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Introducción a los cierres mecánicos

El cierre mecánico ha sido concebido como un dispositivo utilizado para realizar el sellado de ejes giratorios.

Es más efectivo que la empaquetadura tradicional, utiliza piezas recambiables y no desgasta ni origina cualquier otro efecto sobre los equipos donde se ha instalado.

En general, se puede decir, que los cierres mecánicos se instalan hoy en equipos y en condiciones ambientales muy similares, en los que las empaquetaduras fueron utilizadas en tiempos pasados. Con gran diferencia, la mayor utilización de los cierres mecánicos se realiza en las bombas para la industria y los siguientes comentarios, abiertos a una amplia interpretación, se refieren principalmente a dichos equipos.

El cierre mecánico

Un cierre mecánico, consiste esencialmente en dos superficies planas radiales, una montada sobre el eje giratorio y otra estacionaria, de tal forma, que el sellado se consigue mediante el contacto de una superficie sobre la otra.

Una de las superficies, tiene una posición fija, mientras que la contraria está dotada de una cierta flexibilidad radial y axial, a fin de compensar los movimientos del eje (muelle).

Esta flexibilidad axial hace posible el montaje del cierre mecánico dentro de unos límites prácticos sin necesidad de ser demasiado precisos. La precisión requerida para el montaje depende del tipo y diseño del cierre.

  • Instalación del cierre mecánico
  • Cierre comparado con empaquetadura

Para instalar cualquier tipo de cierre mecánico se debe saber como efectuar correctamente las siguientes cuatro fases:

  1. Determinar si la bomba o equipo está en buenas condiciones para usar un cierre mecánico.
  2. Colocar el cierre a su dimensión correcta de operación.
  3. Evitar el daño en las caras lapeadas del cierre.
  4. Evitar el daño en el elastómero.

Si cada una de estas operaciones se efectúa correctamente, el cierre trabajará después de su instalación.La vida del cierre dependerá de los materiales que se han escogido: (pueden no ser compatibles con el fluido); trabajo de la bomba; características del fluido (el fluido puede cristalizar, endurecerse, evaporarse, etc...); condiciones de operación (tales como temperatura, velocidad y presión); y las necesidades de controles ambientales, pero el cierre no debe fugar inicialmente. Si el cierre tiene la fuga inmediatamente después de su instalación, una de las cuatro condiciones mencionadas se ha hecho erróneamente.

Analicémoslas detalladamente una a una.

I. DETERMINAR SI LA BOMBA O EQUIPO ESTA EN LAS SUFICIENTES BUENAS CONDICIONES.

a) Comprobar el eje o camisa. - ¿Es uniforme y está libre de esquirlas, cantos agudos, y materiales ajenos al mismo? La mayoría de ejes requieren un acabado de 1 micra como mínimo (rectificado) - ¿Está dentro de tolerancias? Normalmente debe ser +0,00 mm -0,05 mm. - Si el eje va encamisado. ¿La junta de la camisa está en posición y cierra correctamente? Una fuga a través de la camisa es similar a la fuga del cierre. - ¿Qué excentricidad tiene? La excentricidad máxima que debe permitirse es de 0,025 mm, por cada 25 mm de diámetro. Si sobrepasa este valor, el eje debe estar torcido. - Si el eje o camisa está endurecido por algún método de aportación, los tornillos de fijación no se sujetarán. En este caso debe usarse un cierre de fijación por abrazaderas.

b) Comprobar la caja de estopadas. · ¿Tiene la cara de la caja de estopadas una superficie uniforme y es perpendicular al eje? Asegurarse de que el acabado sea el apropiado para la colocación de una junta. · Las bombas partidas amenudo tienen la cara de la caja de estopadas desigual. Debe igualarse la cara de las cajas de estopadas. · Comprobar si hay materiales extraños recubriendo el interior de la caja de estopadas. La pieza rotativa del cierre puede tocarles y hacer que se abran las caras. · Comprobar que la caja sea redonda y concéntrica al eje. · La tensión de las tuberías puede desalinear la caja de estopadas y ser la causa de un movimiento excesivo del cierre. · Si una parte de la pieza rotativa del cierre golpea o roza contra cualquier cosa estacionaria en la caja de estopadas, las caras se abrirán. También debe recordarse que si el eje en su rotación toca la pieza estacionaria, la dañará y el cierre fallará.

c) Comprobar la vibración. Entre la mayoría de las causas está:·Cavitación.· Desalineación del acoplamiento. - Rodete desequilibrado. · Líneas de recirculación tomadas de la descarga dirigidas a las caras lapeadas del cierre. · Vibración armónica inherente al equipo. · Vibraciones causadas debido a que las caras de cierre se pegan y deslizan alternativamente. Ocurre a menudo con los productos que se evaporan, como el agua de alimentación de calderas. Algunas bombas antiguas usan la empaquetadura como sistema de rodamientos. Estas bombas deben continuar usando empaquetadura. También debe tenerse cuidado con las bombas equipadas con cojinetes de fricción. Los cierres funcionan raramente en este tipo de equipos.

II. COLOCACIÓN DEL CIERRE A SU DIMENSIÓN CORRECTA DE TRABAJO.

a) El cierre no trabajará adecuadamente, salvo que el resorte o los resortes estén comprimidos en la cantidad correcta que asegure una carga apropiada sobre las caras. Asegurarse de comprobar el plano que se suministra normalmente con el cierre para encontrar la dimensión de instalación que de una compresión correcta en los resortes.

b) A continuación nombramos las causas más comunes de colocación de un cierre a una dimensión incorrecta: · El mecánico no tiene el plano. · Posteriormente a la instalación del cierre, se realizó un ajuste del impulsor. Deben realizarse los ajustes antes. · La camisa no estaba colocada en posición. En algunos casos, el impulsor comprime un anillo tórico en el fondo de la camisa. No puede hacerse manualmente. · Si se cambian algunas juntas, asegurarse que se usan del mismo espesor.

III. PREVENCIÓN DEL DAÑO EN LAS CARAS LAPEADAS.

a) Aseguraras que su suministrador embala el cierre apropiadamente. Las caras que son muy delicadas pueden dañarse en el envío o almacenamiento. Las caras deben llevar un recubrimiento de protección y deben guardarse en un buen material de embalaje que evite los golpes durante el envío y almacenamiento. Si se dañan las caras antes que las coloquen en la bomba, todo el cuidado que pueda tenerse a continuación, no servirá de nada. Se necesita un cristal óptico plano y una fuente de luz monocromática para comprobar la planicie de las mismas. La mejor protección es un buen embalaje.

b) No debe usarse ningún lubrificante en las caras lapeadas. Acostumbre a su personal a mantener cualquier material fuera de las caras.

c) No sobreapriete el prensaestopas, especialmente cuando se use una pieza estacionaria de colocación intermedia. Esta es la causa mayor de distorsión y daño en la cara.

d) No coloque líneas de recirculación tomadas de la descarga dirigidas directamente sobre las caras. Muchos fluidos de proceso contienen pequeñas cantidades de sólidos y abrasivos que pueden erosionar las caras. Si utiliza cierres equilibrados tales como el D-18, N80, B17, M12, E4B y otros, no necesitará líneas de recirculación.

e) Si debe limpiar las caras del cierre, use el fluido que debe cerrar, siempre que no contenga abrasivos. Algunos carbones pueden dañarse con disolventes pero esto no es problema con los carbones que suministra ESPASEME debido a su alta calidad. Lo más seguro es utilizar agua LIMPIA.

f) Si Vd. trata las caras de cierre como si fuesen una porcelana de gran valor, está en el buen camino. IV- PROTECCIÓN DEL ELASTÓMERO Los elastómeros pueden presentarse en todas las formas y tamaño (anillos tóricos, vaso en U, cuña, goma moldeada). También pueden conseguirse en una variedad de materiales (Teflón, Silicona, Vitón, Etileno-Propileno, Nitrilo, Neopreno, etc).

Sin tener en cuenta la forma o material deben seguirse varias reglas:

  • Usar el lubrificante recomendado por el fabricante del cierre. Algunos lubrificantes pueden dañar los elatómeros. La grasa de Silicona es la más segura.
  • Cada elastómero tiene un límite de temperatura. Asegurarse de que no excede esta temperatura. Si se sobrepase, el elastómero cogerá primero una "Compresión set" y se endurecerá y romperá eventualmente. Muchos diseños de cierres tienen elastómero colocado muy cerca de las caras de cierre, por lo tanto, no sólo estarán sufriendo la temperatura del fluido, sino además la creada por la fricción de las caras.
  • Cuando se desliza el cierre sobre el eje o camisa, debe cuidarse de que no se rasgue o corte el elastómero.

Sea cuidadoso con lo siguiente:

1. Ejes estriados: Forrarlos para cubrir las estrías.

2. Chaveteros de media luna: Forrarlos.

3. Escalones.: Biselar los cantos agudos.

4. Rebabas de tornillos de ajustes anteriores: Limarlos.

  • Algunos elastómeros pueden instalarse en ambas direcciones, diseños tales como los Chevrons, cuñas, vasos en U, etc., son unidireccionales (cierran únicamente en una dirección).Asegurarse de que se ponen correctamente.
  • Es muy delicado trabajar con Teflón (realmente no es un elastómero. No tiene elasticidad). Algunas veces es una ayuda ablandar el Teflón antes de instalar el cierre.

Si realiza esta cuatro cosas correctamente:

1. Comprobar la bomba.

2. Colocar el cierre en la dimensión correcta de trabajo.

3. No dañar las caras lapeadas.

4. No dañar el elastómero.

El cierre no goteará en su instalación, la vida del mismo dependerá de otros factores:

1. Materiales de cierre.

2. Temperatura, presión, velocidad.

3. Trabajo del equipo.

4. Características del fluido (evapora, cristaliza, endurece, etc...).

Pero aunque los materiales sean erróneos y se necesiten un control ambiental para prolongar la vida, el cierre no fugará durante un corto plazo de tiempo. Si el cierre fuga inmediatamente después de su instalación, debe comprobar los cuatro conceptos citados. Una fuga inmediata es la más fácil de corregir.

Recordar lo siguiente respecto a la fuga de un cierre, la fuga entre las caras tiende a mejorar o a empeorar. Una fuga constante, raras veces está causada por las caras de cierre.Casi siempre las causas son los elastómeros o juntas. Si encuentra que el cierre no fuga cuando el eje está parado, pero empieza a fugar cuando se hace girar manualmente, puede presumir que la cara estacionaria está distorsionada o desalineada. Es una condición común con las bombas de doble extremo, partidas horizontalmente que se convierten a cierre mecánico. Una solución con los cierres de pieza estacionaria intermedia es aflojar las tuercas del prensa para eliminar la distorsión.

Existe una tendencia definitiva hacia los cierres mecánicos en la industria de hoy. Se puede observar en el número de bombas nuevas que se suministran con cierres mecánicos y el incremento de bombas con empaquetadura que se transforman a cierre.

Las siguientes razones son las respuestas más comunes que se han obtenido.

1. POLUCION Las leyes anti-polución no toleran que la fuga de las bombas de proceso contaminen los ríos y el medio ambiente. El tratamiento de los desechos se hace también cada vez más caro.

2. COSTE DEL PRODUCTO Una gota constante del uso de empaquetadura puede representar de 80 a 100 litros diarios. El coste de muchos productos pueden sobrepasar el de los cierres necesarios para evitar el goteo.

3. CONSUMO DE ENERGÍA Un cierre mecánico, consume una sexta parte de la energía que consume una empaquetadura. La fricción de la empaquetadura sobre el eje o camisa es similar a la conducción de un automóvil con el freno de mano puesto.

4. COSTE DE COJINETES La causa principal del fallo de rodamiento, es por contaminación más que por sobrecarga. La manera más fácil de contaminarlo es por la fuga de la empaquetadura. Parar la fuga representa parar muchos fallos de cojinete.

5. COSTE DE LIMPIEZA Alguien tiene que limpiar la suciedad y corrosión causadas por el goteo del producto. Algunas plantas usan mangueras de agua para lavar toda la zona. La pintura, reparación del suelo, etc., están relacionadas directamente con la fuga por la empaquetadura. Las bombas de ácidos pueden causar serios problemas de corrosión.

6. SERVICIO DE VACIO Las bombas elevadoras y de condensado, tienen que trabajar a menudo en condiciones de vacío. El camino más fácil de introducir oxígeno en una caldera de agua es a través de la caja de estopadas de una bomba de condensados. Un cierre mecánico, pueden parar esta entrada. La empaquetadura de las válvulas es otra cosa. Hay que asegurarse de que se usan empaquetaduras correctas en las válvulas.

7. BOMBAS VERTICALES Los vapores que suben de la caja de estopadas en una bomba vertical van directamente a los rodamientos y motores eléctricos.

8. COSTE DE CAMISAS O EJES Los cierres mecánicos, no pueden dañar a los ejes o camisas. También hay que recordar que el coste mayor en el reemplazo de un eje o camisa es la parada y trabajo asociados con el cambio.

9. ENTRENAMIENTO Empaquetar una bomba es un arte, no es una ciencia. La vida de la empaquetadura está directamente relacionada con la persona que ha empaquetado la bomba. Es mucho más fácil enseñar a una aprendiz como colocar un cierre mecánico, que enseñarle a cortar, poner, apretar y ajustar la empaquetadura para conseguir la vida máxima.

10. LÍMITES DE VELOCIDAD Las empaquetaduras tienen su límite de velocidad, por ejemplo las de Teflón en 6 m/s. Para usos normales no hay límite en los cierres mecánicos. Se han usado cierres hasta velocidades de hasta 200 m/s.

11. ALTAS PRESIONES Los cierres pueden trabajar en vacío y a presión. Los cierres trabajan en ambos servicios.

12. AUTO-AJUSTABLES Muchas plantas no tienen la mano de obra necesaria para vigilar y ajustar la empaquetadura. Una vez instalado un cierre mecánico, no precisa posteriores ajustes.

 

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