Sellos Mecanicos

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 centrífugas 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. Con estos hechos en mente, los diseñadores de sellos mecánicos tuvieron que tratar de producir un sello de tipo totalmente diferente con superficies de desgaste distintas a las superficies axiales de la flecha y la empaquetadura.

Esta forma de sello, llamada sello mecánico, es un invento nuevo comparado con los estoperos ordinarios, pero ya ha encontrado aceptación general en las aplicaciones de bombeo en las que los inconvenientes de los estoperos empacados han sido excesivos. En los campos en los que las cajas empacadas han dado buen servicio, sin embargo, han mostrado poca tendencia a reponerlas con sellos mecánicos.

Como tanto las cajas empacadas com los sellos mecánicos están sujetos a desgaste, ninguno de los dos es perfecto. Uno u otro da pruebas de ser mejor de acuerdo con la aplicación. En algunos campos ambos dan buen servicio, y escoger entre ellos se convierte en asunto de preferencia personal o costo inicial.

Principios de los sellos mecánicos
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.

la amplia variación en diseño de sellos deriva de los muchos métodos que se usan para dar flexibilidad a la montura de los sellos. Un sello mecánico es similar a un cojinete porque requiere un espacio libre de movimiento preciso con una película de líquido entre las caras. La lubricación y enfriamiento proporcionados por esta película reduce el desgaste como lo hace también la selección de materiales apropiados para las caras del sello.

Los sellos para bombas centrífugas no operan satisfactoriamente con aire o gas; si trabajan "secos", fallarán rápidamente. Los sellos pueden usarse en bombas que manejan líquidos que contienen sólidos si éstos se retienen para que no se metan entre las caras del sello o interfieran con la flexibilidad de la montura.

Comparación entre sellos internos y externos
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.

Comparación de sellos compensados y no compensados
La presión dentro de la bomba justamente adelante del sello mecánico tiende a mantener las caras de acoplamiento del sello interior juntas. En el diseño más sencillo, toda la presión interna actúa para cerrar las caras. Si el líquido manejado es un buen lubricante y las presiones no son excesivas, esta carga no será perjudicial. El diseño se conoce como el de sello sin compensar.

Generalmente, la aplicación de los sellos sin compensar está limitada a presión más bajas de 7 a 10,5 kg/cm2 y a líquidos con propiedades lubricantes iguales o mejores que la gasolina.

Cuando no se sigue este criterio, se ha encontrado que es preferible proporcionar las áreas sujetas a presión de modo que se reduzca la carga en las caras acopladas, proporcionando lo que se conoce como sello compensado. Aunque esos sellos se han aplicado con mucho éxito, para presiones internas bastante altas, no son especialmente apropiados para bajas presiones (menos de 3,5 kg/cm2) porque la fuerza de sello se reduce a un punto al que el contacto entre el par de caras puede no ser suficiente para hacer un sello adecuado.

Sellos dobles
Se pueden montar dos sellos mecánicos dentro de un estopero para hacer un conjunto de sello doble. Ese arreglo se usa para bombas que manejan líquidos tóxicos o altamente inflamables que no deben permitírseles escapar a la atmósfera. También son aplicables a bombas que manejan líquidos corrosivos o abrasivos a temperaturas muy altas o muy bajas. Se inyecta entre los dos sellos un líquido limpio, filtrado y generalmente inerte a una presión poco mayor que la de la bomba adelante del sello. Este líquido evita que el líquido bombeado se ponga en contacto con las partes del sello o escape a la atmósfera.

Diseños de sellos
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.

En una construcción de sellos típicos: El prensaestopas con su suplementos se ajusta dentro de la cubierta y constituye el miembro estacionario del conjunto de sello. Proporciona sello en dos puntos: (1) Entre el prensaestopas y la cara del estopero, por medio de juntas y (2) entre el suplemento del prensaestopas y la cara del anillo de sello, por contacto. El anillo de sello acoplado con una superficie de acero endurecido gira con la flecha y se sostienen contra el miembro estacionario por el anillo de compresión. Este último soporta unos resortes concéntricos que están conectados al extremo opuesto al collar, el que, a su vez está fijo a la flecha. El anillo de sello está provisto de un empaque en forma de anillo "O", que evita cualquier escurrimiento entre el anillo de sello y la flecha. Es esencial en ese sello que una cara esté montada en forma flexible para mantener las superficies en contacto completo con una flexión razonable de la flecha. Los resortes y un amplio espacio entre la flecha y el propio anillo de sello desempeñan este fin. Al mismo tiempo, el collar mantiene todas las otras partes giratorias del sello en posición apropiada.

El suplemento del prensaestopas que está en contracto con el anillo de sello está hecho de material resistente a la fricción. Cuando es necesario, puede diseñarse para lubricarse con otro líquido que no sea el que está bombeando.

Un sello mecánico típico con resortes de carga y fuelle de hule sintético. (A) sella contra el escurrimiento entre el elemento giratorio y la flecha; la cabeza es flexible y ajusta automáticamente por desgaste de la rondana y juego del extremo de la flecha. La arandela protectora (B) evita que el área flexible del fuelle se pegue a la flecha. La rondana selladora (C) tiene un empuje positivo a través de las partes metálicas y los sellos contra el asiento flotante estacionario (E). Las dos caras selladoras (D) están asentadas en la fábrica y proporcionan un sello contra el escurrimiento.

Para aplicaciones a temperaturas extremadamente altas o bajas (por ejemplo, la circulación de un refrigerante a temperatura sumamente baja), el sello de fuelle no es muy satisfactorio. Para este tipo de servicio se fabrica un sello de teflón. El soporte de metal fijo a la flecha con tornillos prisioneros proporciona un empuje positivo de la flecha a la rondana selladora de carbón por medio de abolladuras, que ajustan en ranuras correspondientes de la rondana. El sello entre la flecha y la rondana se obtiene por medio del anillo acuñado de teflón, que está previamente cargado por la acción de resorte se distribuye uniformemente con un disco de metal.

La cara realzada pulida de la rondana giratoria del sello se acopla contra la cara pulida con precisión del asiento estacionario para producir un sello hermético con fricción mínima por movimiento entre las caras. La presión del resorte mantienen las caras en contacto constante, proporcionando ajuste automático por el desgaste y el juego del extremo de la flecha. Un anillo de teflón actúa como sello estático entre el asiento estacionario y el juego longitudinal. Cuando este sello se aplica a bombas en servicio de vacío o que operan con alta elevación de succión, se suministra una alimentación de líquido lubricante por medio de una conexión Si el líquido se bombea limpio esta derivación puede conectarse a la descarga de la bomba.

Muchos fabricantes de bombas tienen líneas de bombas de un solo paso y succión por el extremo que pueden equiparse con sellos mecánicos en vez de la empaquetadura convencional. En muchos casos, se ofrecen esos sellos como una alternativa de construcción y se puede aplicar a las bombas sin cambios en e maquinado. Unos cuantos fabricantes construyen algunos tamaños de bombas normales sólo con sellos mecánicos, pero esa práctica hace menos flexible la línea de bombas.

Enfriamiento del sello
El enfriamiento de las caras del sello es importante para una vida satisfactoria del sello, y un sello instalado dentro de una bomba sin un flujo de líquido adecuadamente dirigido para su enfriamiento y lavado (por ejemplo, para evitar que se asiente material sólido en los resortes,) puede tener una alta frecuencia de fallas.

Se usan muchos métodos para proporcionar enfriamiento y lavado. Algunas veces todo lo que es necesario es dirigir una parte del líquido bombeado a las caras del sello. Cuando el líquido que se bombea no es apropiado para este fin, o cuando tiene que filtrarse primero, se debe proveer una circulación del exterior. Por lo tanto, las líneas normales de bombas arregladas para sellos mecánicos se construyen, generalmente, de tal manera que se pueda proporcionar cualquiera de los dos tipos de circulación.

En ambos métodos la circulación positiva y evita que haya incendio en las caras del sello, a causa del calor generado por éste, cuando la bomba maneja el líquido cerca de su punto de ebullición.

Cuando las temperaturas de bombeo llegan a 176,7 ºC, es conveniente proveer algunos medios para enfriar también la cámara que rodea al sello.

Limitaciones en la aplicación de sellos
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.

El sello mecánico tienen su lugar en las bombas centrífugas ya que evitará eficientemente el escurrimiento de los estoperos cuando se aplica correctamente en condiciones favorables.

Mantenimiento de sellos mecánicos
Los responsables del mantenimiento de las bombas que emplean sellos mecánicos deberán leer cuidadosamente las instrucciones del fabricante del sello para su operación y mantenimiento. Se deberá tener a mano una existencia adecuada de partes de repuesto (según el servicio y disponibilidad del equipo) para que el sello pueda repararse si falla.