Conozca los sellos de su bomba: Criterios para la selección de empaquetadura de compresión

Los productos de sellado además de prevenir las fugas contribuyen significativamente a la longevidad, la eficiencia y el rendimiento de las bombas. Sin embargo, con la infinidad de opciones de sellado disponibles en el mercado, elegir la adecuada puede ser una tarea dispendiosa. Comprender los criterios de selección de sellado es fundamental para garantizar un rendimiento óptimo de las bombas en los diferentes sectores industriales.

A continuación los criterios esenciales para la selección de la empaquetadura de las bombas:

Por: Angelica Pajkovic, Teadit y Kristo Naude, McMille

Confiabilidad.

Las fallas en las bombas industriales generalmente ocurren debido a problemas en una de tres áreas principales: el sistema de sellado, el sistema de cojinetes o los componentes hidráulicos. En particular, los sistemas de sellado y empaque a menudo requieren mantenimiento y experimentan tiempos de inactividad debido a fugas o desgaste excesivo.

Si bien algunos problemas de sellado se pueden mitigar mediante el mantenimiento preventivo, otros problemas de sellado ocurren inesperadamente y pueden comprometer gravemente la confiabilidad del proceso. Las consecuencias de una bomba fuera de servicio debido a un empaque defectuoso pueden tener un impacto significativo tanto en la producción de una instalación como en el activo mismo.

Los ejes de bomba dañados y la instalación incorrecta son causas comunes de fallas en sellos y empaquetaduras que pueden provocar fugas peligrosas, falta de cumplimiento de las regulaciones estándar de seguridad, así como impactos económicos en la producción de una línea de producción. Por lo tanto, los operadores deben conocer los factores clave a considerar antes de seleccionar una solución de sellado para mitigar estos riesgos.

Tipos de sellos de bomba

Antes de considerar los criterios de selección específicos para el sello de una bomba, es importante comprender los tipos de opciones de sellado disponibles. Hay tres tipos principales de sellos de bomba: sellos de empaquetadura de compresión, sellos mecánicos y sellos de eje radial.

Los sellos de empaquetadura de compresión, que consisten en materiales de empaquetadura trenzados o moldeados como grafito, politetrafluoroetileno (PTFE), fibras de aramida u otras fibras sintéticas, a menudo incorporan lubricantes de asentamiento para mejorar su rendimiento de sellado y su longevidad. Si bien los sellos de empaque son ideales para aplicaciones donde se permiten fugas menores, como en plantas de tratamiento de agua potable, tratamiento de  aguas residuales, fábricas de pulpa y papel y plantas de procesamiento de minerales, la incorporación de anillos de linterna y sistemas de inyección de agua ofrece una solución para escenarios donde incluso una fuga mínima no es un opción.

Los sellos mecánicos suelen utilizar una cara giratoria y otra estacionaria para crear un sello. El propósito del sello mecánico es controlar las fugas desde el prensaestopas o la cámara de sellado y evitar que el aire regrese a la bomba. Los elementos de sellado primarios incluyen un anillo giratorio y un anillo estacionario. Estos se emplean ampliamente en aplicaciones donde es fundamental evitar fugas de fluidos peligrosos o costosos, como en el procesamiento de sustancias químicas.

Los sellos de labio, también conocidos como sellos de eje radial, se utilizan principalmente para evitar la entrada de contaminantes y retener lubricantes en aplicaciones de eje giratorio. Son opciones rentables, comúnmente fabricadas con elastómeros como el caucho de nitrilo butadieno (NBR) y están disponibles en diseños con y sin resorte. Estos sellos están ubicados entre componentes giratorios y estacionarios. Tienen una cubierta exterior cilíndrica con un ajuste de interferencia que sella estáticamente contra el orificio de la carcasa y un labio de sellado que sella dinámica y estáticamente contra el eje. Se utilizan ampliamente en industrias como la de fabricación de automóviles, la industria de generación de energía eléctrica, la aeroespacial y la de procesamiento de alimentos.

Para bombas que manejan agua o fluidos menos peligrosos a presiones más bajas, el empaquetamiento sigue siendo la opción más práctica y rentable. Por lo tanto, si bien los sellos mecánicos se prefieren en ciertos escenarios, la empaquetadura trenzada suele ser la solución de sellado ideal para la mayoría de las aplicaciones de bombas.

Criterio de selección

Elegir la empaquetadura correcta implica considerar varios factores para cumplir con los requisitos específicos de la aplicación y el tipo de fluido que se maneja. Para determinar qué tipo de sello es mejor para una aplicación particular, es importante considerar los siguientes criterios de selección. Cada factor influye en el rendimiento y la longevidad del sello, lo que guía a los ingenieros a la hora de tomar decisiones informadas.

Condiciones de operación

Es importante determinar la temperatura, la presión, la velocidad del eje y la criticidad específica del servicio, que varían de una industria a otra. Cada uno de estos factores puede influir en el rendimiento y la longevidad de los sellos de la bomba. Por ejemplo, los productos químicos corrosivos pueden requerir empaquetaduras fabricadas con materiales resistentes a la corrosión, mientras que las altas temperaturas pueden requerir sellos capaces de soportar la gradación térmica.

Compatibilidad de fluidos

Como muchos materiales son susceptibles a los medios con los que interactúan, garantizar la compatibilidad con los fluidos es esencial al seleccionar un producto de sellado. El contacto con productos químicos específicos puede provocar la degradación del material o provocar reacciones adversas, que pueden generar fallos prematuros. Realizar una evaluación exhaustiva de las propiedades del fluido, como el pH, la viscosidad y la composición química, es esencial para elegir un material de sellado que ofrezca una compatibilidad óptima. Otros factores a considerar incluyen corrosividad, abrasividad, toxicidad, presión de vapor y punto de ebullición.

Los fluidos abrasivos pueden acelerar el desgaste del sellado, mientras que los fluidos viscosos pueden requerir diseños de sellos especializados para evitar fugas. Para fluidos tóxicos o peligrosos, la contención y la prevención de fugas son primordiales, lo que requiere sellos con alta confiabilidad y tolerancias estrictas.

Compatibilidad del material del sello

Es importante considerar cómo reacciona un material al fluido al que está expuesto. Los materiales del sello entrarán en contacto con el fluido del proceso y, por lo tanto, deben cumplir con los requisitos de servicio en el medio. El servicio de agua potable requiere el uso de un material certificado por la Fundación Nacional de Saneamiento (NSF) -61, mientras que otros servicios de consumo humano pueden requerir productos que cumplan con la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) o con los códigos de USA Clase VI de la Farmacopea (USP). Los materiales de sellado que no cumplan con estas estrictas pautas podrían comprometer la integridad del medio que se procesa.

Material de sellado y expansión térmica 

La fricción entre el material de empaque y el eje de la bomba genera calor durante la operación, lo que hace que el empaque se expanda térmicamente. Si el coeficiente de expansión térmica del empaque difiere sustancialmente del del acero de la bomba, puede iniciar un ciclo de temperaturas crecientes y tensiones internas. 

Esta disparidad puede provocar un aumento del par del eje y el riesgo de quemar la empaquetadura. Por el contrario, durante la fase de enfriamiento, la contracción del material puede disminuir la tensión del prensaestopas, lo que puede aumentar las tasas de fuga.

Este problema es particularmente notable con las empaquetaduras de PTFE puro, que tienen un coeficiente de expansión térmica aproximadamente 12 veces mayor que el del acero. Las investigaciones indican que el uso de empaquetaduras de PTFE diseñadas con rellenos que se alinean más estrechamente con los del acero, como sulfato de bario y grafito, es una forma muy efectiva de combatir este efecto.

Tolerancia a las fugas

El nivel aceptable de fugas o emisiones fugitivas debe determinarse en función de las regulaciones de la industria, consideraciones ambientales y estándares de seguridad. Los sellos con mecanismos de control de fugas más estrictos, como sellos mecánicos o empaquetaduras de bajas emisiones, pueden ser necesarios para aplicaciones donde es imprescindible una fuga mínima.

Los sellos también deben cumplir con las normas y certificaciones pertinentes para resistir las demandas operativas y contribuir a un entorno de trabajo seguro. Se deben considerar factores como la resistencia al fuego, las propiedades antiexplosivas y el cumplimiento de las normas ambientales.

Consideraciones de costo y ciclo de vida

Más allá de los costos de instalación inicial, mantenimiento y ciclo de vida, hay consideraciones importantes en la selección de sellos. Los sellos que requieren reemplazo frecuente o mantenimiento extenso pueden generar tiempo de inactividad y mayores gastos operativos. Optar por sellos con intervalos de servicio más prolongados o aquellos que ofrecen un mantenimiento sencillo puede contribuir al ahorro de costos generales durante la vida útil del sistema de bomba. También es importante considerar las posibilidades de adaptación del empaque, la disponibilidad de soporte técnico, la garantía, el servicio posventa y la reputación del proveedor.

Tipo de bomba

La función prevista de la bomba tiene un impacto significativo en el tipo de bomba que se utiliza para cualquier aplicación. Por lo tanto, es importante considerar los requisitos específicos de cada tipo de bomba. Los tipos de bombas más comunes incluyen: rotodinámicas, centrífugas, de flujo axial, de flujo mixto, de émbolo/pistón, de diafragma, de engranaje y de tornillo.

Evitar errores comunes en el sellado de bombas implica un análisis inicial exhaustivo durante la instalación y las inspecciones periódicas pueden ayudar a mitigar posibles problemas antes de que se agraven.

Pensamientos finales

Los sellos confiables son componentes indispensables de las bombas industriales, lo que afecta su eficiencia, confiabilidad y rendimiento general. Al comprender los factores que influyen en la selección de sellos e implementar las mejores prácticas en mantenimiento y operación, las industrias pueden mitigar los riesgos asociados con fallas en los sellos y optimizar la vida útil de sus sistemas de bombeo.

Mientras uno navega por las complejidades de los procesos industriales, no se puede subestimar el papel del empaque de compresión o empaquetadura para garantizar un funcionamiento fluido. Con la atención adecuada y el cumplimiento de las mejores prácticas, se puede mantener la confiabilidad de las bombas, contribuyendo a operaciones industriales más seguras y eficientes.

También te puede interesar: Héroes del mantenimiento

Referencias

1. pumpsandsystems.com/sites/default/files/webinars/2017/0606/Seals101-GrundfosWebinar.pdf

2. skf.com/ca/en/products/industrial-seals/power-transmission-seals/radial-shaft-seals

3. PVP2011-57751, The Influence on the Stuffing Box of the Forces Generated by Packing Thermal Expansion]