mecânicos, removendo calor e fornecendo lubrificação.

Consequências do resfriamento inadequado

Distorção térmica

A distorção térmica em selos mecânicos duplos ocorre quando os sistemas de resfriamento falham em manter as temperaturas adequadas. O resfriamento inadequado faz com que as faces do selo se deformem ou entortem devido à distribuição desigual de calor. Essa deformação altera a folga entre as faces do selo, comprometendo sua capacidade de manter uma vedação firme.

Faces empenadas levam a maiores taxas de vazamento e potencial falha completa da vedação. Distorção severa resulta em tempo de inatividade dispendioso e perda de produto. A deformação cria atrito adicional, acelerando o desgaste nas faces da vedação e reduzindo sua vida útil.

Degradação de materiais

O resfriamento inadequado em sistemas de selos mecânicos duplos leva à degradação do material. O calor excessivo acelera o desgaste nas faces e componentes do selo, reduzindo sua vida útil e eficácia. Altas temperaturas fazem com que os elastômeros se quebrem, perdendo elasticidade e propriedades de vedação, resultando em vazamentos e potenciais falhas do sistema.

Rachaduras térmicas e oxidação podem ocorrer em materiais de face de vedação como carbono ou carboneto de silício sob calor extremo, comprometendo a integridade e o desempenho da vedação. Componentes metálicos sofrem alterações nas propriedades metalúrgicas devido à exposição prolongada ao calor, potencialmente deformando ou enfraquecendo. Lubrificantes quebram mais rápido em altas temperaturas, perdendo qualidades protetoras e aumentando o atrito entre as peças móveis.

Vazamento

O resfriamento inadequado em sistemas de selos mecânicos duplos causa vazamento, comprometendo a integridade e a segurança do equipamento. O resfriamento insuficiente leva ao superaquecimento da face do selo, resultando em distorção térmica e aumento do desgaste. Esse desgaste cria lacunas entre as faces do selo, permitindo que o fluido do processo escape.

Benefícios do resfriamento adequado do selo

A descarga remove o calor, lubrifica os rostos e previne a contaminação

A descarga eficaz em sistemas de resfriamento de selo mecânico duplo remove o calor gerado pelo atrito entre as faces do selo. A rotação constante durante a operação do equipamento cria calor que pode danificar os selos e reduzir sua vida útil se não for verificado. A circulação de fluido frio pela câmara do selo dissipa ativamente esse calor, mantendo as temperaturas operacionais ideais.

A descarga lubrifica as faces do selo, reduzindo o atrito e o desgaste. Essa lubrificação estende a vida útil do selo e garante uma operação suave. O fluido cria uma película fina entre as faces do selo, permitindo que elas deslizem uma contra a outra sem contato direto.

A descarga contínua previne a contaminação da câmara de vedação. Detritos e fluidos de processo podem se acumular na área de vedação durante a operação do equipamento. A descarga varre esses contaminantes, mantendo as faces da vedação limpas e livres de partículas abrasivas que podem causar desgaste prematuro ou falha. Manter um ambiente limpo ao redor das vedações protege sua integridade e garante desempenho consistente ao longo do tempo.

Permite o uso de materiais de vedação de superfície menos dispendiosos

O resfriamento efetivo do selo em sistemas de selos mecânicos duplos permite oportunidades de economia de custos na seleção de materiais. O resfriamento adequado do selo permite o uso de materiais de face menos caros sem comprometer o desempenho ou a confiabilidade.

Materiais de ponta como carboneto de silício ou carboneto de tungstênio são normalmente usados para faces de vedação devido à sua resistência ao desgaste e propriedades térmicas. Esses materiais podem ser caros. Um sistema de resfriamento eficiente permite o uso de opções mais econômicas como grafite de carbono ou materiais cerâmicos para uma ou ambas as faces de vedação.

Ambientes operacionais mais frios reduzem o estresse térmico e o desgaste nas faces de vedação, permitindo que materiais menos robustos tenham um desempenho adequado. Essa abordagem mantém um bom desempenho de vedação enquanto reduz o investimento inicial e os custos de substituição. Alguns materiais menos caros podem oferecer melhores propriedades autolubrificantes ou maior compatibilidade química em certas aplicações.

Permite funcionamento a seco temporário sem danos

O resfriamento eficaz em selos mecânicos duplos protege contra o funcionamento a seco, mantendo uma fina película de fluido entre as faces do selo. Esta película atua como uma barreira quando o fluido do processo está baixo, evitando contato direto e reduzindo o atrito. O sistema de resfriamento permite uma operação breve sem fluido do processo, evitando danos imediatos. O fluido de barreira resfriado continua a lubrificar e resfriar as faces do selo, dando tempo para resolver problemas.

Indústrias propensas a funcionamento a seco inesperado se beneficiam desse recurso. A eficiência do sistema de resfriamento dissipa o calor gerado durante o funcionamento a seco. Temperaturas mais baixas reduzem a distorção térmica e a degradação do material das faces do selo. O controle de temperatura estende a vida útil do selo e minimiza o risco de falha catastrófica durante curtos períodos de funcionamento a seco.

Tipos de sistemas de refrigeração de vedação dupla

Ao considerar sistemas de resfriamento de vedação dupla, você encontrará dois tipos principais: API Plan 52 e API Plan 53a. O API Plan 52 utiliza um fluido tampão não pressurizado, que circula entre as vedações para fornecer resfriamento e lubrificação. Em contraste, o API Plan 53a emprega um fluido de barreira pressurizado, oferecendo proteção aprimorada contra vazamento e contaminação do fluido do processo.

Plano API 52 (Fluido tampão não pressurizado)

O API Plan 52 fornece resfriamento para selos mecânicos duplos usando um fluido de buffer não pressurizado. Este sistema circula fluido entre os selos para remover calor e lubrificar as faces do selo, ideal para aplicações onde a contaminação do fluido do processo não é uma preocupação.

A configuração inclui um reservatório cheio de fluido tampão, posicionado acima da câmara de vedação. A circulação do fluido ocorre por meio do efeito termossifão ou de um anel de bombeamento. Conforme a vedação interna gera calor, ela aquece o fluido tampão, fazendo com que ele suba para o reservatório. O fluido então esfria e retorna para a câmara de vedação, criando um ciclo contínuo.
O Plano API 52 oferece boa relação custo-benefício e fácil manutenção, mas não é adequado para aplicações de alta pressão ou quando é necessária a prevenção completa de vazamentos no processo.

Para aplicações de alta pressão ou situações que exigem prevenção absoluta de vazamento de processo, alternativas pressurizadas como API Plan 53 ou Plan 54 podem ser mais apropriadas. Esses planos oferecem capacidades de vedação aprimoradas e são projetados para lidar com condições operacionais mais exigentes.

Plano Api 53a (Fluido de Barreira Pressurizado)

O Plano 53A emprega um sistema de fluido de barreira pressurizado para evitar vazamento de fluido de processo. Este sistema mantém uma pressão mais alta no fluido de barreira do que na câmara de vedação, contendo efetivamente fluidos perigosos ou tóxicos e protegendo a atmosfera.

Um reservatório externo contém o fluido de barreira, pressurizado por um gás inerte, tipicamente nitrogênio. O diferencial de pressão aciona a circulação do fluido de barreira entre o reservatório e a câmara de vedação, facilitado pela ação de bombeamento das faces de vedação.

A simplicidade e a confiabilidade do Plan 53A são suas principais vantagens. O sistema opera sem componentes de circulação complexos ou bombas externas. No entanto, ele requer um suprimento consistente de gás pressurizador e verificações regulares de qualidade e nível do fluido de barreira.

Este plano se mostra particularmente eficaz para aplicações envolvendo materiais perigosos, onde a prevenção de escape de fluido de processo é primordial. O fluido de barreira pressurizado atua como uma salvaguarda, garantindo a contenção e minimizando riscos ambientais e de segurança.

Principais diferenças entre sistemas de malha fechada e de malha aberta

Configurações de circuito fechado e circuito aberto representam abordagens distintas em sistemas de resfriamento de selo mecânico duplo. Sistemas de circuito fechado recirculam um volume fixo de fluido de barreira, enquanto sistemas de circuito aberto fornecem fluido fresco continuamente.

Sistemas de circuito fechado fornecem controle superior sobre a qualidade e temperatura do fluido. Eles oferecem eficiência aprimorada no consumo de fluido e mantêm pressão consistente.

Os sistemas de circuito aberto fornecem um suprimento constante de fluido limpo e frio. Sua implementação é mais simples e requer menos manutenção. No entanto, eles consomem mais fluido e podem não corresponder às capacidades de controle de pressão dos sistemas de circuito fechado.

Sistemas de malha fechada se destacam em processos que exigem controle preciso e consumo mínimo de fluido. Sistemas de malha aberta atendem a aplicações que priorizam a qualidade do fluido ou com suprimentos de fluido de resfriamento prontamente disponíveis.

Os sistemas de circuito fechado beneficiam aplicações que exigem controle rígido de temperatura, pressão consistente e consumo reduzido de fluidos. Eles são bem adequados para fluidos de alto valor ou processos sensíveis à contaminação.

Considerações para selecionar e implementar um sistema de resfriamento

Compatibilidade do líquido de descarga com fluido de processo e materiais de vedação

As propriedades químicas do líquido de descarga devem se alinhar com o fluido do processo para evitar contaminação e reações indesejadas. Fluidos incompatíveis podem causar inchaço, encolhimento ou deterioração dos componentes do selo.

Viscosidade, propriedades térmicas e lubricidade do líquido de descarga afetam a eficiência da transferência de calor e a lubrificação da face do selo. A estabilidade do líquido de descarga sob condições operacionais, incluindo faixas de temperatura e pressão, deve ser avaliada.

Considere a composição química, as propriedades físicas e a estabilidade operacional do líquido de descarga. Avalie sua interação com fluidos de processo e materiais de vedação. Verifique suas capacidades de transferência de calor e propriedades de lubrificação. Certifique-se de que ele atenda aos regulamentos e padrões específicos do setor.

Pressão, temperatura, vazão e volume do reservatório necessários

Os sistemas de resfriamento de selo mecânico duplo exigem parâmetros operacionais específicos para desempenho ideal. A pressão no sistema de resfriamento deve exceder a pressão do fluido do processo em 1-2 bar para evitar contaminação. O controle de temperatura dentro da faixa recomendada pelo fabricante, normalmente 20-50°C, evita choque térmico e garante lubrificação adequada.

A vazão afeta a eficiência da remoção de calor e a lubrificação da face do selo. Calcule a vazão necessária com base na carga de calor e no tamanho do selo, geralmente entre 1-5 L/min. O volume do reservatório impacta a estabilidade do sistema e a capacidade de dissipação de calor. Dimensione o reservatório para acomodar a expansão térmica e fornecer capacidade de resfriamento suficiente, geralmente 20-50 litros para a maioria das aplicações.

Pressão e temperatura da câmara de vedação

Mantenha a pressão da câmara de vedação mais alta do que a pressão do fluido do processo para evitar vazamentos. Mantenha-a 1-2 bar acima da pressão do processo. Essa pressão diferencial positiva mantém o filme de fluido entre as faces da vedação e evita que o fluido do processo entre na câmara de vedação.

Mantenha a temperatura da câmara de vedação dentro dos limites operacionais da vedação para evitar danos às faces da vedação e às vedações secundárias. O sistema de resfriamento deve remover efetivamente o calor gerado pelo atrito da face da vedação e pelo fluido do processo. Mantenha uma temperatura de 10-20°C abaixo da temperatura máxima operacional da vedação.

Disposição e orientação do selo

O arranjo e a orientação do selo influenciam a seleção do sistema de resfriamento para selos mecânicos duplos. As configurações em tandem posicionam ambos os selos na mesma direção com fluido de barreira entre eles. Esta configuração requer menos capacidade de resfriamento, mas maior pressão para lubrificação adequada da face do selo. Os arranjos costas com costas colocam os selos em direções opostas, criando uma distribuição de pressão equilibrada. Eles exigem resfriamento robusto, mas oferecem proteção aprimorada contra vazamento de fluido do processo.

A orientação do selo afeta o design do sistema de resfriamento. Orientações verticais precisam de considerações especiais para circulação e ventilação de fluidos. Orientações horizontais exigem medidas para garantir uma distribuição uniforme do meio de resfriamento.

Instrumentação para Monitoramento e Controle

Os manômetros monitoram as pressões da câmara de vedação e do fluido de barreira, detectando desvios das condições normais de operação. Os sensores de temperatura rastreiam a temperatura do fluido de barreira para evitar superaquecimento.

Os medidores de vazão medem a taxa de circulação do fluido de barreira, garantindo resfriamento e lubrificação adequados. Os indicadores de nível no reservatório monitoram os níveis do fluido de barreira e detectam vazamentos potenciais.

Disponibilidade e custo do fornecimento de líquido de descarga

A análise de custos deve incluir a compra inicial, o fornecimento contínuo e as despesas de tratamento. Considere o volume necessário para sua aplicação para projetar com precisão os custos de longo prazo. Reciclar ou recircular o líquido de descarga pode reduzir o consumo e as despesas, principalmente para fluidos especializados caros. No entanto, pondere as economias potenciais em relação aos custos adicionais de equipamento e manutenção para sistemas de recirculação.

A qualidade da água afeta o desempenho e a longevidade do selo. Avalie a dureza da água local, os níveis de pH e o conteúdo de contaminantes. Implemente métodos de filtragem ou tratamento apropriados para atender às especificações do fabricante do selo. Fatore esses custos em seu orçamento geral.

Considere as regulamentações ambientais e os requisitos de descarte para o líquido de descarga escolhido. Alguns fluidos podem exigir manuseio ou tratamento especial antes do descarte, impactando os custos e procedimentos operacionais. Pesquise as regulamentações locais para garantir a conformidade e evitar multas potenciais.

Perguntas frequentes

Com que frequência o sistema de arrefecimento deve ser mantido ou inspecionado?

A manutenção do sistema de resfriamento deve ocorrer trimestralmente. As tarefas incluem limpeza de filtros, verificação de níveis de fluidos e detecção de vazamentos. Ajuste a frequência com base na intensidade de uso do sistema.

Os sistemas de resfriamento com selo mecânico duplo podem ser adaptados a equipamentos existentes?

Os sistemas de resfriamento com selo mecânico duplo geralmente podem ser adaptados aos equipamentos existentes, dependendo do design da máquina e do espaço disponível.

Quais são as temperaturas operacionais típicas para sistemas de resfriamento de selo mecânico duplo?

Os sistemas de resfriamento de selo mecânico duplo normalmente operam entre 100-150°F (38-65°C). Essas temperaturas são mantidas abaixo dos limites de calor da face do selo para garantir desempenho ideal e longevidade dos selos do equipamento.

Existem refrigerantes ecológicos disponíveis para esses sistemas?

Líquidos de arrefecimento ecológicos estão disponíveis para esses sistemas. As opções incluem soluções à base de água, fluidos biodegradáveis, misturas de propilenoglicol e líquidos de arrefecimento de grau alimentício.

Como as flutuações de pressão afetam o desempenho do resfriamento do selo mecânico duplo?

Flutuações de pressão afetam negativamente o desempenho de resfriamento do selo mecânico duplo. Elas causam instabilidade da face do selo, resultando em maior desgaste e vazamento potencial.