Cierre mecánico
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Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Sistemas de estanqueidad en equipos rotativos Cierres mecánicos 1 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres mecánicos. 2 Sistemas de cierres en bombas Cierre mecánico Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Caja de rodamientos Impulsión Rodete Empaquetadura trenzada Aspiración Prensaestopas 3 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Sistemas de estanqueidad para ejes rotativos Sistema de cierre Presión máxima Tipo de fluido Observaciones Empaquetadura trenzada Hasta 50 bar Cualquiera Productos abrasivos (seleccionando bien producen desgaste los materiales) en el eje. Necesario control de goteo Retén de grasa 0.5 bar (25 bar con diseños especiales) Lubricantes (aceites y grasas) Cierre mecánico Hasta 50 bar Cualquiera Productos (seleccionando bien especiales requieren los materiales) montajes auxiliares. 4 Equipos rotativos Cierres mecánicos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Retenes Cierres de laberinto 5 Cierres mecánicos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierre mecánico multimuelle 6 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierre dinámico Superficies Lapeadas 0,3 µm 8 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Criterios de clasificación • Sentido de giro 9 Sentido de giro Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Muelle cilíndrico o multimuelles. Sentido alternativo Muelle cónico. Sentido único 10 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Criterios de clasificación • • Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado 11 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres equilibrados Forma U Cierre no equilibrado Ah AG Forma B Cierre equilibrado Ah AG 12 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Criterios de clasificación • • • Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte 13 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Tipos de resortes Muelle cónico. Muelle cilíndrico. Muelle multimuelle. Fuelle metálico 14 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Criterios de clasificación • • • • Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte Tipo de cierre secundario 15 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierre secundario 1 - Cuña de PTFE 2 - Tóricas 3 - Fuelle de elastómero 1 2 3 16 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Criterios de clasificación • • • • • Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte Tipo de cierre secundario Montaje interior o exterior 17 Montaje interior / exterior Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Atmósfera Lado del fluido Atmósfera Cierre exterior Cierre interior Lado del fluido 18 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Criterios de clasificación • • • • • • Sentido de giro Equilibrado / No equilibrado Tipo de resorte Tipo de cierre secundario Montaje interior o exterior Norma dimensional 20 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Normas dimensionales Existen cuatro normas dimensionales: Italiana DIN Alemana. Pulgadas Las más habituales en España son la Italiana y la D.I.N. 21 Espacios de montaje según DIN 24960 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Espacio de montaje según Din 24960 Forma U Cierre no equilibrado Ah AG Forma B Cierre equilibrado Ah AG 22 Denominación Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 XXXXX - ### - Y - ZZZZZ Modelo Medida R (Dcha) (mm) L (Izqda) Cara rotante Código de materiales Cara fija Elastómeros Resortes Otras partes metálicas Ejemplo: CM2K - 033 - R - FBVGF 23 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Materiales • • • • • 1 cara de roce parte rotante 2 cara de roce parte fija 3 cierre secundario 4 muelles 5 partes metálicas 24 Materiales de las caras de roce Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Materiales caras de roce Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Los más comunes Carburo de silicio. Q Carburo de Tungsteno, “Widia”. U Óxido de aluminio. V Óxido de esteatita. X Carbón+resina. B Carbón+Antimonio. A Acero inox. Tipo AISI - 304. F Acero inox. Tipo AISI - 316. G 26 Características de los materiales Ca rb .T un gs . Ca rb .S i Es te al ite Ni Al ea c. Propiedades Br on ce Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Características de los materiales Dureza 170 275 500 1600 2000 2500 Coeficiente de fricción 0,4 0,2 0,4 0,6 0,17 0,12 Módulo de elasticidad 16 23 30 53 85 58 Conductividad térmica 47 20 16 20 73 181 10,1 6 6 5 3,3 2,4 Dilatación Shock térmico malo malo pobre pobre pobre Excelente Resistencia a la corr. pobre pobre bueno muy buenobueno Excelente 27 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 - 304 / 316 - Grafito. 28 Materiales para estanqueidad secundaria Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Materiales elásticos NBR ( acrilnitrilo butadieno) B EPDM ( etileno propileno ) E FPM ( caucho fluor ) V FFPM ( perfluorelstómero ) K CR ( caucho de cloropreno ) N VMQ ( silicona ) S FEP/FPM ( tórica encapsulada ) M Materiales no elásticos Grafito G PTFE T 29 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Clasificación, gama standard Cierres compactos. Cierres de muelle cónico. Cierres de muelle cilíndrico. Cierres multimuelle. Cierres de fuelle metálico. Cierres de cartucho. 30 Cierres compactos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 U - Carburo Tungsteno Q - Carburo Silicio E - Acero al Cromo X -Cerámica Cierre secundario: P (NBR) V (FPM) Resortes y o.p.m.: F (AISI-304) 31 Cierres de muelle simple Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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) V (FPM) K (FFKM) M (FEP) Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 F - AISI-304 32 Cierres de muelle simple equilibrados Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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) V (FPM) K (FFKM) M (FEP) Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 F - AISI-304 33 Cierres de muelle cilíndrico Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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) Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 CM15 CM15K 34 Cierres de muelle cilíndrico Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 B - Carbón G - AISI-316 Cierre secundario: P (NBR) E (EPDM) V (FPM) Resortes y o.p.m.: G - AISI-316 35 Cierres multimuelles Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres multimuelle no equilibrados Tipo C5K 36 Cierres multimuelle Cierre de muelles protegidos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 AX 40 LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 2.5 Mpa (25 bar) - Temperatura admisible:-40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s 37 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 AG. Al ser Ah AG 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 Cierres multimuelle equilibrados Cierre de muelles protegidos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 SMI LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 3 Mpa (30 bar) - Temperatura admisible: -40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s 39 Cierres de fuelle metálico Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 BA 380 LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 2 Mpa (20 bar) - Temperatura admisible: -40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 25 m/s 40 Montaje interior / exterior Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Atmósfera Lado del fluido Atmósfera Cierre exterior Cierre interior Lado del fluido 41 Cierres exteriores Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 SME LIMITES OPERATIVOS - Presión de trabajo: 3 Mpa (30 bar) - Temperatura admisible:-40 a +260ºC - Velocidad tangencial: < 20 m/s 42 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Montajes auxiliares • Recirculación • Circulación inversa 43 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Recirculación 44 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Circulación inversa 45 Recirculación Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Recirculación con separador ciclónico Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fluido limpio Separador ciclónico 47 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Montajes auxiliares • Recirculación • Circulación inversa • Lavado 48 Lavado Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 APLICACIONES - Líquidos sucios o pastosos - Problemas de alta o baja temperatura DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Anillos de fondo o restrictores OBSERVACIONES Anillo restrictor - 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Montajes auxiliares • Recirculación • Circulación inversa • Lavado • Quench 50 Quench Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Montajes auxiliares • Recirculación • Circulación inversa • Lavado • Quench • Montaje doble en tandem 52 Montaje doble en tandem Fluido a estanqueizar Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Atmósfera Fluido barrera Cierre principal Cierre secundario APLICACIONES DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS - Líquidos peligrosos - Presiones muy altas - Necesidad de calentamiento o refrigeración del cierre - Anillos de bombeo - Intercambiadores de calor 53 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Montajes auxiliares • Recirculación • Circulación inversa • Lavado • Quench • Montaje doble en tandem • Montaje doble contrapuesto 54 Montaje doble contrapuesto Atmósfera Fluido barrera Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fluido a estanqueizar 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres de cartucho 56 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres de cartucho simples 57 Cierre cartucho simple Sterling Tipo 303 Características Orificio de flushing= Refrigera las caras de roce Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 •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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierre exterior de cartucho 59 Cierre exterior de cartucho Limites operativos Pressure MPa Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 2 1,5 1 0,5 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Dia. de eje mm Temperatura: -20 - 160˚C velocidad: 20 m/s Max. Diámetros de eje: hasta 100 mm Presión: 16 Bar Max Agua 60 C. Aceite 160 C. 60 Cierre tipo 301 Sterling (B o C) Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Tipo B anillo Grafito para Quench vapor Tipo C con reten para Quench liquido Aplicaciones: productos con partículas sólidas, productos químicos, farmacéuticos, bebidas 61 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres dobles de cartucho 62 Cartucho doble Sterling tipo 302 Cierre doble presurizado ( doblemente equilibrado) Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Selección de un cierre mecánico 64 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Precauciones de montaje • • • • • Excentricidad dinámica Concentricidad Perpendicularidad Acavados superficiales Aristas vivas 65 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Fallos Análisis de puntos débiles en los cierres convencionales Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierre de fuelle de elastómero 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 Cierres con junta tórica - bloqueo por sedimentos en el eje - deformación de la tórica por transmisión del par - daños en el montaje 67 Motivos de fallos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Motivos de fallos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Desgaste por vibración En un cierre convencional, las vibraciones llegan a desgastar el eje bloqueando la junta tórica deslizante. Tórica deslizante 69 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Cierres de fuelles metálicos 71 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Motivos de fallos Daños en el montaje Posibilidad de dañar las pistas de roce durante el montaje 76 Fallos en los cierres mecánicos Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Huella Normal 77 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Rastro Ancho - El eje gira excéntrico 78 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Rastro Excéntrico: - La estacionaria no está centrada respecto al eje 79 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Rastro no uniforme - Carbón deformado posiblemente por exceso de tensión de montaje. - Controlar alojamiento. Usar OR más blandas. 80 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Picaduras en el centro - Carbón de mala calidad - Tendencia a pegarse las caras en las paradas. 82 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Desconchado Ø interior - Entrada de materiales extraños desde el exterior. - Trabajo cerca del punto de ebullición del fluido. 83 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Acabado de disco fonográfico - Presencia de partículas sólidas. Estas han atravesado las caras. 84 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Carbón roto - Vibraciones - Hinchamiento del elastómero - Excesiva tensión del carbón en el alojamiento. 85 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 Fallos en los cierres mecánicos Cerámica agrietada - Enfriamiento brusco - Compresión excesiva 89 Cierres mecánicos Olivera Junio 2009 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
