Sello de Cierre de Empuje

Descripción

El sello mecánico de tipo de cierre de empuje consiste en una cara estacionaria, una cara rotativa y lo que generalmente se conoce como un elemento de sellado secundario. Este tipo de sello emplea un sello estático, generalmente un O-ring, de elastómero o de plástico como sello secundario flotante. El diseño puede variar desde sellos simples desequilibrados que se utilizan en aplicaciones comparables a las de los sellos de cierre de fuelle de elastómero, hasta sellos muy especializados de alta presión, alta temperatura y alta resistencia química.

El sello cuenta con componentes adicionales para adaptarlo a la máquina, como una brida y una camisa. La cara estacionaria está asentada en una brida que se atornilla a la máquina. Las piezas rotativas se instalan en una camisa o directamente en el eje. En la mayoría de los diseños convencionales de cierre de empuje, la cara rotativa puede moverse en dirección axial y se mantiene en su lugar mediante un soporte de resorte y uno o más resortes.

Hay tres configuraciones de resortes en este sello: resorte múltiple, resorte simple y resorte ondulado. El resorte múltiple consiste en una serie de pequeños resortes helicoidales alrededor de la circunferencia del sello. Las ventajas de esta configuración incluyen una longitud axial compacta, una carga frontal más uniforme, una mejor resistencia a la fuerza centrífuga y un mejor equilibrio para altas velocidades. Las desventajas incluyen una mayor propensión a la obstrucción por sólidos en el fluido, una menor resistencia a la corrosión y la reducción de la tolerancia del ajuste de la instalación como la capacidad de flotación axial debido a la corta longitud de los resortes. El resorte simple ofrece una mejor resistencia a la obstrucción y a la corrosión en el fluido y al tener una mayor longitud de compresión es menos sensible a las variables de la instalación y aumenta la capacidad de flotación axial si se ajusta a un equipo más grande o de varias etapas. Las desventajas incluyen un espacio axial adicional requerido, reducción en la capacidad de velocidad debido a la expansión del resorte a altas velocidades y la fuerza desigual del resorte que puede generar que la distribución de la carga estática en las caras del sello sea desigual. El resorte ondulado proporciona la longitud más compacta, donde el espacio axial es limitado. Las desventajas incluyen que el corto recorrido axial hace que la instalación del sello sea más costosa y no es adecuado si hay un apreciable movimiento axial del eje.

Los sellos que están equilibrados hidráulicamente y/o de un diseño de cartucho estarán normalmente instalados sobre una camisa. Los sellos de baja presión pueden instalarse directamente sobre el eje. El sello estático, que puede moverse axialmente con la cara rotativa, se conoce generalmente con el nombre de “sello secundario dinámico”. El tipo más común que se utiliza como sello secundario dinámico es el O-ring, aunque también se puede utilizar otro perfil de sello estático. Generalmente el sello secundario dinámico es fabricado a partir de los elastómeros más comunes, sin embargo, a menudo los sellos fabricados de PTFE (politetrafluoroetileno) eran populares ya que proporcionaban una mejor resistencia química a los fluidos y a la temperatura. A medida que los requisitos de emisión de los sellos mecánicos se han vuelto más estrictos, se ha descubierto que el PTFE no proporciona la suficiente integridad de sellado. Además, si el fluido no está lo suficientemente limpio genera problemas serios de desgaste en el eje. Por lo tanto, en la actualidad los sellos de PTFE son relativamente raros y han sido reemplazados por sellos fabricados a partir de perflouroelastómeros más resistentes a los fluidos en comparación con los elastómeros más comunes.

La cara estacionaria y rotativa se fabrican de materiales especiales tales que sean resistentes a la abrasión, temperatura, presión y ataques químicos. Los materiales comúnmente utilizados para fabricar las caras de este sello son carbones artificiales, carburos, metales y óxidos metálicos. Los materiales de las caras suelen seleccionarse en una combinación de material duro-suave o duro-duro. La combinación dura-suave es la más recomendable debido al bajo coeficiente de fricción que se consigue. Esto permite poder operar sin lubricación cuando es forzosamente necesario. La combinación dura-dura es necesaria cuando el fluido a sellar contiene sólidos, y con esta combinación es necesario asegurar una adecuada lubricación y enfriamiento para evitar un fuerte desgaste de las caras.

Los sellos de cierre de empuje brindan una considerable flexibilidad al diseñador y a menudo se seleccionan para aplicaciones con hidrocarburos ligeros, altas presiones y altas velocidades. La ventaja de este sello es que el diseño puede ser relativamente fuerte y la utilización de un O-ring proporciona una excelente propiedad de amortiguamiento al conjunto. La desventaja de este sello es la relativa baja resistencia del O-ring a la temperatura y la acumulación de fugas en el lado del sello expuesto al medio ambiente. Para aplicaciones de alta temperatura se recomienda utilizar un sello de cierre de fuelle metálico.