¿Cómo funcionan los cierres mecánicos?

Los cierres mecánicos son dispositivos que se utilizan para evitar fugas de fluidos de los componentes giratorios o alternativos de la maquinaria, como bombas, compresores y mezcladoras. Suelen constar de dos componentes principales: una pieza fija (a menudo denominada cara fija) y una pieza giratoria (denominada cara giratoria). Estas dos caras de sellado, junto con una serie de dispositivos de sellado como juntas y juntas tóricas, sellan el medio de proceso dentro de la cámara de sellado de un elemento de equipo rotativo, como se muestra a continuación.

Así es como suelen funcionar los cierres mecánicos:

Diseño de la cara del cierre mecánico

Superficies de contacto: En el corazón de un cierre mecánico hay dos superficies planas o ligeramente curvadas llamadas caras del cierre. Una de estas caras está fijada al componente fijo de la máquina (normalmente la carcasa de la bomba), mientras que la otra está unida al componente giratorio de la máquina (normalmente el eje giratorio). Estas caras entran en contacto de contrarrotación entre sí durante el funcionamiento.

Sellado primario: Cuando la máquina funciona, el eje giratorio hace que una cara de la junta gire mientras la otra permanece inmóvil. El estrecho contacto entre las dos caras crea una barrera que impide que el fluido se escape del elemento del equipo o máquina giratoria. Estas caras del sello se conocen como el sello primario del mar mecánico, como se muestra a continuación.

Película fluida

La calidad de la película de fluido entre las caras contrarrotatorias del cierre es EL factor más importante en el diseño de un cierre mecánico.

En el diseño de un cierre mecánico simple, la película de fluido está formada por el medio de proceso.

En el diseño de un cierre mecánico doble, la película de fluido comprende el medio de proceso (en una aplicación de fluido tampón no presurizado del Plan API 52), o el fluido barrera secundario (en una aplicación de fluido barrera presurizado del Plan API 53).

Si la película de fluido es demasiado GRANDE, las caras de la junta tendrán fugas, como se muestra a continuación.

Si la película de fluido es demasiado PEQUEÑA, las caras de la junta se calentarán, se desgastarán y se dañarán. Esto también provoca fugas en las caras de la junta, como se muestra a continuación.

Por lo tanto, el tamaño ideal y optimizado de la película de fluido es fundamental para el éxito del diseño y la longevidad de los cierres mecánicos.

¿Cuál es el tamaño óptimo de la película de fluido en un cierre mecánico?

El tamaño de la película de fluido en un cierre mecánico puede variar en función de varios factores, como el diseño del cierre, las condiciones de funcionamiento y la aplicación específica. A modo de recapitulación, la película de fluido suele referirse a la fina capa de fluido entre las caras del cierre que ayuda a minimizar la fricción, disipar el calor y proporcionar una barrera contra las fugas.

El grosor de la película de fluido puede oscilar entre unos pocos micrómetros (micras) y varios cientos de micrómetros (micras), dependiendo de varios factores. Un micrómetro es una unidad de longitud que mide la millonésima parte de un metro o la milésima parte de un milímetro (0,001 mm). Por tanto, 3 micras son 0,003 mm (0,00012"). Es muy poco si tenemos en cuenta que el diámetro de un cabello humano suele ser de 50-100 micras.

Entre los factores que influyen en el espesor de la película de fluido de un cierre mecánico se incluyen;

Velocidad de funcionamiento: Las velocidades más altas pueden provocar películas de fluido más finas debido al aumento de las fuerzas de cizallamiento sobre el fluido.

Acabado superficial: La suavidad y el acabado superficial de las caras de la junta pueden afectar al espesor de la película de fluido. Los acabados más finos suelen dar lugar a películas de fluido más finas.

Propiedades del fluido: La viscosidad y las propiedades lubricantes del fluido utilizado en la junta pueden influir en el espesor de la película de fluido. Los fluidos de mayor viscosidad pueden dar lugar a películas de fluido más gruesas.

Condiciones de funcionamiento: La temperatura, la presión y otros factores ambientales también pueden afectar al espesor de la película de fluido.

Normalmente, el grosor de la película de fluido se diseña y controla cuidadosamente para garantizar un rendimiento óptimo del cierre mecánico, equilibrando la necesidad de lubricación y disipación del calor con el requisito de un sellado eficaz y unas fugas mínimas.

Otros elementos del cierre mecánico

Sellado secundario: Junto a las superficies de estanquidad primarias, los cierres mecánicos incorporan elementos de estanquidad secundarios para mejorar la eficacia de la estanquidad. Pueden ser juntas tóricas, juntas de elastómero u otros tipos de elementos de estanquidad dinámicos o estáticos. Estas juntas secundarias ayudan a mantener la integridad del cierre evitando fugas a través de cualquier hueco entre las superficies de estanquidad primarias.

Lubricación y refrigeración: Para reducir la fricción y el desgaste entre las caras del cierre, así como para disipar el calor generado durante el funcionamiento, los cierres mecánicos requieren a menudo lubricación y refrigeración. Esto puede conseguirse mediante el uso de un fluido de barrera o un sistema de soporte del cierre que suministre un fluido compatible a las caras del cierre.

Muelle o fuelle: En muchos cierres mecánicos se incorpora un mecanismo de muelle o fuelle para mantener la fuerza de contacto necesaria entre las caras del cierre. Esto garantiza que el cierre siga siendo eficaz en condiciones de funcionamiento variables, incluidos los cambios de temperatura y presión.

Sistemas de lavado y barrera: En algunas aplicaciones, especialmente aquellas en las que intervienen fluidos peligrosos o abrasivos, los cierres mecánicos pueden estar equipados con sistemas de lavado o barrera. Estos sistemas proporcionan una protección adicional al suministrar un fluido o gas limpio a las caras del cierre, lo que ayuda a evitar la contaminación del producto y a prolongar la vida útil del cierre.

En general, los cierres mecánicos actúan manteniendo una interfaz estanca y controlada entre los componentes giratorios y fijos, evitando eficazmente las fugas de fluidos y garantizando la integridad y eficacia de la maquinaria giratoria en diversas aplicaciones industriales.

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