Presentación Sellos Mecánicos-Ruhrpumpen

8/18/2019 Presentación Sellos Mecánicos-Ruhrpumpen

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harla Sellos Mecánicos -

hn Crane

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Ramírez

Benites

Sellos Mecánicos

C. Ramírez

H. Benites John Crane Perú

1Teoría Básica de Sellos

Mecánicos


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Teoría Básica de Sellos Mecánicos

Temas a tratar1.- Dispositivos de Sellado

2.- Definición de Sellos Mecánicos

3.- Componentes del Sello Mecánico

4.- Principios de Funcionamiento

5.- Arreglos de Sellos Mecánicos

Dispositivos de Sellado

Clasificación de los dispositivos de sellado


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Definición de Sellos Mecánicos

Se definen técnicamente como un dispositivo que previene el

escape de un fluido de un recipiente, al cual atraviesa un eje

rotativo.

El sellado se realiza por el contacto axial de sus caras que se

encuentran perpendiculares al eje y en movimiento relativo una

respecto a la otra.

Sellos Mecánicos

Componentes del Sello Mecánico

Componentes básicos de un sello mecánico Todos los sellos mecánicos constan de dos elementos básicos:

- El elemento rotativo

- El elemento estacionario.

Estos elementos son identificados generalmente como:

- Cabezal de sello

- Asiento.

En bombas centrifugas de proceso se tienen adicionalmente dos

elementos adaptadores:- Brida, adapta el asiento a la bomba

- Camisa, adapta el sello al eje


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Componentes básicos de un sello mecánico


Cabezal de Sello

Es el lado flexible que se acomoda a los movimientos axiales y radiales del

equipo.

El cabezal de sello es el ensamble de varios componentes.

- Anillo primario o Inserto (balanceado, no balanceado).

- Sellantes secundarios (Empuje, No empuje).

- Sistema de compensación de desgaste (Resortes únicos, múltiples, etc.).

- Sistema de arrastre (Componentes metálicos misceláneos).


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Cabezal de sello


Anillo Primario

Es el anillo de desgaste del cabezal de sello que junto con el

asiento produce el sellado primario.

Una de las características del anillo primario es que aunque gira

solidario con el eje debe también moverse axialmente para

acomodarse a la posición del asiento.

Se tienen diferentes formas de anillo primario que se adaptan alas condiciones de operación del equipo con las opciones de

balanceado hidráulicamente especialmente cuando la presión es

elevada y no balanceado para bajas presiones

El Anillo primario se fabrica generalmente en Carbón (C), pero

cuando el líquido manejado contiene abrasivos se fabrica en

Carburo de Tungsteno (TC) o Carburo de Silicio (SiC)


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Los Elementos Sellantes Secundarios se clasifican endos grupos:

1. Empuje (Anillos deslizantes)

2. No Empuje (Fuelles)


Los Elementos Sellantes Secundarios se fabrican en

diversos materiales:

Fluoroelastomero (FKM)

Perfluoroelastomero (FFKM)

Nitrilo (NBR)

Grafito Flexible

Politetrafluoroetileno (PTFE)


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Resortes Helicoidales

Los resortes únicos de muelle helicoidal se fabrican en acero inoxidable

316 y los resortes múltiples de muelle helicoidal en Hastelloy C. Los

fuelles metálicos para alta temperatura se fabrican en Inconel 718 o

AM350 y los de baja temperatura en Hastelloy C-276

Fuelles Metálicos


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Sistema de arrastre Es el que se encarga de transmitir el movimiento rotacional

desde el eje hasta la cara rotativa. Los materiales de fabricación

dependen del producto bombeado, generalmente son acero

inoxidable 316 para el manejo de productos que no ataquen

químicamente los metales y Hastelloy C para el manejo de

productos agresivos


Asiento

El asiento es el anillo de desgaste removible instalado en la brida, si es

estacionario o en un adaptador en la camisa, si es rotativo.

Este anillo no provee flexibilidad al ensamble del sello, pero guía el

acomodamiento del anillo primario del cabezal de sello en los

movimientos axiales y radiales del equipo.

John Crane fabrica usualmente el asiento en materiales más durosque los del anillo Primario, los mas comunes son Carburo de Silicio

“Reaction Bonded” (RBSiC) o Carburo de Silicio Sinterizado (SSiC),

pero también se puede usar el Carburo de Tungsteno con unión de

Níquel (TC)

Los sellantes terciarios sellan los senderos de fugas que se producen

al instalar el asiento.


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Sellantes terciariosLos sellantes terciarios sellan los senderos de fugas que se producenal instalar el asiento en la brida con el sello estacionario.

Se tienen cuatro tipos básicos:

• O-rings (Elastómeros)

• Anillos de sección cuadrada o rectangular (PTFE, Grafito flexible)

• Anillos de Copa (Elastómeros)

• Empaques o juntas planas (PTFE, Fibras comprimidas)



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Principios de Funcionamiento

Película lubricante

Las caras de contacto del sello mecánico que se mueven una con

respecto a la otra y son empujadas por fuerzas axiales que dan como

resultado una presión entre ellas.

Esta presión se distribuye en el área de contacto en forma de cuña

y se conoce como una "cuña de presión".

Para asegurar el correcto desempeño de ambas caras, estas deben

estar separadas a una distancia menor a 0.001 mm., en este

espacio “la cuña de presión” forma una capa del fluido de proceso,

la cual permite lubricar y enfriar las caras evitando un desgasteexcesivo de las piezas, esta capa se conoce como “película

lubricante” y es el principio de funcionamiento del sellado primario.



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Aspectos a cubrir con el sellado primario

Al funcionar adecuadamente, el sellado primario debe cubrir dos

aspectos:

1. Retención de fluido.

2. Preservación de las superficies deslizantes por medio de la

película de lubricación interfacial.

La película de lubricación debe:

1. Estar siempre presente.

2. Ser estable.

3. Estar limpia, libre de abrasivos.

4. Mantener una viscosidad razonable.

5. Estar a temperatura controlada.

6. Tener una presión aceptable


Película lubricante


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Espesor de la película de lubricación interfacial

El espesor de la película dependerá de las condiciones de diseño del

sello mecánico, además de la forma y el acabado superficial de las

caras de contacto.

Si el espesor de la película es mayor al requerido por diseño, las fugas

del sello serán visibles, en caso contrario las caras entraran en

contacto generando un desgaste excesivo lo que a su vez generara

una falla prematura del sello.


Espesor de película de lubricación Interfacial ancha


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Espesor de película de lubricación Interfacial inexistente.


Balanceo hidráulico

El término balanceo hidráulico cuando se aplica a sellos

mecánicos sirve para describir la relación entre las presiones del

fluido que actúan axialmente en las áreas de contacto de las caras.

La presión hidráulica P actúa en todas las direcciones.Las fuerza axial debida a la presión hidráulica P actúa axialmentesobre un área denominada área de cierre Ac.

La fuerza que actúa sobre el área de cierre Ac se conoce comofuerza de cierre Fc. A esta fuerza se le opone otra fuerza axial llamada fuerza de

Apertura que actúa sobre el área anular de contacto entre la cara

rotativa y la estacionaria, conocida como área de apertura Aa.


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Fuerzas Axiales que intervienen en la cara de los sellos


Relación de Balanceo

La relación de Balanceo se define como el cociente entre el área

de cierre Ac y el área de apertura Aa.


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Sello no balanceadoEn un sello no balanceado, el área de cierre es mayor o igual al

área de apertura, lo cual permite que el área de contacto soporte la

fuerza de cierre.


Sello balanceado

El sello balanceado permite aliviar la presión entre las caras al

hacer mayor el área de apertura respecto al área de cierre, para lo

cual se requiere fabricar un escalón en la camisa o eje.


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Sellos de empuje Utilizan como elementos sellantes secundarios, empaques deslizantes

que se desplazan axialmente en la camisa o en el eje simultáneamente

con los movimientos del anillo primario.


Caras de contacto sello de empuje

En un sello de empuje las caras de contacto proporcionan el área

donde actúan las fuerzas de cierre y apertura.

Los sellos balanceados de empuje se recomiendan para el manejo de

productos volátiles


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Sellos de no empuje

Los sellos de no empuje se caracterizan por tener un fuelle que

puede ser elastomerico, de PTFE o metal.

El sellante secundario no se desplaza axialmente en la camisa o eje.


Sello de no empuje con balanceo inherente

Los sellos de no empuje con fuelle metálico se definen como

inherentemente balanceados a bajas presiones.

No requieren de escalón en el eje o camisa, por cuanto no existe un

diámetro definido físicamente.

El diámetro efectivo de balance se establece por la línea media del

fuelle.

El balanceo hidráulico no es constante, cambia con las variaciones de

la presión, la relación de balanceo se incrementa a mayor presión. Los sellos de fuelle metálico auto balanceados se presentan en dos

versiones :

• Para baja temperatura con O-ring de elastómero y fuelle de Hastelloy C

• Para alta temperatura con empaque de grafoil y fuelle de Inconel 718


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Sello de no empuje con balanceo inherente

.

Arreglos de Sellos Mecánicos

Arreglo de sellos sencillos

El arreglo de sellos sencillos está conformado por un solo sello

mecánico que puede montarse:

- Interiormente

- Exteriormente.


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Sello sencillo de montaje interior

El sello se monta en el interior del equipo y se encuentra inmerso en

el líquido de operación.

La presión hidráulica se produce en el diámetro externo y la

atmosférica en el diámetro interno.


Sello sencillo de montaje Exterior

El sello se instala fuera de la caja de sellado.

La presión hidráulica se produce en el diámetro interior y la

atmosférica en el diámetro externo


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Arreglo de sellos dualesSon arreglos que están compuestos de dos juegos de caras

contactantes, y pueden ser dual no presurizado o dual presurizado.

Los arreglos de sellos duales no presurizados se usan en el manejo de

productos explosivos e inflamables y los arreglos de sellos duales

presurizados en el manejo de productos tóxicos, cancerígenos,

corrosivos y abrasivos.


Arreglo dual no presurizadoEs un arreglo en el cual el sello interno es lubricado por el fluido

bombeado y el sello externo por un fluido amortiguador que recircula

con una presión ligeramente mayor a la atmosférica.

Debido a que la presión del proceso es mayor que la del fluido

amortiguador, las fugas normales van del proceso al fluido

amortiguador y de este a la atmósfera.


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Arreglo dual presurizado

En este arreglo se hace recircular un fluido, denominado fluido de

barrera, a mayor presión que la del fluido de proceso.

En este caso, el fluido de barrera al tener una presión mayor, obliga a

que las fugas normales sean dirigidas hacia el proceso y la atmósfera .


No Cartucho

El sello se instala en el equipo por componentes en forma

individual, puede incluir camisa y brida


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Cartucho

El sello es una unidad auto contenida de sus componentes que incluye

además del sello y el asiento, la brida, la camisa, el collar de arrastre,

los espaciadores, etc.

El cartucho es pre ensamblado antes de la instalación

2Sistemas Soporte


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Sistemas Soporte

Temas a tratar1.- Sistemas de Lubricación y Enfriamiento del Sello

2.- Planes API

3.- Clasificación del los Planes API

4.- Planes de Circulación

5.- Planes Auxiliares

6.- Planes para Gases

La selección de un sello con materiales y características de diseño

adecuados no garantiza su buen funcionamiento.

Es necesario instalar sistemas para lubricar las caras de contacto

del sello y extraer el calor que en ellas se genera por el

deslizamiento de una contra la otra..

Lubricación y Enfriamiento

Sistemas de Lubricación y Enfriamiento del sello


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La American Petroleum Institute (API) conjuntamente con la

American Society of Mechanical Engineers (ASME) y la

International Standards Organization (ISO) crearon un sistema con

números para los diferentes métodos de lubricación y protección a

los sellos mecánicos, conocidos comúnmente como “Planes API”.

Cada organización adoptó una designación ligeramente diferente

para los planes.

Planes API

Método

Los planes API se desarrollaron inicialmente para la norma API 610,

Con creación de la norma API 682, se han agregado nuevos números

de los sistemas y otros han sufrido modificaciones (especificadas en las

normas API 682, 2da, 3ra Edición y 4ta Edición).

Planes API

Desarrollo


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Los planes API, aunque son muy importantes para los sellos

mecánicos, generalmente su funcionamiento es desconocido por

los usuarios

Los planes API se utilizan para proveer al sello del ambiente

apropiado dependiendo del tipo de equipo usado y del medio al que

el sello estará expuesto.

Planes API

Usos

Los diferentes tipos de planes API se pueden agrupar como:

- Planes de circulación

- Planes auxiliares

- Planes para gas.

Clasificación de los Planes API

Tipos de Planes API


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• Planes de circulación lubrican y enfrían las caras del sello

Evitar el roce en caras de contacto.

Lubricación

Disipar el calor generado en caras de contacto.

Enfriamiento

• Planes auxiliares protegen los sellos y controlan las emisiones

• Planes para gas lubrican, protegen y controlan las emisiones en lossellos secos.

Clasificación de los Planes API

Descripción de los Planes API

Planes de Circulación

Lubricación y EnfriamientoAPI ANSI ISO DESCRIPCIÓN GENERAL

01 7301 1 Recirculación interna desde la descarga de la bomba.

02 7302 0 Cavidad cerrada, sin recirculación.

11 7311 2 Circulación de la descarga a la cavidad de sellado pasando por un orificio.

12 7312 - - Circulación de la descarga a la cavidad de sellado pasando por un orificioy un filtro en “Y”.

13 7313 7 Recirculación de la cavidad de sellado a la succión de la bomba.

14 7314 - - Circulación desde la descarga a la cavidad de sellado pasando por una

placa orificio. Así mismo, circulación desde la caja de sellado a la succión.21 7321 - - Circulación desde la descarga pasando por un orificio y un enfriador a la

cavidad de sellado.

22 7322 - - Circulación desde la descarga pasando por un filtro en “Y”, orificio yenfriador a la cavidad de sellado.

23 7323 6 Recirculación desde un anillo de bombeo ubicado en la cavidad del sellopasando por un enfriador y regresando a la cavidad.

31 7331 4 Circulación de la descarga a la cavidad de sellado pasando por unseparador ciclónico.

32 7332 8 Inyección de fuente externa a la cavidad de sellado.

41 7341 - - Circulación de la descarga a la cavidad de sellado pasando por separadorciclónico y un enfriador.


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Descripción Planes de Lubricación y Enfriamiento

FLUIDO BOMBEADO FUNCIÓN PLANES API

Fluido Limpio

Lubricación

01, 11, 12, 13, 14

Fluidos a Temperatura Lubricación y Enfriamiento 02, 21, 22, 23

Fluidos Abrasivos

Lubricación

03, 31, 32

Fluidos Abrasivos a Temperatura Lubricación y Enfriamiento 41


Fluidos Limpios

Son todos aquellos que no solo están exentos de impurezas o

suciedades, sino que también son capaces de lubricar y enfriar al sello

mecánico, por tanto, lo único que se requiere es proporcionarle al

fluido limpio una circulación hacia el sello.

Los Planes para líquidos limpios son:

- Plan 01

- Plan 11- Plan 12

- Plan 13

- Plan 14


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Fluidos Limpios


Fluidos a Alta Temperatura

Son todos aquellos donde la temperatura es la condición problema.

Cuando a la temperatura de bombeo el líquido no es estable y tiende a

vaporizarse al llegar a las caras de contacto, se crean tres problemas

básicos:

- Perdida de lubricación interfacial

- Descomposición del producto

- Inseguridad.

Los Planes para líquidos a temperatura son:- Plan 02

- Plan 21

- Plan 22

- Plan 23


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Fluidos a Alta Temperatura


Fluidos AbrasivosSon todos aquellos que contienen partículas que efectúan una acción

erosiva o abrasiva entre las caras y aceleran su desgaste.

Para combatir una condición abrasiva debe conocerse ante todo el

origen del abrasivo.

Se conocen cuatro categorías distintas:

- Térmica.

- Por Contacto Atmosférico.

- Inherentes.- Sólidos en suspensión.

Los Planes API para líquidos abrasivos son:

- Plan 03

- Plan 31

- Plan 32


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Fluidos Abrasivos


Fluidos Abrasivos a alta Temperatura

Son todos aquellos líquidos a altas temperaturas que contienen partículas

abrasivas en forma de sólidos en suspensión.

El Plan para líquidos abrasivos a alta temperatura es

- Plan 41


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Fluidos Abrasivos a alta Temperatura

Planes Auxiliares

Protección y Control de Emisiones

API ANSI ISO DESCRIPCIÓN GENERAL

52 7352 10 Circulación forzada en un reservorio no presurizado externamente.

53A* 7353 11 Circulación forzada en un reservorio presurizado externamente.

53B* - - - - - - Circulación forzada presurizada externamente en un reservorio tipoacumulador de vejiga. Se conocía como plan 53 modificado.

53C* - - - - 12 Circulación forzada presurizada externamente en un reservorio tipopistón. Se conocía como plan 53 modificado.

54 7354 9 Circulación de fluido limpio presurizado de fuente externa.

61 7361 - - Conexiones lado atmosférico taponadas.

62 7362 08b Fluido para sofoque (Quench) de fuente externa.

65 ** 7365 -- Recolector de fugas líquidas en sellos sencillos.

* Planes renumerados como resultado de la norma API 682 (2da Edición).** Planes renumerados como resultado de la norma API 682 (3ra Edición).


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Planes Auxiliares

Fluidos Peligrosos

Todos aquellos líquidos que por su condición ofrecen riesgos materiales

y/o humanos se categorizan como peligrosos y varían su peligrosidad

dependiendo de la dosis o concentración en que son manejados, por lo

que el sistema de sellado a aplicar depende del grado de peligrosidad de

dicho fluido.

Generalmente el sistema de sellado es un arreglo dual no presurizado

líquidos peligrosos de baja concentración y presurizado para líquidos

peligrosos de alta concentración.

Los Planes para líquidos Peligrosos son los planes auxiliares:

- Plan 52

- Plan 53A- Plan 53B

- Plan 53C

- Plan 54

- Plan 55

Planes Auxiliares

Fluidos Peligrosos


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Planes Auxiliares

Manejo de Emisiones

Cuando se tienen arreglos de sellos sencillos, en algunos casos se

requiere contar con un sistema que permita realizar el sofoque, lavado y/o

el control de emisiones de las fugas normales.

Estos planes auxiliares son:

- Plan 61

- Plan 62

- Plan 65A

- Plan 65B

- Plan 66A

- Plan 66B

Planes Auxiliares

Manejo de Emisiones


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Planes para Gases

Lubricación, Protección y Control en Sellos secos

API ANSI ISO DESCRIPCIÓN GENERAL

71* - - - - - - Conexiones taponadas. Usualmente para planes 72, 75, 76.

72* 7372 - - Gas amortiguador externo para sellos contenedoressecundarios.

74* - - - - - - Gas de barrera presurizado para sellos duales de gas.

75* - - - - - - Drenaje para el condensado de las fugas en selloscontenedores secundarios.

76* - - - - - - Drenaje para fugas no condensadas en selloscontenedores secundarios.

* Nuevos planes según la norma API 682 (2da Edición)Los estándares ISO y ASME no están sincronizados con los estándares del nuevo API.

Planes para Gases

Manejo de Fluidos Gaseosos

En la actualidad se cuenta con sellos mecánicos que pueden operar

con fluidos gaseosos para la lubricación y Protección. Estos sellos

pueden ser de caras contactantes o no contactantes, presurizados o

no presurizados, con o sin inyección de gas.

Los Planes para fluidos gaseosos son los siguientes planes

auxiliares:

- Plan 71- Plan 72

- Plan 74

- Plan 75

- Plan 76


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Planes para Gases


En la actualidad se cuenta con sellos mecánicos que pueden operar

con fluidos gaseosos para la lubricación y Protección. Estos sellos

pueden ser de caras contactantes o no contactantes, presurizados o

no presurizados, con o sin inyección de gas.

Los Planes para fluidos gaseosos son los siguientes planes

auxiliares:

- Plan 71

- Plan 72

- Plan 74

- Plan 75

- Plan 76

Planes para Gases



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