Teoria Basica de Sellos Mecanicos

Teoría Básica de Sellos Mecánicos

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

Empaquetaduras

Empaquetaduras

Sello Mecánico

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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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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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El resorte asegura ajuste automEl resorte asegura ajuste automááticotico

Calor generado aquCalor generado aquííPaso de fugaPaso de fuga

ComponenteComponente grandegrande


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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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

Sellado Primario

Sellado Primario

No - vaporizante Vaporizante

Paralela Convergente Divergente

Separación entre caras (0.5 a 3 micrones)

Forma:

Claridad:

Fluido:

La interfase de sellado.

• Elementos Sellantes Secundario y Terciario– Estático– Dinámico

Sellado Secundario

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)



Planas, Paralelas

Planas, No-Paralelas

Hydropads

Ranuras en Espiral

Hidrostática Hidrodinámica



• 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.


• Dispositivos de Empuje– Resorte Helicoidal Único

– Múltiples Resortes Helicoidales

– Fuelle

– Resorte de Ondas


• 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


Resorte Helicoidal Único

• 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.


Múltiples Resortes Helicoidales


• 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.

Fuelle Metálico Soldado

Fuelle Metálico Conformado

• Dispositivos de Empuje

– Se utilizan Sellos con dispositivos de empuje estacionarios para aplicaciones a altas velocidades. (Mayores de 4500 ft/min)


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

O´ring o Junta Tórica

• Elemento Sellante Secundario– Sello de Empuje

Empaque Secundario: O´ring

Empaque Secundario: Cuña

Empaque Secundario: Chevron

Chevron o Empaque tipo V

Empaque Secundario: O´Ring Recubierto

Empaque Secundario: O´Ring Cargado

Empaque Secundario: Fuelle Elastomérico

No hay contactoNo hay contacto

El fuelle ElastomEl fuelle Elastoméérico se adhiere al ejerico se adhiere al eje

Empaque Secundario: Fuelle de Teflón

Empaque Secundario: Fuelle Metálico Soldado

Empaque Secundario: Fuelle Metálico Conformado

• Mecanismos de Arrastre

– Deben Transmitir Torque

– Deben permitir movimiento axial (Anillo Primario)


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

O-ring estático

Empuje vs. No Empuje

Empuje

Mono Resorte con O’ring

Sello con Chevrones o Aros en V de Teflón

Empuje

Empuje

Sello con Cuña de Teflón

Empuje

Sello con copa en U

No Empuje

Sello con Fuelle Elastomérico

No Empuje

Sello con Fuelle de Teflón

No Empuje

Sello con Fuelle de Metal Soldado

No Empuje

Sello con Fuelle de Metal Conformado

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

Un Sello No - Balanceado

AAc aFc

• Relación de Balanceo


AaAc

Un Sello Balanceado• Relación de Balanceo


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.

Tipos de Sellos

Sello de caras contactantes lubricadas por película líquida

Tipos de Sellos

Sello de caras contactantes lubricadas por película líquida

Tipos de Sellos

Sello ECS

Sello de caras contactantes no lubricadas

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)

Sello Sencillo Montado

Internamente

Sello Sencillo Montado

Externamente

Arreglos

Arreglos

Sello Dual en Arreglo Cara contra Cara(Face to Face)

Arreglos

Sello Dual en Arreglo Espalda contra Espalda(Back to Back)

Arreglos

Sello Dual en Arreglo Cara contra Espalda antes Tandem (Face to Back)

Identificación de Sellos Mecánicos

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

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