While the FSA makes every reasonable attempt to ensure that the information contained in this document is accurate and current, the FSA, its officers, directors, volunteers, and authorized agents are not responsible for any errors or omissions contained therein nor are they responsible for any results obtained from the use of or reliance upon its content. All information is provided “AS IS,” with no guarantee of completeness, accuracy, timeliness or of the results obtained, and without warranty of any kind, express or implied. In no event shall FSA or its officers, directors, volunteers, or authorized agents be liable to you or anyone else for any decision made or action taken in reliance on the information con tained herein or for any for any consequential, indirect, special, or similar damages, even if advised of the possibility of such damages. The informa tion contained in this document is for informational purposes only and does not constitute professional advice. It also includes references to certa in standards that may change over time and should be interpreted only in light of particular circumstances. It is your sole responsibility to confi rm the current state of any referred to standards. FSA reserves the right to modify or update the document content and to modify this Disclaimer at any t ime, effective upon posting of an updated version of this Disclaimer.
A continuación la FSA presenta dentro su Serie de Entrenamientos una revisión de los materiales utilizados en los anillos primarios y Asientos de los sellos mecánicos. Esto incluye:
▪ Materiales mas communes
▪ Características y Propiedades
▪ Consideraciones especificas de la aplicación
Causas de falla de los sellos mecánicos
▪ Se estima que los materiales de las caras del sello contribuyen a menos del 9% de todas las fallas de sello.
▪ Una parte significativa de esas fallas está asociada con la selección inadecuada de materiales para la aplicación, no con los materiales en sí.
Operacion del sistema Mecanicas Diseňo del sistema Componentes del sello Otras
Aspectos generales de los Materiales
Materiales de las Caras
▪ Carbón ▪ Cerámicos ▪ Carburo de Tungsteno ▪ Carburo de Silicio ▪ Otros
Carbón: Materia Prima
Materia Prima
Relleno (20-80%) – Grafito Natural, Grafito sintético, Coke base de petróleo, negro de humo
Aglutinante (15-50%) – Resinas sintéticas, Brea de alquitrán de carbón, Petróleo, Metales, Carbohidratos
Aditivos (0-10%) – Formadores de película, Abrasivos, Antioxidantes, grafitos.
Carbón: Generalidades del proceso
de
Materia Prima
Lotes
Mezcla
Molino
Moldeado
Horno Impregnado
Clasificacion
la mezcla
Maquinado
Laspeado y Pulido Impregnado
Inspección y Empaque
Efecto de la composición en las características físicas
Mejora la Resistencia Química
Efecto de la impregnación en las características físicas
Dureza Flexibilidad
Modulo de Rigidez
Carbón: Efectos de la impregnación en la tribología
Carbón-Grafito (70:30)
375 psi de contacto, 75 fpm, sobre un aro de SAE 4620
9)
de Desgaste
Impregnation Radiode Desgaste Friccion
Carbón: Efectos de la corrida
Carbon-Grafito vs Sil Carbide 181 psi de contacto; 1820 fpm; 115F
Carbon-Grafito vs Sil Carbide
181 psi de contacto; 1820 fpm; 115F
▪ El período de rodamiento está asociado con todos las caras de sellos de contacto después de una condición de estado estable.
▪ Esta condición es afectada por:
▪ Planitud en las dos caras
▪ Acabado en la superficie de las caras
▪ Presión de contacto
▪ Temperatura
▪ El fluido
▪ Mas cantidad de elementos de grafito va a liberar mas cantidad de material a la cara mas dura.
▪ La falta de lubricación durante el rodaje (es decir, girar en seco) tenderá a exagerar la gravedad de esta condición.
Mechanical Carbón: Materials Selection
Impregnación
Resina Termo Estable
Servicio
Servicio General a 260°C / 500°F en agua, refrigerantes, combustibles, aceites, soluciones químicas ligeras, alimentos y medicinas.
Carbón Ambientes altamente corrosivos
Antimonio
Vapor, Hidrocarburos livianos, Servicio Pesado
Formados de película (Fluoruros etc.) Para rodaje en seco, Criogénicos, Vacío
Inhibidores de Oxidación (Fosfatos etc.)
Alta temperatura y velocidad, Aplicación de turbinas hasta 245 m/s / 800 ft/sec. y 540°C / 1000°F
Carbón: Selección de materiales
Condiciones fundamentales para la una satisfactoria operación del carbon
▪ Presencia de gas absorbible
▪ Selección apropiada del material del carbón
▪ Preparación adecuada de la superficie de contacto
▪ Selección apropiada del material del asiento
Condiciones donde el material de carbón no debe ser usado
▪ Ciertos químicos oxidantes
▪ Temperaturas elevados mayores a 650°C / 1200°F con presencia de oxigeno.
▪ Presencia de abrasivos.
▪ Contacto en seco (Gas no absorbible) en ausencia de formadores de película.
Acuoso
Grafito
Carbón: Limites de presión de contacto en las caras
Limite de presion en las caras (PSI)
Aire, Metano, Vapor, Dioxido de Carbono, etc.
Agua, Gasolina, Metanol, Keroseno
Aceites Livianos
Materiales de las Caras: Aplicación de tipos de grados de material
Recomendación para los tipos de grados de material
▪ Condiciones de la aplicación
▪ Analiza “Combinan los materiales”
▪ Considera materiales actualmente presentes en la aplicación.
▪ Los materiales presentes funcionan?
▪ Problemas con la aplicación actual?
▪ Costo de los materiales actuales
▪ Cantidades de compra de los materiales actuales
▪ Requisitos para la evaluación de los nuevos materiales
▪ Información adicional de la aplicación.
Materiales de las Caras: Combinaciones Típicas
Aplicaciones de hidrocarburos livianos y pesados.
▪ Carbón Impregnado con Antimonio vs Carburo de Silicio “Reaction Bonded”
Aplicaciones Altamente Corrosivas
▪ Carbón de Grafito impregnado vs Carburo de Silicio “Sinterizado”
Aplicaciones con Vapor
▪ Carbón de Grafito impregnado vs. Carburo de Silicio “Reaction Bonded”
▪ Carbón Impregnado con Antimonio vs. Carburo de Silicio “Reaction Bonded”
Aplicaciones de Agua Caliente
▪ Carbón de Grafito impregnado vs. Carburo de Silicio “Reaction Bonded”
Aplicaciones de Gas
▪ Carbón Impregnado con Antimonio vs. Carburo de Silicio “Reaction Bonded”
Materiales de las Caras: Aplicaciones
Carbón de Grafito
M Maatteerriiaallees s T Trriibboollooggíía a
Ventaja
• Lubricidad
• Resistente a la corrosión
• Resistente a la abrasión
Desventaja
• Abrasión
Carburo de Silicio
Carburo de Tungsteno
• Rígido
• Resistente a la corrosión
• Frágil
• Alto Desempeño (P-V)
• Duro
• Resistente a la abrasión
• Rígido
• Resistente a la abrasión
• Corrosión
Alúmina
• Rígido
Metal
Recubrimientos
• Fácil Fabricación
• Aplicable a varios materiales
• Choque Térmico
• Bajo Desempeño
• Se puede des laminar
• Se desgasta
Not Self Lubricating
Alúmina: Procesamiento
Materia Prima Alúmina, Cerámica , aglutinantes
Preparación del polvo Molino húmedo, Atomizado en seco
Compactado Comprimido en seco, Iso-Procesamiento,
Extrusión, CIM
Solidificación
Sinterizado de alta temp, 1440 -1650°C
Rectificado con diamante DE, rectificado, rectificado de cara, lapeado y pulido
Inspección y empaque
Inspección y empaque
Alúmina: Opciones
99.5% Alúmina
Blanca
Superior Resistencia Química
97% Alúmina Blanca
96% Alúmina
Marrón
Servicio General Ejes de Bombas, Rodamientos, y Caras de Sellos
88% Alúmina
Rosada
Aplicaciones
Medicas
% de perdida de peso después de 6 días a 90°C
Nivel de Pureza de la Alúmina
Alúmina: Características
Características Principales
▪ Excepcionalmente resistente.
▪ Excelente resistencia a la abrasión
▪ Alta resistencia a la tensión y flexión
▪ Alta densidad, no es poroso y es aglomerado al vacío.
▪ Excelente estabilidad en un rango de temperatura amplio.
▪ Resistente a ataque químico en niveles de mayor pureza.
Carburo de Tungsteno: Procesamiento
Materia Prima
Carburo de Tungsteno, Aglutinantes, metalicos
Formado compacto
Solidificación
Comprimido en seco, Iso-Procesamiento
Sinterizado de alta temp, >2,000°C
Rectificado con diamante DE, rectificado, rectificado de cara, lapeado y pulido
Inspección y empaque
Inspección y empaque
Carburo de Tungsteno: Tipos de Materiales
Considerado un carburo cementado
El aglutinante determina la resistencia a la corrosión:
▪ Cobalt Bound – Menos resistente a la corrosión
▪ Nickel Bound – Preferido para la mayoría de las aplicaciones sellado (6% Binder)
▪ Ti-N Bound – Mayor resistencia a la corrosión.
Carburo de Tungsteno: Características
Características Principales
▪ Resistente (no es fragil)
▪ Excelente resistencia al desgaste
▪ Excelente resistencia a la abrasión
▪ Alta resistencia a la tensión y flexión
▪ Denso, no es poroso y es aglomerado al vacío
Carburo de Silicio: Procesamiento
Materia Prima
Preparación del polvo
Carburo de Silicio, Carbón, aglutinantes
Atomizado en seco
Formado compacto
Solidificación
Rectificado con diamante
Comprimido en seco, Iso-Procesamiento
Sinterizado de alta temp, >2,000°C
DE, rectificado, rectificado de cara, lapeado y pulido
Inspección y empaque
Inspección y empaque
Carburo de Silicio: Reaction Bonded
Reaction Bonded SiC (SiSiC)
• SiC + C + Si SiC + SiC
Carburo de Silicio Silicon
Carburo de Silicio: Reaction Bonded +
Grafito
Carburo de Silicio Reaction Bonded con Grafito (SiSiC-G)
• SiC + C + Si SiC
de Silicio
Carburo
Silicon
Grafito
Carburo de Silicio: Self Sintered
Self Sintered SiC (SiC)
Lapeado
Pulido
Materiales de las Caras: Incrementando el Desempeño
▪ Mejora del rendimiento en condiciones de pobre lubricación.
▪ Capacidad de supervivencia en condiciones de rodaje en seco.
▪ Factor Presión-Velocidad (P·V) mejorado con combinaciones de caras duras.
▪ Resistencia a choque térmico.
Materiales de las Caras: Tribología
Mejorada
▪ La rugosidad de las caras es clave para los materiales con caras duras.
Efectos Externos
▪ Lapeado Mate (0.18-0.33 μm / 7 - 13 μin Ra) mejora temporalmente el desempeño de las caras al alterar su superficie.
▪ Acabado inherentemente mas rugoso agregando un compuesto.
Carburo de Silicio: Sintered SiC + Grafito
Matriz Uniforme
Interfaz bien enlazada
Aglomerado denso de Grafito
Resistencia al Choque Termico
Choque Térmico Relativo (En una cubeta con agua a temperatura ambiente)
Temperatura (°C)
Grafito
Capacidad del Presión-Velocidad (P·V) Mejorada
La topografía de la cara controlada, junto con una mejor conductividad térmica, mejoran la capacidad de contacto en combinaciones de caras duras con aglutinante de grafito.
