Teoria Basica de Sellos Mecanicos
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Objetivo General del curso:
El participante explicará el funcionamiento básico de los sellos mecánicos.
EJE
Fluido deProceso
Fuga
Atmósfera Pared del Recipiente
Problema Básico de Sellado:Prevenir las Fugas
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Sello Mecánico Básico
Fuga a travFuga a travéés de collar atornillado al ejes de collar atornillado al eje
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Sello Mecánico Básico
El OEl O--ring previene la fuga a travring previene la fuga a travéés del ejes del eje
El desgaste en esta El desgaste en esta áárea creara una fugarea creara una fuga
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Sello Mecánico Básico
El resorte asegura ajuste automEl resorte asegura ajuste automááticotico
Calor generado aquCalor generado aquííPaso de fugaPaso de fuga
ComponenteComponente grandegrande
Sello Mecánico Básico
OO’’ring o Empaquering o Empaque
Componente estacionario insertadoComponente estacionario insertado
Simplemente un sello mecánico es:1. Un elemento de sellado primario desgastable y
estacionario.
2. Un elemento de sellado primario desgastable y rotativo.
3. Elementos de sellado secundario.
4. Uno o varios elementos de empuje para mantener los elementos de sellado primario 1 y 2 en contacto permanente uno contra el otro, y por ultimo,
5. Componentes auxiliares para completar el sello mecánico.
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Sello Mecánico Básico
Sellado SecundarioSellado SecundarioSellado PrimarioSellado Primario
Sellado TerciarioSellado Terciario
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Sello Mecánico BásicoResorte (Fuerza del Resorte)Resorte (Fuerza del Resorte) Anillo Estacionario o AsientoAnillo Estacionario o Asiento
Cara de contacto o Anillo PrimarioCara de contacto o Anillo Primario
O’Ring
Eje
Asiento
Anillo PrimarioAro Retenedor
Anillo Anti-ExtrusionO-Ring
DiscoResorteRetenedor
Prisionero
Ejemplo de un sello completo.
Sellado Primario
Mayor presiMayor presióón en el din en el diáámetro externometro externoMantiene las caras cerradasMantiene las caras cerradas
El fluido es forzado entre las caras para lubricarEl fluido es forzado entre las caras para lubricarLos resortes mantienen las caras cerradas Los resortes mantienen las caras cerradas
cuando no hay presicuando no hay presióónn
AsientoAsientoAnillo Anillo PrimarioPrimario
Resortes
No - vaporizante Vaporizante
Paralela Convergente Divergente
Separación entre caras (0.5 a 3 micrones)
Forma:
Claridad:
Fluido:
La interfase de sellado.
Componentes del Sello• Caras de Contacto
• Dispositivos de Empuje (resortes, fuelles)
• Elementos Sellantes Secundario y Terciario
• Mecanismo de Arrastre
La mayoría de los sellos poseen caras planas. Para conseguir el grado de planitud necesario se recurre a un proceso de LAPEADO.
Sección Transversal Vista Frontal
Anillo PrimarioAsiento
Componentes del Sello
• Caras de Contacto
Planas, Paralelas(Sellos de caras contactantes lubricadas y no lubricadas)
Planas, No-Paralelas(Sellos para aplicaciones de
altas presiones o velocidades)
Hydropads(Sellos de caras contactantes
para fluidos vaporizantes)
Ranuras en Espiral(Sellos de caras no
contactantes lubricadas por gas)
Componentes del Sello
• Caras de Contacto
Planas, Paralelas
Planas, No-Paralelas
Hydropads
Ranuras en Espiral
Hidrostática Hidrodinámica
• Caras de Contacto
Componentes del Sello
• Dispositivos de Empuje– Suministran la fuerza inicial de cierre.
– Su funcionamiento se hace más crítico a bajas presiones.
– Cuando se utilizan resortes a altas presiones disminuye su carácter de elemento crítico.
Componentes del Sello
• Dispositivos de Empuje– Resorte Helicoidal Único
– Múltiples Resortes Helicoidales
– Fuelle
– Resorte de Ondas
Componentes del Sello
• Resorte Helicoidal Único– Espiras con alambre de sección transversal grande,
más resistente al ataque por corrosión.
– Carga No-Uniforme en las caras del sello.
– Tendencia a dañarse por acción de la fuerza centrífuga.
– Gran longitud axial.
– No pueden ser rotados bidireccionalmente
Componentes del Sello
• Múltiples Resortes Helicoidales– Carga uniforme en las caras del sello.
– Un mismo resorte puede usarse en diferentes tamaños de sellos.
– Se puede aumentar o disminuir la carga.
– Mejor resistencia a la fuerza centrífuga.
– Pequeña sección del alambre incrementa la sensibilidad a la corrosión.
– Se atascan fácilmente con líquidos muy viscosos y con partículas abrasivas.
Componentes del Sello
Componentes del Sello
• Fuelle
– Comportamiento de Resorte.
– Sujeto a los mismos modos de falla de un resorte.
– Fatiga debido a vibración.
– Constante de resorte lineal en su longitud de operación. No necesita escalón en el eje o camisa.
– Actúa como un sello dinámico.
– Transmite el torque del collar de arrastre a la cara rotativa.
• Dispositivos de Empuje
– Se utilizan Sellos con dispositivos de empuje estacionarios para aplicaciones a altas velocidades. (Mayores de 4500 ft/min)
Componentes del Sello
Componentes de los Sellos:Elemento Sellante Secundario
• Tres formas básicas– O-rings– Empaques de PTFE
• Cuñas• Chevrones• O´rings cargados• O´rings recubiertos
– Fuelles• Elastoméricos• Metálicos
– Conformados– Soldados soldadura
perimetral o axial
• De PTFE
• Dos grupos– Empujados
• O´rings• Empaques de PTFE
– No empujados• Fuelles
Fuelle de Teflón
FuelleElastomérico
Media Convolución
Fuelle de Metal Soldado
Anillosen V
Copa en U Cuña O Ring
Encapsulado O Ring
Elemento Sellante Secundario
Empaque Secundario: Fuelle Elastomérico
No hay contactoNo hay contacto
El fuelle ElastomEl fuelle Elastoméérico se adhiere al ejerico se adhiere al eje
• Mecanismos de Arrastre
– Deben Transmitir Torque
– Deben permitir movimiento axial (Anillo Primario)
Componentes del Sello
Dentado
Con Aletas
Resortes
ConPrisioneros
Con retenedor(snap ring)
Fuelle Elastómerico
Con Cuña
Mecanismos de Arrastre
Con Pin
Arrastre por Resorte
Resorte Izquierdo o Derecho?Resorte Izquierdo o Derecho?Regla del pulgar!Regla del pulgar!
Tipos de Sellos• Empuje
– Monoresortes– Multiresortes
• No empuje– Fuelle elastomérico– Fuelle de teflon– Fuelle metálico soldado en la periferia o
axialmente– Fuelle metálico conformado
Empuje No Empuje
El O-ring como sellante secundario debe deslizarse sobre el eje o camisa tanto como se desplace el eje o se desgasten las caras de contacto.
El fuelle como sellante secundario debe expandirse para compensar el desplazamiento del eje o el desgaste de las caras de contacto.
vs.
Empuje vs. No Empuje
Tipos de Sellos
• No Balanceados– Monoresortes– Multiresortes– Fuelle elastomérico– Fuelle de teflón
• Balanceados– Monoresortes– Multiresortes– Fuelle elastomérico– Fuelle metálico soldado– Fuelle metálico conformado
La relación de Balanceo es utilizada para controlar el balance de fuerzas entre las caras.
Fuerza de Cierre Fuerza de Apertura
Sello Balanceado vs. No-Balanceado• Relación de Balanceo
La relación de balanceo se define como el cociente entre el área de cierre y el área de apertura.
A cA a
Relación de Balanceo = Area de Cierre
Area de Apertura
• Relación de Balanceo
Sello Balanceado vs. No-Balanceado
Línea de Balanceoa cero presión.
Relación deBalanceo < 1
Los sellos de fuelle metálico se definen como “inherentemente” balanceados. La relación de balanceo se incrementa a mayores presiones.
• Relación de BalanceoSello Balanceado vs. No-Balanceado
Tipos de Sellos
• De caras contactantes lubricadas por película líquida.
• De caras contactantes no lubricadas.
• De caras no contactantes lubricadas por gas.
inyección de nitrógeno a 2 bar d / 30 psi d sobre la presión de la caja del sello
Rotación de ejeHoraria
Rotación de ejeAnti-Horaria
LADO EXTERNOATMOSFERA
LADOINTERNOPROCESO
Tipos de Sellos: Sello de caras no contactantes lubricadas por gas
Sello tipo 2800
Rotación de ejeHoraria
Diámetro externo
Diámetro Interno
de la caraopuesta
DiámetroInterno
de la ranura
ranura espiral
Zona de expansión
Asiento Rotativo
Sello de caras no contactantes lubricadas por gas
Efecto hidrodinámico significativo dentro de la ranuraPresión máxima obtenida P3Caída lineal de presión a través de la zona de expansión
CompresiónExpansión
FC=FA FC
Fuerza de Cierre
R P
R = Carga del Resorte P = Presión Hidráulica
FA
Fuerza de Apertura
Distribución de Presión
de la películade Gas
P3
Zona de Expansión
Ranuras
Perfil de presiones de los sellos de caras no contactantes lubricadas por gas
Arreglos
• Sencillo– Montado Internamente– Montado Externamente
• Dual– Cara contra cara– Espalda contra espalda– Cara contra espalda (Tandem)
PRIMERA LETRA: Balanceo HidráulicoB = BalanceadoU = No Balanceado
SEGUNDA LETRA: Configuración del SelloS = SencilloD = DobleT = Tandem
TERCERA LETRA: Configuración de la BridaP = PlanaT = Con Venteo y DrenajeA = Con Enjuague
CUARTA LETRA: Material Sellos Secundarios Tabla 1
QUINTA LETRA: Material Caras de Contacto Tabla 2
Código API 610
TABLA 1 (Cuarta Letra): Material de Sellos Secundarios
Código API 610
GRAFITOS/ESPGRAFITOPerfluoro -elastomero
BUNATEFLONFluoro-elastomero
TEFLONEN SELLO
SPIRAL WS/ESPGRAFITOPerfluoro –elastomero
BUNATEFLONFluoro -elastomero
Fluoro -elastomero
EN ASIENTO
ZXRIHGFE
S/ESPCARBURO SILICIO
CARBURO SILICIO
CARBURO SILICIO
CARBURO TUGNSTENO
C/NIQUEL
CARBURO TUGNSTENO C/COBALTO
ASIENTO
S/ESPCARBURO SILICIO
CARBURO TUGNSTENO
C/NIQUEL
CARBONCARBONCARBONANILLO PRIMARIO
XPONML
TABLA 2 (Quinta Letra): Material de Caras
Identificación de Sellos Mecánicos. Códigos API 682 2da Edición
De acuerdo con este estándar los sellos mecánicos pueden ser descritos de manera general usando una codificación de cuatro segmentos, el primer segmento es una letra “C” acompañada por el número de la categoría, el segundo una letra “A” acompañada por el número del arreglo, el tercero una letra con el tipo de sello y el cuarto los números que indican los planes de lubricación y protección.
C1 A1 A 11categoría
arregloPlan API
tipo