Topografía de la cara de los sellos
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© (April, 2023), Fluid Sealing Association. All Rights Reserved.
Extracto (Topografía de la Cara del Sello)
El siguiente entrenamiento muestra las características utilizadas en los sellos
mecánicos para reducir o eliminar el contacto entre caras. La presentación se divide en los siguientes puntos :
▪ Principios básicos de carga
▪ Tipos de características de caras de sellos
▪ Características en caras de sellos lubricados con líquidos
▪ Características en caras de sellos lubricados con gas
Principios Básicos de Carga
Principios Básicos
Las características topográficas en las caras de los sellos son utilizadas para crear una fuerza entre las mismas para superar parcial o totalmente las fuerzas de cierre
Hay 2 mecanismos principales de soporte de cargas en las características de las caras, las cuales son :
▪ Soporte de cargas hidrostáticas
▪ Soporte de cargas hidrodinámicas
La mayoría de las características crea una combinación de cargas hidrostáticas e hidrodinámicas.
Cargas Hidrostaticas
Las cargas hidrostáticas se crean mediante el diseño del perfil de presión a través de la cara.
La cantidad de carga soportada es independiente a la rotación de las caras
Se utilizan varios métodos para controlar el perfil de presión
▪ Conicidad controlada.
▪ Profundidad de los “Hydropads”.
▪ Ranuras superficiales.
Deep Hydropad Face design
Carga Hidrostática
Con caras de sellado planas, la presión cae linealmente desde el diámetro externo (DE) con alta presión hasta el diámetro interno (DI) de baja presión
DE Presión
Cara Convexa, las altas presiones se extienden a lo largo de las caras creando una gota no lineal.Esto incrementa la fuerza de separación de las caras.
DE Presión
Caras planas paralelas
(Vista de corte seccional)
DE Presión
Los Hydropads proporcionan una presión constante a través de las caras en las áreas de cortes profundos incrementando la fuerza de separación
Cara con Hydropad profundos
Las Ranuras superficiales actúan como una tipo convexa, Creando un perfil de presión no-lineal similar y una fuerza de separación.
DE Presión
Cara con ranura superficiales
Caras convexa
Carga Hidrodinámica
▪ Los mecanismos hidrodinámicos en los sellos son los mismos que encontramos en “Journal Bearings”
▪ Crea una separación mediante el movimiento relativo de las superficies
▪ El componente clave en los sellos es la variación de la separación entre las superficies planas, obteniendo un “ajuste de la película”
▪ La presión del fluido aumenta a medida que se tiene una mayor o menor separación
Carga Hidrodinámica
La hidrodinámica puede ser modelada por la ecuación de Reynolds, y se muestra la derivada para fluidos incompresibles:
U (velocidad de deslizamiento)
h (holgura min)
x dirección
p (presión)
(viscocidad del fluido)
Carga Hidrodinámica
Básicamente, la ecuación de Reynolds dice que la carga (generación de presión) es :
▪ Proporcional a la velocidad de deslizamiento (U)
▪ Proporcional a la viscosidad (μ)
▪ Proporcional a la inclinación de la separación convexa(dh/dx)
▪ Inversamente proporcional al cubo de la separación mínima (h3)
Carga Hidrodinámica
▪ La película de lubricación es la clave de la estabilidad del sello hidrodinámico
▪ La relación cúbica de la separación con respecto a la presión significa que la presión incrementa dramáticamente a medida que se cierran las caras, y disminuye a medida que se separan
Características en Caras de Sellos Mecánicos
Características en Caras de Sellos
Determinadas variaciones en las características de la superficie se utilizan para soportar las cargas
▪ Ranuras profundas/ “hydropads”
▪ Ranuras superficiales
▪ Texturas en la superficie
Estas características pueden ser aplicadas para sellos lubricados con líquidos o gases
Diseños bidireccionales
▪ El diseño es diferente entre ambos debido a la compresibilidad de los gases e incompresibilidad de los líquidos
Diseños unidireccionales
Características de Diseño Caras Lubricadas con líquidos
Los diseños de ranuras profundas del “hydropad” pueden ser utilizadas para crear separación hidrostática o introducir mayor lubricación entre las caras
▪ Existe alguna hidrodinámica, pero está limitada debido a que la profundidad de la ranura es mucho más grande que la separación entre las caras
▪ Típicamente las características maquinadas van desde 0.050” (1.3 mm) o más
▪ Típicamente bidireccional
Características de Diseño Caras Lubricadas con líquidos
Se pueden usar ranuras poco profundas (en relación con el espacio de la película de fluido) para controlar completamente el contacto y la separación de las caras lubricadas con líquido
▪ El balance entre las cargas hidrostáticas e hidrodinámicas puede variar en base a la geometría de la ranura
▪ La hidrodinámica puede ser muy fuerte debido a la naturaleza incompresible de los líquidos
▪ La mayoría de los diseños son comúnmente bidireccionales y menos agresivos que las características para gas debido a las fuerzas hidrodinámicas
▪ Las características unidireccionales pueden crear un efecto de bombeo, el cual puede ser útil en ciertas aplicaciones
El análisis muestra la presión generada por un patrón bidireccional con agua
Características de Diseño Caras Lubricadas con líquidos
Muchas aplicaciones se pueden beneficiar con el uso de las características para caras lubricadas con líquidos
▪ Líquidos con lubricación pobre
▪ Altas velocidades de rotación
▪ Altas presiones
▪ “Flasheo”/vaporización de los líquidos
▪ Líquidos sensibles al calor
▪ Alto diferencial de presión en sellos duales
▪ Aplicaciones donde la reducción de calor/energía es una preocupación
▪ Y Muchas más – consulte a su proveedor de sellos
Características de Diseño Caras Lubricadas con gases
Las ranuras superficiales puede ser utilizadas para crear la separación hidrostática e hidrodinámica en caras lubricadas con gases
▪ El balance entre las cargas hidrostáticas e hidrodinámicas puede variar basado en la geometría de la ranura
▪ Los diseños necesitan ser más agresivos en comparación de los lubricados con líquidos con mayor área de superficie y ranuras más profundas para crear suficiente separación
▪ Las características unidireccionales son más efectivas para aplicaciones de baja velocidad
El análisis muestra la presión generada por un patrón de sello unidireccional con gas
Características de Diseño Lubricados con gases
Las características para sellos lubricados con gases puede ser utilizadas en muchos diseños
▪ Sellos duales para bombas
▪ Sellos para compresores
▪ Sellos de respaldo que operan en seco
▪ Sellos para Ventiladores/Sopladores
▪ Sellos de mezcladoras
▪ Sellos para turbinas de vapor
▪ Y Muchos más – consulte a su proveedor de sellos
Consideraciones en la separación de las caras en sellos (Lift off)
Los sellos que requieren “lift off” fugan, especialmente los diseños hidrostáticos para bajas velocidades (p. ej., mezcladoras)
La fuga depende del tamaño del sello, presión y velocidad del eje
Algunos sistemas de presión son requeridos para crear un flujo a través de las caras y establecer la hidrostática
Los sellos “lift off” pueden ser muy sensibles a la variación de condiciones, como lo
son :
▪ Perdidas de presión o presiones de reversa
▪ Rotación inversa (para diseños unidireccionales)
▪ Vibración
▪ Movimiento del eje
▪ Contaminación (p. ej., sólidos, polimerización,...)
