Introducción a los sellos mecánicos para bombas centrífugas

El diseño convencional de estopero y empaquetadura de pasta son imprácticos para usarse como un método para sellar una flecha giratoria para muchas condiciones de servicio. En el estopero ordinario, el sello entre la flecha móvil o el manguito de la flecha y la porción estacionaria de la caja se obitene por medio de anillos de empaque forzados entre las dos superficies y sostenidos firmemente en su lugar por medio de un casquillo de prensaestopas. El escurrimiento alrededor de la flecha se controla únicamente apretando o aflojando las tuercas de los pernos del prensaestopas. Las supeficies realmente sellantes consisten de las superficies giratorias axiales de la flecha o manguito de la flecha y la empaquetadura estacionaria. Los intentos para reducir o eliminar cualquier escurrimiento de un estopero convencional aumentan la presión del prensaestopas. Las empaquetadura, siendo de naturaleza semiplástica, adapta su forma a la flecha con más precisión y tiende a reducir el escurrimiento. Después de un cierto punto, sin embargo, el escurrimiento continúa, sin importar qué tanto se aprietan los tornillos del prensaestopas. El caballaje de fricción aumenta rápidamente en este punto; el calor generado no se puede disipar adecuadamente; y el estopero deja de funcionar. Aun antes de que se alcance esta condición, los manguitos de flecha pueden desgastarse y rayarse severamente, de modo que se hace imposible empacar el estopero satisfactoriamente.

Estas características indeseables prohíben el uso de empaquetadura como el medio obturador entre las superficies giratorias si el escurrimiento debe mantenerse a un mínimo absoluto bajo presión severa. Esta condición, a su vez elimina automáticamente el uso de superficies de sello, porque el empaque semiplástico es el único material que puede hacerse que se apegue en su forma a la flecha y compense a su desgaste. Otro factor que hace insatisfactorios los estoperos para ciertas aplicaciones es el valor relativamente pequeño de lubricación de mucho líquidos que frecuentemente manejan las bombas centrifugas como propano y butano. Estos líquidos de hecho actúan como solventes de los lubricantes normalmente usados para impregnar la empaquetadura. Por lo tanto, se tiene que introducir en el farol de una caja empacada, aceite de sello para lubricar la empaquetadura y darle una vida razonable.
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Limitaciones en la aplicación de sellos para bombas centrifugas

La sustitución de sellos mecánicos en vez de cajas de estoperos empacadas no siempre es una panacea, y para algunos servicios el sello mecánico no es tan conveniente como la empaquetadura, incluyendo aquellos en los que las condiciones tienden a que en el líquido bombeado se formen cristales por cambios de temperaturas o asentamiento. Si se usan sellos mecánicos para esos servicios, es muy importante proporcionar lavado a chorro adecuado. Otra condición desfavorable para sellos mecánicos es un servicio de bombeo con largos periodos de suspensión, en los que la bomba puede hasta vaciarse. Los materiales flexibles que se usan en el sello se endurecen o puede ocurrir una ligera oxidación, causando, por lo tanto, que posiblemente se pegue el sello y se dañe al volver a trabajar. Finalmente, los sellos mecánicos están siempre sujetos a fallas en cualquier momento y éstas pueden ser más rápidas que las de la empaquetadura convencional. Si la empaquetadura falla, generalmente, puede mantenerse trabajando la bomba con ajustes temporales hasta que es conveniente pararla. Si un sello mecánico falla, la bomba debe pararse inmediatamente en casi todos los casos. Read more

Diseños de sellos para bombas centrifugas

Algunos fabricantes de sellos han considerado conveniente proveer al posible usuario con un servicio de ingeniería muy completo con objeto de asegurar que se dé a cada aplicación del análisis es la base esencial para el éxito de la aplicación de un sello mecánico, y los usuarios deben aprovechar las ventajas de ese servicio.

La operación de un sello mecánico se puede entender mejor refiriéndose a algunas unidades de normas comerciales. El siguiente estudio trata de las características generales de varios sellos mecánicos típicos. Se debe tener en mente, sin embargo, que cada problema de sello como cada problema de bombeo, es diferente. Cuando se desean resultados positivos y seguros, el sello mecánico se deberá diseñar específicamente y adaptarse a la unidad de que se trata. Debe mencionarse al mismo tiempo que el arte de diseñar sellos mecánicos puede ser todo, menos estático. La severidad de los problemas de nuevas aplicaciones por un lado y las recompensas que se obtienen con su solución satisfactoria por otro, han propiciado un proceso vital de continuo desarrollo entre un gran número de fabricantes de sellos. Debido a este crecimiento y mejoramiento continuos, las descripciones de los sellos llevan el riesgo de volverse inservibles en el poco tiempo que transcurre entre la preparación del manuscrito y la publicación del libro. Las siguientes descripciones, por lo tanto, son principalmente tendientes a ilustrar los principios básicos del diseño y operación de los sellos.
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Comparación entre sellos internos y externos para bombas centrifugas

Hay dos arreglos básicos de sellos. (1) El conjunto interior, en el que el elemento giratorio está situado dentro de la caja y está bombeando, y (2) el conjunto exterior, en el que el elemento giratorio está situado fuera de la caja. La presión del líquido en la bomba tiende a forzar la cara giratoria contra la estacionaria en el conjunto exterior. Pero tanto el conjunto exterior como el interior tienen tres puntos primarios en los cuales debe efectuarse el sello:

1. Entre el elemento estacionario y la cubierta
2. Entre el elemento giratorio y la flecha (o manguito de la flecha si usa)
3. Entre las superficies acopladas de los elementos giratorio y estacionario del sello.

Para obtener el primer sello se usan juntas convencionales o alguna forma anillo “O” de hule sintético. El escurrimiento entre el elemento giratorio y la flecha se elimina por medio de anillos “O”, fuelles, o alguna forma flexible de cuñas de empuje. El escurrimiento entre las superficies de acoplamiento no se puede eliminar completamente, pero puede reducirse a una cantidad insignificante manteniendo un contacto muy preciso entre estas superficies.
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Principios de los sellos mecánicos para bombas centrifugas

Aunque pueden diferir en varios aspectos físicos, todos los sellos mecánicos son fundamentalmente los mismos en principio. Las superficies obturadoras de todas clases están localizadas en un plano perpendicular a la flecha y, generalmente, consisten de dos superficies altamente pulidas que se deslizan una sobre otra, estando conectadas una a la flecha y la otra a la parte estacionaria de la bomba.

El sello completo se logra en los miembros fijos. Las superficies pulidas o sobrepuestas, que son de diferentes y se mantienen en contacto continuo por un resorte, forman un sello hermético entre los miembros giratorio y estacionario con pérdidas por fricción muy pequeñas. Cuando el sello es nuevo, el escurrimiento es despreciable y puede de hecho considerarse que no existe. (Para obtener una reducción de presión entre la presión interior y la atmosférica fuera de la bomba, se requiere que haya un flujo de fluido entre las dos superficies. Por ejemplo, este flujo puede ser una gota a pocos minutos de intervalo o una neblina de vapor que escapa – si se está manejando un líquido como propano-. Así aun cuando el escurrimiento sea inapreciable, hablando técnicamente, un sello mecánico giratorio no puede eliminarlo completamente.) Por supuesto, siempre ocurre algún desgaste, y se debe esperar un pequeño escurrimiento con el tiempo.
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Tipos de cojinetes para bombas centrífugas

La función de los cojinetes en las bombas centrifugas es mantener la flecha o rotor en correcto alineamiento con las partes estacionarias bajo la acción de cargas radiales y transversales. Aquéllos que le dan la colocación radial al rotor se conocen como cojinetes de alineación, mientras que aquéllos que sitúan el rotor axialmente se llaman cojinetes de empuje. En la mayoría de las aplicaciones los cojinetes de empuje en realidad sirven como cojinetes de empuje y de alineación.

Tipos de cojinetes que se usan
Se han usado todos los tipos de cojinetes en las bombas centrifugas. Aun el mismo diseño básico de bomba se hace con dos o más cojinetes diferentes, requeridos ya sea por las condiciones variables de servicio o por la preferencia del comprador.

Generalmente, se usan dos cojinetes exteriores para la bomba de uso general de doble admisión y un solo paso, uno a cada lado de la cubierta. Estos eran originalmente del tipo de babbit con lubricación de aceite, pero en años más recientes la mayoría de los fabricantes han cambiando a cojinetes resistentes a la fricción que usan lubricación de grasa o aceite.
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