DEFINICIÓN DE SISTEMA DE EMPAQUETADURA

El sistema de estanqueidad es la parte del agitador que consigue aislar la atmósfera interior del reactor o depósito de la del exterior, por eso es sumamente importante su elección, teniendo muy en cuenta las condiciones de trabajo más desfavorables durante el proceso y el producto (incluso vapores) al cual está destinado.

ELEMENTOS DE UN SELLO MECÁNICO

Generalmente, los sellos mecánicos constan de:

� Un anillo sellador giratorio, que gira solidario al eje de la máquina. Este anillo suele ser de carbón.

� Un anillo sellador estacionario metálico, unido a la carcasa de la máquina. � Unos resortes o muelles, que presionan el anillo giratorio contra el sello estacionario.

DISEÑO DE CIERRES MECÁNICOS.Un cierre mecánico consta de un anillo que gira con el eje mantenido por la presiónde un muelle contra anillo o asiento estacionario que suele ser de carbón.El eje a la salida precisa de unas ciertas tolerancias para evitar fricciones con lacarcasa, por lo que a través del espacio así originado una fracción del líquidobombeado se va a derramar al exterior, siendo necesaria una cierta hermeticidadentre el eje y la carcasa, que se consigue mediante el cierre mecánico o laempaquetadura.La parte rotatoria del cierre y la estacionaria, tienen unas superficies de contactoperfectamente pulimentadas para que exista una holgura del orden de cien milésimasde milímetro. La parte giratoria se suele hacer de acero inoxidable.Las dos partes se deben mantener siempre muy juntas para evitar la acumulación deóxidos, polvo, etc.El cierre, figura 35, consta de dos partes, una fija, solidaria a la carcasa con juntas deestanqueidad, y otra giratoria solidaria al eje.55Las partes fija y móvil se hallan en contacto, friccionando la cara móvil sobre la fija;este contacto entre caras da lugar a la hermeticidad del sistema.La fuerza que ejerce la cara móvil sobre la fija viene dada por la presión del líquidoen la cámara de cierre. La hermeticidad a bomba parada se consigue mediante uno ovarios muelles.

ELEMENTOS QUE FORMAN UN SISTEMA DE EMPAQUETADURA

Las formas más simples de empaquetaduras están formadas por varios anillos de un

material flexible insertados dentro de una cámara circular que se llama caja deempaquetaduras, figura 33. Un anillo circular que se mantiene mediante pernos

ajustables, ejerce presión contra los anillos, apretándolos fuertemente contra el eje.

FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE EMPAQUETADURA

Para una empaquetadura, uno o másAnillos son dispuestos dentro de la caja deSellado y comprimidos axialmente con una

Brida. Un pequeño espacio de forma cilíndricaSe forma entre el diámetro interior de los anillos

de empaquetadura y el rotor, con lo cual laPresión a sellar es reducida a lo largo de este

espacio hasta el nivel de la presión atmosférica.El fluido contenido en la máquina o bien un

fluido externo más limpio fluye a través de esteespacio lubricando y enfriando las superficies

de contacto y fugando en forma líquida ogaseosa a la atmósfera.

TIPOS DE SELLOS MECÁNICOS

Los sellos mecánicos se clasifican en sellos internos o externos. En ambos casos, elprincipio de funcionamiento es el mismo que se ha expuesto anteriormente.

A. Sellos internosLos sellos internos se instalan con todos los componentes selladores expuestos al

líquido de proceso, es decir, al líquido que circula por la bomba.La figura 8 muestra un sello mecánico interno. El cierre se produce por el gran ajuste

que se produce entre le anillo sellador giratorio y el anillo sellador estático.Además, el sello incorpora dos juntas (anillos), que contribuyen al cierre.

B. Sellos externosEl principio de funcionamiento es el mismo que en los sellos internos, sólo se

diferencian en que los componentes selladores están protegidos del fluido del proceso.

CLASIFICACIÓN DE LOS SELLOS MECÁNICOS.

2.3. A. ALTA VELOCIDAD.El factor velocidad decide el método en que se debe montar el cierre y a tal objeto se

aconseja:a) Cabezal rotativo (disposición normal) hasta 3.500 rpm.

b) Cabezal estacionario (disposición invertida) hasta 10.000 rpm.c) Cierres especiales para servicio de gas hasta aproximadamente 7.500

rpm.d) Para velocidades aún más altas se aconsejan materiales como el

carburo de tungsteno, que tiene la propiedad de ser autopulidor y bajocoeficiente de rozamiento

2.3. B. LÍQUIDOS VISCOSOS.Presentan dos problemas:

a) Dificultades para mantener la película líquida entre las caras que rozanb) Atascamiento del o de los muelles.

Para prevenir estos inconvenientes, se aconseja:

1) Reducir a la mitad el espesor de la cara de carbón cuando la viscosidadsupere los 1.500 segundos Reedwood.

2) Caras invertidas o cierres especiales para servicios pesados cuando laviscosidad supere los 3.000 segundos Reedwood.

3) Cierres montados externamente y con asientos calentados mediantevapor.

4) Cierre de muelle único

Disoluciones.

Una disolución lleva consigo tres problemas esenciales:a) En el caso de cabezales rotativos (disposición normal), las caras que

rozan drenan hacia el exteriorb) En el caso de cabezales estacionarios (disposición invertida),

cristalización entre las caras que rozanc) Tendencia al agarrotamiento de las caras

Antes de hacer una recomendación, es importante conocer con exactitud si ladisolución es sobresaturada y contiene sólidos en suspensión o si es diluida y el

líquido es limpio.A título indicativo, para soluciones acuosas, se sugiere:

1) Cierre simple para concentraciones al 20% y temperaturas de unos20ºC (solución fría) o concentraciones al 10% y temperaturas

superiores a 80ºC (soluciones calientes).2) Cierre doble para concentraciones superiores al 20%.

Sólidos en suspensión.

En estos casos se aconsejan las siguientes soluciones:a) Cierres simples con caras de carbón y cerámica, y con recirculación

desde la impulsión, cuando se trate de concentraciones inferiores al 5%en peso y solamente cuando la cámara del cierre esté

sobredimensionada.b) Inyección exterior de líquido entre las caras

c) Separador ciclónico.d) Cierre con muelle único.

e) Cierre montado externamente en baño de aceite, de agua o bien delíquido compatible.

f) Cierre doble con líquido refrigerante de flushing a una presión de 2 a 3kg/cm2

superior a la existente en la cámara del cierre.

Servicios de gas.

Como no es posible mantener la película líquida entre las caras, se prescriben enestos casos cierres dobles; el creciente empleo de estas aplicaciones ha sugerido la

construcción de cierres para gases.Por tener que funcionar en seco, dichos cierres están diseñados de manera que

puedan desprender rápidamente el calor, reduciendo al mínimo el desgaste.Para valores bajos del factor pV se pueden usar también cierres tipo estándar,

teniendo además en consideración las siguientes precauciones:

a) Cierres con anillos estacionarios enfriados y cargas de los muellesreducidas hasta aproximadamente la mitad (montados internamente).

b) Cierres equilibrados con carga de los muelles hasta aproximadamentela mitad (montados externamente).

2.3. C. CIERRES MECÁNICOS PARA ALTAS Y BAJAS TEMPERATURAS

El problema de los cierres mecánicos son las juntas; el material de la junta que másalta temperatura soporta es el Perfluoroelastomer que llega a 280ºC. Para bajastemperaturas la silicona es el elemento óptimo, pues puede soportar los -120ºC.

Trabajar fuera de estos límites de temperaturas implica cierres de ejecución distintosa los convencionales, para evitar la complicación de intercalar circuitos de

refrigeración o de calefacción en la línea de recirculación del cierre, o bien cancelartodo tipo de inyección exterior (quench).

Existen cierres especiales que pueden operar a temperaturas del orden de 400ºC demáxima y -180ºC de mínima, que se construyen eliminando las juntas

convencionales. La ventaja de estos cierres es que no requieren líquido sellador, loque simplifica notablemente la instalación.

En algunos casos se instala un sistema de refrigeración de la caja del cierre poragua, para evitar la formación de la fase de vapor entre las caras del cierre como

consecuencia de las altas temperaturas.Si el producto maneja partículas abrasivas, se puede optar por instalar un sistema de

inyección proveniente de la descarga de la bomba, intercalando un separadorciclónico.

Otra solución sería la inyección exterior de un líquido, compatible con el de bombeo.Para evitar las coquizaciones se puede prever la inyección exterior de un líquido de

arrastre.

TIPOS DE FALLAS.El término de falla se plantea cuando un componente o equipo ha perdido la

capacidad de satisfacer un criterio de funcionamiento deseado, ya sea en cantidad ocalidad.

Las fallas son la razón de ser del mantenimiento, debido a que a éste le correspondeprevenirlas y corregirlas para aumentar la disponibilidad del equipo.

LAS CAUSAS MÁS COMUNES DE FALLAS EN LOS SELLOS MECÁNICOS SON:

3.1. A. Manipulación Impropia de los Componentes del SelloEsta es una de las causas principales de fallas prematuras. Las caras del sellado

primario tienen un acabado de precisión y están manufacturadas con materiales decerámica, carburo de tungsteno y carburo de silicio que son frágiles y fácilmente seastillan, se agrietan, se quiebran o se rayan y se convierten en causa inmediata de

falla.La limpieza también es algo importante, la suciedad o partículas extrañas en las

caras, en los elementos del sellado secundario o en los alojamientos y ejes causanuna falla prematura o causan un daño suficiente que acorta la vida del sello.

3.1. B. Montaje Incorrecto del SelloLa posición a la altura de trabajo del sello es básico, particularmente cuando la

altura-carga-velocidad, como en los resortes ondulados y fuelles, son empleadospara cargar mecánicamente las caras. La altura de trabajo mal dada, causa una

fuerza de cierre muy baja provocando una falla de contacto entre ellas, o cuando laaltura es menor a la especificada provocará una carga mayor que ocasiona una

fractura de los componentes del sello o un desgaste prematuro derivado del aumento

de la fuerza de cierre en las caras.Otras causas comunes son la omisión de la colocación de los elementos del selladosecundario, un alineamiento inapropiado de las caras del sello con el eje y la caja, oun apriete inapropiado de la brida. La falla del sello es provocado por una distorsión

en las caras de contacto o una falla de paralelismo entre ellas.

3.1. C. Selección Impropia del DiseñoSelección de materiales o diseños no apropiados, para las presiones, temperaturas,

velocidad angular y productos químicos en una aplicación dada. El ataque químico alsellado primario o secundario y el excesivo desgaste de las caras son las causas de

fallas más frecuentes. Las fallas por extrusión del sellado secundario ocurren cuandolos límites de presión, temperatura o ambos son excedidos.

3.1. D. Procedimientos Impropios de Arranque y de OperaciónFactores adversos que afectan al sello, es decir, presión, velocidad del fluido y

temperatura ocasionan una falla inmediata o causan el daño suficiente para reducir lavida normal del sello. El medio en el cual trabajan los sellos mecánicos requiere

considerar dos cuestiones básicas:a. Lubricación de las caras de contacto

b. Disipación del calor generado por ellasEl arranque de la bomba con la succión de la bomba cerrada reduce enormemente elenfriamiento del sello y provocará que el sello gire en seco, requiriendo estos casosde un equipo adicional. Los fluidos que tienen un bajo punto de ebullición o un alto

punto de fusión requieren un enfriamiento auxiliar o calentamiento, respectivamenteantes y durante la operación del sello.

Los fluidos que contienen sólidos disueltos o sin disolver, o que son rápidamentedescompuestos u oxidados, pueden a su vez requerir controles de temperatura.

3.1. E. Contaminantes dentro del fluidoSon causas muy comunes de una falla inicial en los sellos, especialmente en losarranques de nuevas plantas o sistemas donde el fluido está contaminado con

materiales de construcción, tales como arena, escorias de soldaduras o productoscontaminantes corrosivos en general.

3.1. F. Malas condiciones del equipoCuando el eje o los rodamientos del eje permiten un movimiento axial

o radial mayor al permitido de acuerdo al diseño del sello, provoca un funcionamientoanormal que permite la fuga inmediata o acorta la vida del sello.