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May 08, 2024

Tecnologías avanzadas de cara de sello que reducen costos y huella de carbono

La selección adecuada de la cara del sello mecánico es esencial para eliminar fugas en bombas y otros equipos rotativos. Los beneficios de elegir la cara adecuada van mucho más allá de mejorar el tiempo medio entre

La selección adecuada de la cara del sello mecánico es esencial para eliminar fugas en bombas y otros equipos rotativos. Los beneficios de elegir la cara adecuada van mucho más allá de mejorar las tasas de tiempo medio entre fallas (MTBF).

Las caras de los sellos mecánicos vienen en una variedad de materiales y diseños de composición. El material de la cara debe resistir la abrasión y el desgaste. El material de revestimiento duro más utilizado es el carburo de silicio, seguido del carburo de tungsteno y el óxido de aluminio, por nombrar algunos. Además, el diseño de la cara debe complementar el tipo de sello para la aplicación, incluidas configuraciones convencionales, con empujador, sin empujador, desequilibrado, equilibrado o de cartucho.

Sin embargo, existen dos materiales de la cara del sello y tecnologías de diseño de eficacia probada que pueden eliminar las conjeturas en el proceso de selección. Estas opciones extienden el MTBF del sello de semanas a, a menudo, años, y reducen los costos de agua, energía y capital, al tiempo que ayudan a las empresas a reducir su huella de carbono.

Entre los materiales frontales más avanzados y duraderos se encuentra el diamante ultrananocristalino (UNCD) o tecnología de cara de sello de diamante. Este tratamiento facial (una fina película de diamante) se genera a partir de una película de diamante mediante deposición química de vapor en la cara de sellado. El sustrato más utilizado para el tratamiento de la cara del diamante es el carburo de silicio sinterizado. Gracias a los últimos avances, la película de diamante también se está utilizando sobre sustratos de carburo de tungsteno.

Hoy en día, más de 60.000 componentes que utilizan tratamientos frontales con diamante se han implementado en todo el mundo en diversas aplicaciones desafiantes, incluidas lodos abrasivos, medios químicamente reactivos, entornos con poca lubricación, aplicaciones de funcionamiento en seco intermitentes y medios sensibles a la temperatura.

No deben confundirse con los tratamientos faciales microcristalinos que solo se pueden usar con otra superficie de contacto de diamante, los tratamientos faciales UNCD también se pueden ejecutar contra contracaras de carburo de silicio o carburo de tungsteno y reducen los costos asociados con el equipo auxiliar.

UNCD tiene una serie de propiedades que lo convierten en un material de sellado beneficioso para muchas aplicaciones. El bajo coeficiente de fricción permite que la cara del sello sobreviva condiciones de baja lubricidad y funcionamiento en seco intermitente, reduciendo también la generación de calor y el consumo de energía. Como material excepcionalmente duro, su resistencia a la abrasión lo hace ideal para aplicaciones de partículas abrasivas y lodos. La resistencia química de UNCD protege las caras del sello y les permite funcionar incluso en álcalis y ácidos fuertes.

También reducen la huella de carbono de la aplicación al minimizar el desperdicio de agua y reducir la pérdida de energía. Dependiendo de las condiciones, la sola reducción del consumo de energía del motor puede dar como resultado un período de recuperación de la inversión de menos de 12 meses.

Un ejemplo reciente que destaca los beneficios de un tratamiento frontal con diamante tuvo lugar en una planta de fabricación de madera contrachapada de los Estados Unidos. La temperatura del agua caliente (315 F a 325 F), junto con la generación de calor de las caras del sello, provocó que las juntas tóricas del sello mecánico fallaran en solo unas semanas.

La planta quería aumentar la confiabilidad de los sellos y al mismo tiempo mantener su plan de lavado de sellos del Plan 11. A las pocas semanas de agregar caras tratadas con diamante en los sellos de cartucho universal, la instalación logró un retorno de la inversión para la actualización del sello. Mantener el Plan 11 de descarga existente le ahorró a la planta casi $6,000 en costos de equipo, material e instalación. Al eliminar la necesidad de un refrigerante, la planta también evitó un aumento de más de $3000 y hasta 2,1 millones de galones en el uso anual de agua, sin mencionar la mejora del MTBF a 14 meses.

Utilizada durante décadas en muchas industrias en todo el mundo, la tecnología de cara de sello de bombeo ascendente (USP) reduce la cantidad de agua utilizada para enfriar y limpiar un sello. En comparación con las soluciones más tradicionales, esto puede reducir el uso de agua de 2 a 3 galones por minuto a 3 a 5 galones por día. USP combina los beneficios de los sellos dobles presurizados y no presurizados, brindando la protección ambiental de una disposición de doble sello con la seguridad inherente de una disposición de sello en tándem. La elevación activa empuja el fluido amortiguador de baja presión hacia el fluido de proceso de mayor presión, aprovechando los conceptos de sellado presurizado y despresurizado.

Reemplaza los sellos convencionales con una bomba de alta presión y bajo volumen. La bomba impulsa una pequeña cantidad de líquido amortiguador a lo largo del camino normalmente sellado por las caras del sello mecánico y hacia el lado del producto. Debido a que el lado del producto tiene una presión más alta que el líquido amortiguador, se dice que este sello es una bomba aguas arriba.

El patrón de ranura en espiral de la cara USP es un sistema generador de presión y actúa como un impulsor. Dirige el fluido de barrera hacia el diámetro exterior, encontrando la resistencia del dique de sellado y aumentando la presión. Esto hace que la cara montada de forma flexible se levante activamente, estableciendo el espacio de sellado. En este modo sin contacto, el líquido se bombea desde una región de baja presión a una región de alta presión.

La tecnología USP elimina sistemas de soporte complejos y costosos, lo que ahorra dinero y reduce el desperdicio de agua. Por ejemplo, una empresa líder en petróleo y gas quería reducir los costos de operación. La compañía examinó de cerca una de sus operaciones en un campo petrolero en tierra y descubrió altos índices de consumo de agua y energía.

El campo petrolero empleó inyecciones de agua para impulsar la recuperación de petróleo de los yacimientos existentes, empleando un proceso de extracción que utilizó grupos de inyectores de agua para extraer petróleo de los yacimientos. El campo petrolero se centró en 10 bombas de inyección de agua que funcionan con sellos dobles mecánicos tradicionales.

Un análisis de costos mostró que el operador del campo petrolero podría ahorrar cerca de $2 millones en seis años reemplazando los sellos convencionales de las bombas con tecnología frontal USP. Además, se podría lograr un retorno de la inversión después de los primeros dos años y las bombas funcionarían con un 90% menos de presión (8 bar), una mejora de seguridad con respecto a la presión de 120 bar con los sellos dobles.

El material y el diseño de la composición de la cara son fundamentales para el rendimiento del sello mecánico. Los sellos mecánicos que incorporan tratamientos UNCD brindan beneficios de ahorro de costos para muchas aplicaciones, que van desde condiciones de lubricación deficientes que se encuentran en agua caliente hasta aplicaciones químicas y abrasivas fuertes que se encuentran en el procesamiento de minerales y la minería.

Un diseño de cara de sello USP reduce las fugas del sello a la atmósfera en comparación con un sello doble presurizado. Ofrece un sistema de soporte simple que garantiza la lubricación de la cara sin el costo de un sistema de barrera presurizado. También elimina el lavado de la cara del sello para disipar el calor del mismo, reduce el uso de agua, aborda los desafíos de baja presión del suministro de agua y reduce el consumo de energía y la generación de calor.

Adam Slade es gerente de producto global de John Crane. Para obtener más información, visite johncrane.com.