Sistemas de estanqueidad en equipos rotativos. Cierres mecánicos

Transcripción

1 Sistemas de estanqueidad en equipos rotativos 1

2 . 2

3 Sistemas de cierres en bombas Cierre mecánico Caja de rodamientos Impulsión Rodete Empaquetadura trenzada Aspiración Prensaestopas 3

4 Sistemas de estanqueidad para ejes rotativos Sistema de cierre Presión máxima Tipo de fluido Observaciones Empaquetadura trenzada Retén de grasa Hasta 50 bar 0.5 bar (25 bar con diseños especiales) Cualquiera (seleccionando bien los materiales) Lubricantes (aceites y grasas) Cierre mecánico Hasta 50 bar Cualquiera (seleccionando bien los materiales) Productos abrasivos producen desgaste en el eje. Necesario control de goteo Productos especiales requieren montajes auxiliares. 4

5 Equipos rotativos Retenes Cierres de laberinto 5

6 Cierre mecánico multimuelle 6

7 Partes de un cierre mecánico Cara de roce rotante. Cara de roce estacionaria. Elementos de cierre secundario. Resorte. Otras partes metálicas. Piezas de la bomba. 7

8 Cierre dinámico Superficies Lapeadas 0,3 µm 8

9 Criterios de clasificación Sentido de giro 9

10 Sentido de giro Muelle cilíndrico o multimuelles. Sentido alternativo Muelle cónico. Sentido único 10

11 Criterios de clasificación Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado 11

12 Cierres equilibrados Forma U Forma B Cierre no equilibrado A h A G Cierre equilibrado A h A G 12

13 Criterios de clasificación Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte 13

14 Tipos de resortes Muelle cilíndrico. Muelle cónico. Muelle multimuelle. Fuelle metálico 14

15 Criterios de clasificación Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte Tipo de cierre secundario 15

16 Cierre secundario 1 - Cuña de PTFE 2 - Tóricas 3 - Fuelle de elastómero

17 Criterios de clasificación Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte Tipo de cierre secundario Montaje interior o exterior 17

18 Montaje interior / exterior Lado del fluido Atmósfera Atmósfera Cierre exterior Cierre interior Lado del fluido 18

19 Efecto de la presión sobre el cierre exterior Diseño y montaje correctos Diseño y montaje incorrectos La presión actúa uniendo las caras de roce La presión actúa separando las caras de roce 19

20 Criterios de clasificación Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte Tipo de cierre secundario Montaje interior o exterior Norma dimensional 20

21 Normas dimensionales Existen cuatro normas dimensionales: Italiana DIN Alemana. Pulgadas Las más habituales en España son la Italiana y la D.I.N. 21

22 Espacios de montaje según DIN Espacio de montaje según Din Forma U Forma B Cierre no equilibrado A h A G Cierre equilibrado A h A G 22

23 Denominación XXXXX - ### - Y - ZZZZZ Modelo Código de materiales Medida (mm) R (Dcha) L (Izqda) Cara rotante Cara fija Elastómeros Resortes Otras partes metálicas Ejemplo: CM2K R - FBVGF 23

24 Materiales 1 cara de roce parte rotante 2 cara de roce parte fija 3 cierre secundario 4 muelles 5 partes metálicas 24

25 Materiales de las caras de roce Propiedades deseables Dureza Bajo coeficiente de fricción Elevado módulo de elasticidad Elevada conductividad térmica Baja expansión Resistencia a los shock térmicos Elevada resistencia a la corrosión 25

26 Materiales caras de roce Los más comunes Carburo de silicio. Carburo de Tungsteno, Widia. Óxido de aluminio. Óxido de esteatita. Carbón+resina. Carbón+Antimonio. Acero inox. Tipo AISI Acero inox. Tipo AISI Q U V X B A F G 26

27 Características de los materiales Características de los materiales Propiedades Bronce Aleac. Ni Estealite Carb. Tungs. Dureza Coeficiente de fricción 0,4 0,2 0,4 0,6 0,17 0,12 Módulo de elasticidad Conductividad térmica Carb. Si Dilatación 10, ,3 2,4 Shock térmico malo malo pobre pobre pobre Excelente Resistencia a la corr. pobre pobre bueno muy buenobueno Excelente 27

28 Combinaciones de las caras de roce Combinaciones típicas. Carburo de silicio - Carburo de silicio. Carburo de tungsteno - Carburo de tungsteno. Carburo de tungsteno - Carburo de silicio. Óxido de aluminio / Óxido de esteatita - Grafito. Acero inox. Tipo AISI / Grafito. 28

29 Materiales para estanqueidad secundaria Materiales elásticos NBR ( acrilnitrilo butadieno) EPDM ( etileno propileno ) FPM ( caucho fluor ) FFPM ( perfluorelstómero ) CR ( caucho de cloropreno ) VMQ ( silicona ) FEP/FPM ( tórica encapsulada ) Materiales no elásticos B E V K N S M Grafito PTFE G T 29

30 Clasificación, gama standard Cierres compactos. Cierres de muelle cónico. Cierres de muelle cilíndrico. Cierres multimuelle. Cierres de fuelle metálico. Cierres de cartucho. 30

31 Cierres compactos Cierre CM-1. LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 0.6 Mpa (6bar) - Temperatura admisible: -20 a +140ºC - Velocidad tangencial: < 10 m/s COMBINACIÓN DE MATERIALES Caras de roce: B - Carbón E - Acero al Cromo U - Carburo Tungsteno X -Cerámica Q - Carburo Silicio Cierre secundario: P (NBR) V (FPM) Resortes y o.p.m.: F (AISI-304) 31

32 Cierres de muelle simple Cierre CM-2 y CM-2K. LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 1 Mpa (10bar) - Temperatura admisible: -70 a +200ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s COMBINACIÓN DE MATERIALES Caras de roce: B - Carbón F - AISI-304 U - Carburo TungstenoG - AISI-316 Cierre secundario: P (NBR) E (EPDM) M (FEP) V (FPM) K (FFKM) Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 F - AISI

33 Cierres de muelle simple equilibrados Cierre CM-2B y CM-2BK. LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 5 Mpa (50 bar) - Temperatura admisible: -70 a +200ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s COMBINACIÓN DE MATERIALES Caras de roce: B - Carbón F - AISI-304 U - Carburo TungstenoG - AISI-316 Cierre secundario: P (NBR) E (EPDM) M (FEP) V (FPM) K (FFKM) Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 F - AISI

34 Cierres de muelle cilíndrico Cierre CM-15 y CM-15K. LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 1,2 Mpa (12 bar) - Temperatura admisible: -20 a +160ºC - Velocidad tangencial: < 10 m/s COMBINACIÓN DE MATERIALES Caras de roce: V - Óxido de Alúmina B - Carbón E - Acero al Cromo G - AISI-316 X - Cerámica U - Carburo Tungsteno Q - Carburo Silicio Cierre secundario: P (NBR) E (EPDM) V (FPM) CM15 Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 CM15K 34

35 Cierres de muelle cilíndrico Cierre CM-15M, CM-15MK. LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 1.4 Mpa (14 bar) - Temperatura admisible: -40 a +200ºC - Velocidad tangencial: < 12 m/s COMBINACIÓN DE MATERIALES Caras de roce: V - Óxido de Alúmina Q - Carburo Silicio Cierre secundario: P (NBR) E (EPDM) V (FPM) B - Carbón G - AISI-316 Resortes y o.p.m.: G - AISI

36 Cierres multimuelles Cierres multimuelle no equilibrados Tipo C5K 36

37 Cierres multimuelle Cierre de muelles protegidos AX 40 LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 2.5 Mpa (25 bar) - Temperatura admisible:-40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s 37

38 Cierre de muelles protegidos Debido al diseño del cierre mecánico, la presión Pi actúa sobre la pista estática en el área Ah y esta a su vez sobre la pista dinámica en el área A G. Al ser A h A G la presión sobre la cara de roce dinámica disminuye. Ventajas Menor rozamiento Menor consumo de energía Menor desgaste Admite mayor carga térmica Mayor rendimiento Amplios límites de aplicación Dimensiones estandarizadas 38

39 Cierres multimuelle equilibrados Cierre de muelles protegidos SMI LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 3 Mpa (30 bar) - Temperatura admisible: -40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s 39

40 Cierres de fuelle metálico BA 380 LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 2 Mpa (20 bar) - Temperatura admisible: -40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 25 m/s 40

41 Montaje interior / exterior Lado del fluido Atmósfera Atmósfera Cierre exterior Cierre interior Lado del fluido 41

42 Cierres exteriores SME LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 3 Mpa (30 bar) - Temperatura admisible:-40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s 42

43 Montajes auxiliares Recirculación Circulación inversa 43

44 Recirculación 44

45 Circulación inversa 45

46 Recirculación APLICACIONES - Liquidos que tienden a decantar o contienen sólidos en suspensión - Condiciones de trabajo cerca del punto de evaporación o congelación del fluido DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Anillos de fondo y restrictores - Separadores ciclónicos 46

47 Recirculación con separador ciclónico Fluido limpio Separador ciclónico 47

48 Montajes auxiliares Recirculación Circulación inversa Lavado 48

49 Lavado Anillo restrictor APLICACIONES - Líquidos sucios o pastosos - Problemas de alta o baja temperatura DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Anillos de fondo o restrictores OBSERVACIONES - El líquido ha de ser compatible con el fluido a trasegar y ser inyectado a mayor presión que la existente en la cañonera del cierre - El líquido se aporta directamente al producto trasegado. Esto, en ocasiones, puede no ser aceptable en el proceso 49

50 Montajes auxiliares Recirculación Circulación inversa Lavado Quench 50

51 Quench APLICACIONES - Problemas de temperatura en el cierre - Tendencia a la formación de depósitos solidos (carbonilla, etc.) - Barrera de seguridad en caso de escape del cierre - Fluidos que solidifican en contacto con el aire DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Cierre auxiliar 51

52 Montajes auxiliares Recirculación Circulación inversa Lavado Quench Montaje doble en tandem 52

53 Montaje doble en tandem Fluido a estanqueizar Cierre principal APLICACIONES - Líquidos peligrosos - Presiones muy altas - Necesidad de calentamiento o refrigeración del cierre Fluido barrera Cierre secundario Atmósfera DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Anillos de bombeo - Intercambiadores de calor 53

54 Montajes auxiliares Recirculación Circulación inversa Lavado Quench Montaje doble en tandem Montaje doble contrapuesto 54

55 Montaje doble contrapuesto Atmósfera Fluido a estanqueizar Fluido barrera Cierre principal APLICACIONES - Líquidos muy agresivos quimicamente - Líquidos muy viscosos - Gases - Líquidos peligrosos Cierre secundario DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Anillos de bombeo - Intercambiadores de calor - Depósitos presurizados 55

56 Cierres de cartucho 56

57 Cierres de cartucho simples 57

58 Cierre cartucho simple Sterling Tipo 303 Características Orificio de flushing= Refrigera las caras de roce Parte Fija autoalineante Muelles lado atmosférico Limites operativos : Presión : vacío a 30 bar Temperatura: hasta 200 ºC Materiales :Parte fija :grafito,c.tungsteno,sic Parte Rotante: Cerámica, Sic Aplicaciones: aguas residuales, aceites, productos químicos, farmacéuticos, bebidas Referencias : BASF, Bayer, SKF, Mercedes, Courtauls, ICI 58

59 Cierre exterior de cartucho 59

60 Cierre exterior de cartucho Limites operativos Pressure MPa 2 1,5 1 0, Dia. de eje mm Temperatura: C velocidad: 20 m/s Max. Diámetros de eje: hasta 100 mm Presión: 16 Bar Max Agua 60 C. Aceite 160 C. 60

61 Cierre tipo 301 Sterling (B o C) Tipo B anillo Grafito para Quench vapor Tipo C con reten para Quench liquido Aplicaciones: productos con partículas sólidas, productos químicos, farmacéuticos, bebidas 61

62 Cierres dobles de cartucho 62

63 Cartucho doble Sterling tipo 302 Cierre doble presurizado ( doblemente equilibrado) Limites operativos :30 bar (lado proceso o barrera) Acción de bombeo integrada Aplicaciones: Fluidos tóxicos, contaminantes y/o explosivos Referencias : BASF mas de 2500 bombas en Alemania, Bayer, SKF, Ciba, Croda, Courtauls, ICI 63

64 Selección de un cierre mecánico 64

65 Precauciones de montaje Excentricidad dinámica Concentricidad Perpendicularidad Acavados superficiales Aristas vivas 65

66 Causas de los fallos Incorrecta selección del cierre 9% Diseño defectuoso del circuito auxiliar19% Dificultades mecánicas 24% Problemas de funcionamiento 40% Otras causas 8% 66

67 Fallos Análisis de puntos débiles en los cierres convencionales Cierre de fuelle de elastómero Cierres con junta tórica Daños en el fuelle debido a: - deformación por efecto de la presión y/o temperatura - partículas cortantes en el producto - deformación por la fuerza centrífuga - bloqueo por sedimentos en el eje - deformación de la tórica por transmisión del par - daños en el montaje 67

68 Motivos de fallos Sedimentos En un cierre convencional, los sedimentos que se depositan sobre el eje, bloquean el anillo deslizante, afectando al empuje de los muelles y por tanto a la interferencia de las pistas de roce. Anillo deslizante 68

69 Motivos de fallos Desgaste por vibración En un cierre convencional, las vibraciones llegan a desgastar el eje bloqueando la junta tórica deslizante. Tórica deslizante 69

70 Motivos de fallos Suciedad en el producto En un cierre convencional, la suciedad del medio puede llegar a bloquear los muelles, impidiendo la movilidad axial de los mismos. Muelles 70

71 Cierres de fuelles metálicos 71

72 Motivos de fallos Rotura de las pistas Un elevado par de arranque puede producir roturas y grietas en la zona de sujeción de la pista de rodadura. 72

73 Motivos de fallos Presión La presión del medio puede producir una deformación de los anillos de rodadura, con el consiguiente desgaste de las pistas. 73

74 Motivos de fallos Presión La existencia de presión en el exterior de la bomba o depresión por efecto de la aspiración, obliga a montar un contraanillo para inmovilizar la pista fija. 74

75 Motivos de fallos Recirculación El diseño de un cierre convencional no permite una buena recirculación del fluido, favoreciendo la acumulación de gases entre las pistas con el consiguiente riesgo de funcionamiento en seco. 75

76 Motivos de fallos Daños en el montaje Posibilidad de dañar las pistas de roce durante el montaje 76

77 Fallos en los cierres mecánicos Huella Normal 77

78 Fallos en los cierres mecánicos Rastro Ancho - El eje gira excéntrico 78

79 Fallos en los cierres mecánicos Rastro Excéntrico: - La estacionaria no está centrada respecto al eje 79

80 Fallos en los cierres mecánicos Rastro no uniforme - Carbón deformado posiblemente por exceso de tensión de montaje. - Controlar alojamiento. Usar OR más blandas. 80

81 Fallos en los cierres mecánicos Desconchado Ø exterior - Vibración o daño de manipulación. En caso de vibración otras piezas lo acusarán también (chavetas, rodamientos, etc..) 81

82 Fallos en los cierres mecánicos Picaduras en el centro - Carbón de mala calidad - Tendencia a pegarse las caras en las paradas. 82

83 Fallos en los cierres mecánicos Desconchado Ø interior - Entrada de materiales extraños desde el exterior. - Trabajo cerca del punto de ebullición del fluido. 83

84 Fallos en los cierres mecánicos Acabado de disco fonográfico - Presencia de partículas sólidas. Estas han atravesado las caras. 84

85 Fallos en los cierres mecánicos Carbón roto - Vibraciones - Hinchamiento del elastómero - Excesiva tensión del carbón en el alojamiento. 85

86 Fallos en los cierres mecánicos Coquificación - Rastros de residuos sólidos negros parecidos al carbón, causados por temperatura elevada. - Se produce al contacto de aceites o hidrocarburos calientes con el aire. 86

87 Fallos en los cierres mecánicos Ataque químico - Elementos fuertemente oxidantes pueden atacar al carbón. - Productos como Oleum,Agua Regia, Ácido Nítrico, Peróxidos, Agua oxigenada, etc.. 87

88 Fallos en los cierres mecánicos Desgaste excesivo - Cara dura en mal estado - Trabajo en seco - Trabajo cerca del punto de evaporación del fluido - Compresión excesiva - PV excesivo 88

89 Fallos en los cierres mecánicos Cerámica agrietada - Enfriamiento brusco - Compresión excesiva 89

90 Fallos en los cierres mecánicos Cara dura agrietada - Calentamiento a temperaturas altas seguido de un enfriamiento brusco. - Rotura típica en cierres de Widia que trabajan eventualmente en seco 90