210324778 curso de empaquetaduras y sellado 2013

Curso Avanzado de

Empaquetaduras y

Sellado 2013.Grupo Carrara México.

FUNDAMENTOS DE EMPAQUETADURAS DE COMPRESIÓN

Movimientos a Sellarse.

Las empaquetaduras de compresión son sin lugar a dudas, los dispositivos de sellado más antiguos,

usados para retener fluidos, gases y otros medios de proceso bajo presión. De la misma manera, la

empaquetadura de compresión es el componente de sellado actualmente más usado en la industria y

menos entendido.

Las empaquetaduras de compresión no solamente sellan un tipo de movimiento, sino cuatro tipos separados Estos movimientos son el rotativo,

alternativo, helicoidal y oscilante.

Movimientos a Sellarse.

Las primeras empaquetaduras de compresión fueron fabricadas en formas rusticas de materiales fibrosos derivados del lino, algodón yute cáñamo, etc. Hoy en día son embargo, las

empaquetaduras de compresión se fabrican con materiales antes ni soñados por los precursores de esta industria.

Desgraciadamente, los dispositivos de sellado más antiguos, son los menos entendidos. Es practica común apretar un collarín o casquillo prensaestopas a la mínima señal de fuga, sin tomar

en cuenta las condiciones del equipo o de la empaquetadura de compresión. Pocos operarios de plantas, encargados de servicio y mantenimiento. Han aprendido los requisitos

y funciones básicos de una empaquetadura de compresión. Es de suposición general que un mecánico de mantenimiento sepa como empaquetar una pieza en un equipo.

Requisitos de la empaquetadura.

• Para funcionar, una empaquetadura de compresión debe poseer ciertas propiedades básicas.

• Las propiedades físicas deseables en una

empaquetadura de compresión son la elasticidad, resistencia química y resistencia física.

• La elasticidad le proporciona a la empaquetadura la

capacidad de ser introducida en una caja y ser ligeramente deformada para moldearse a las superficies de sellado.

Además, la elasticidad asegura que la empaquetadura pueda volver a su forma o recobrarse de la compresión radial causada por la deflexión del eje.

Requisitos de la empaquetadura.

En una aplicación dinámica, las fugas a niveles controlados son benéficas al funcionamiento general del equipo. Si se impiden las fugas totalmente, se sangra el lubricante primario en la empaquetadura de compresión.

Las nuevas empaquetaduras auto lubricantes, que podrían no contener lubricantes, pueden general temperaturas muy altas cuando no se permiten las fugas y podrían fundir el eje o la camisa del mismo.

La fricción aumenta con el aumento de la temperatura, y es una causa principal de la falla de al empaquetadura de compresión y de daños al equipo.

Definición y requisitos básicos de una empaquetadura de compresión

•El control de las perdidas de fluidos, es esencial para la operación efectiva de equipos mecánicos utilizados en el manejo de fluidos.

• Se utilizan varios métodos para controlar las fugas en ejes, vástagos y piezas funcionales de equipos que requieren la contención de líquidos o gases

• El más antiguo y todavía el mas usado de estos dispositivos es la empaquetadura de compresión.

• Las empaquetaduras de compresión consisten en una cantidad de anillos que son introducidos en el espacio anular (caja) entre componente dinámico y el cuerpo de la bomba o válvula.

Definición y requisitos básicos de una empaquetadura de compresión

Al apretar el seguidor o prensaestopas de la empaquetadura contra el anillo superior, se transmite presión al juego de la empaquetadura, expanden los anillos radialmente contra el diámetro interior de la caja y el componente dinámico y ese forma un sello.

Claves de la figura

1.Zona de la caja.2.Lado del Liquido.3.Garganta.4.Anillo de fondo.5.Anillo superior.6.Prensaestopas.7.Lado de la atmósfera.8.Empaquetadura.9.Anillo de linterna.10.Pernos y tuercas Prensaestopas.11.Configuración típica de la caja y descripción de piezas.

Definición y requisitos básicos de una empaquetadura de compresión.

Al La resistencia química evita que la empaquetadura sea atacada por el fluido que esta siendo sellado. Esta resistencia química se aplica también al lubricante incorporado. La perdida del lubricante debido al ataque químico, reduce la vida de la empaquetadura comprimida, ya que el material se vuelve más propenso a desgastar el eje o vástago. Además, una empaquetadura no lubricada genera mucho as calor debido al aumento de la fricción

La resistencia física protege a la empaquetadura de la destrucción mecánica, particularmente por la rotación excéntrica del eje (vibración del eje), presiones internas altas o por cualquier acción mecánica creada por el fluido. Un ejemplo seria el desgaste mecánico creado por los fluidos que se cristalizan o congelan o por el para de torsión excesivo de la empaquetadura.

Las empaquetaduras deben mantener su volumen físico y perderlo lentamente. Para esto deben escogerse los materiales de construcción apropiados y formular una empaquetadura que sea densa pero también comprimible.

Mecanismo para efectuar un sello en aplicaciones estáticas (válvulas).

Una válvula se empaqueta en forma diferente a una bomba. A diferencia de una bomba u otra aplicación dinámica que deben tener fugas en cierta medida, una válvula no debe tener fugas.

Una empaquetadura de vástago de válvula funciona en forma muy parecida a una junta, cuando se la compara con una empaquetadura de bomba que funciona como un buje de estrangulación. La empaquetadura de vástago de válvula, deben proveer una estructura densa que no permita movimiento del liquido o gas a través de su cuerpo o por el diámetro exterior / interior del juego de la empaquetadura. La empaquetadura, bajo la carga de prensaestopas, debe amoldarse perfectamente a la pared de la caja y vástago de la válvula.

Claves de la figura:

1.Fuga por el diámetro Ext. de la caja.

2.Prensaestopas.

3.Eje.

Mecanismo para efectuar un sello con empaquetaduras de presión en aplicaciones dinámicas.

La empaquetadura de compresión, después de instalada dentro de una caja y apretada por carga axial mediante ajuste de prensaestopas, se expande radialmente. Esto disminuye el diámetro interior del anillo de empaquetadura y simultáneamente aumenta el diámetro exterior. Lo anterior, produce un aumento en la fuerza de contacto radial contra la pared de la caja y la superficie del eje o camisa. Hemos establecido entonces, un sello estático contra el diámetro interior de la caja y un sello dinámico contra la superficie dinámica o del eje. Además, la compresión disminuye el tamaño relativo inter-estructural de los poros de la empaquetadura reduciendo, por este motivo, la tendencia de los fluidos del proceso a escurrirse por las mechas a través del juego de la empaquetadura.


Con el uso de materiales apropiados, las fugas por el diámetro exterior y el escurrimiento inter-estructural, pueden ser completamente eliminadas. Sin embargo, las fugas por el diámetro interior no deben cerrarse por completo, ya que es indispensable un caudal controlado de fugas para proveer enfriamiento y lubricación.

Las fugas por el diámetro interior se controlan con una pequeña cantidad de lubricante migratorio (aceite, silicona, ceras, etc.), las cuales son forzadas a salir de la empaquetadura por la compresión. La película de lubricante que se forma sobre el diámetro interior, establece casi un sello de película de aceite, que restringe el flujo del fluido por la superficie del eje.

Claves de la figura: 1.Carga Inicial2.Fluido3. Película de Aceite


Finalmente se agota todo el saturante y el juego de la empaquetadura debe ser reemplazo. Se ha conseguido aumentar la vida de la empaquetadura de 2 a 5 veces, agregando un lubricante suministrado externamente, mediante un anillo de linterna (Ver la Figura 2). Este asegura que la película de aceite este continuamente presente de forma que reduzca el consumo del saturante de la empaquetadura.

Claves de la Figura:1. Fluido2. Carga de reajuste


Fallas de las empaquetaduras de compresión (debidas al operador) en paliación dinámicas. Podría parecer un poco prematuro hablar a esta altura sobre las fallas de las empaquetaduras, sin embargo, la mayoría de las fallas de las empaquetadas de compresión se debe a errores cometidos durante la instalación y/o ajuste del prensaestopas.

La mayoría de las fallas de las empaquetaduras de compresión es causada por la excesiva carga sobre el juego de la empaquetadura. La carga excesiva del prensaestopas detiene completamente el flujo del fluido por la interfaz eje / empaquetadura.

No habiendo fugas, no hay lubricación.

Los vástagos y ejes se Calienta y sube la temperatura del juego de empaquetadura. A este punto, las ceras lubricantes, grasas semisólidas u otros lubricantes intra-estructurales, comienzan a funcionar.


Las altas temperaturas comienzan a fundir los lubricantes en la empaquetadura. El Material fundido comienza a escurrirse de la empaquetadura y lubrica temporalmente el eje.La migración de los lubricantes intra-estructurales aumenta la porosidad de los anillos de la empaquetadura consecuentemente reduce el volumen del juego de empaquetadura.Una reducción del volumen reduce el efecto de la carga excesiva, al punto e que Las fugas se controlan a un nivel deseado.

Clave de la figura:1 (C) El fluido lubrica.

1. (A) Empaquetadura Nueva.

1. (B) Sin fugas de fluido. El saturante escurre.

Imprevistos

Aquí es donde pueden comenzar los problemas. Si un operador aprieta el prensaestopas nuevamente para detener las fugas, se pierde el flujo de liquido. Otra vez las altas temperaturas funden más lubricantes intra-estructurales, reduciendo él volumen y permitiendo las fugas, ver figura 6C.

Esto puede continuar hasta que se agoten los lubricantes y el volumen no se pueda reducir más. Cuando se aprieta nuevamente el prensaestopas para detener las fugas, la empaquetadura se quema y las superficies dinámicas sufren ralladuras.

Clave de la figura 6C:

(D) Saturante agitado.

La causa principal para la falla anterior es la carga excesiva del prensaestopas que ha causado el cierre total del as fugas. Si se permite que las empaquetaduras de compresión tengan un poco de fugas, se puede obtener la vida de servicio esperada de las mismas.

¿Porque usar la empaquetadura de compresión como dispositivo de sellado?

• Las empaquetaduras de compresión, como dijimos antes, son forma de sellado más antigua. Sin embargo, aun con el adelanto tecnológico en el campo de los sellos mecánicos, las empaquetaduras de compresión abarcan cerca de 70.90% de los negocios de sellado.

• ¿Por qué las empaquetaduras de compresión controlan tanto los negocios? Esta es una pregunta que merece respuesta adecuada, principalmente debido a la opinión de que el sello mecánico es superior.

Tradición

1. El personal de planta esta acostumbrado al uso de las empaquetaduras de compresión, y se siente cómodo con su funcionamiento.

2. Restricciones de tamaño de los sellos mecánicos. Debido a que las empaquetaduras de compresión son trenzadas, pueden fabricarse en cualquier tamaño, para cualquier tamaño de eje y prácticamente para cualquier equipo.

3. Limitaciones de presiones. La empaquetadura de compresión puede sellar equipos de alta presión a un costo inicial mas bajo que los sellos mecánicos especialmente diseñados.

4. Desarmado. Para instalar las empaquetaduras de compresión no se necesitan desarmar los equipos.

5. Entrenamiento Técnico. El personal de planta no necesita cursos especiales técnicos para instalar correctamente una empaquetadura de compresión, como en el caso de los sellos mecánicos.

6. Inventario. Una sección transversal de empaquetadura puede sellar diferentes tamos de ejes.

Tradición

7. Ajuste de los equipos. Para usar empaquetaduras el equipo necesita ser desarmado para ajustar el rodete (impulsor), acoplamientos, etc.

8. Condiciones del equipo. Las empaquetaduras de compresión pueden funcionar satisfactoriamente en equipos que podrían no estar en perfectas condiciones (superficie del eje, descentrado, etc.)

9. Capacidad de temperatura. Debido al desarrollo de nuevos materiales de empaquetadura para altas temperaturas, las empaquetaduras mecánicas pueden usarse a temperaturas más altas que los sellos mecánicos, a precios comparables. Algunos sellos mecánicos incluyen piezas de caucho, lo que limita su capacidad de altas temperaturas, aun usando controles de las condiciones operativas ambientales.

10. Diversidad de aplicaciones. A diferencia de los sellos mecánicos, que sellan solamente una forma de movimiento, las empaquetaduras de compresión sellan cuatro. Pueden usarse en equipos donde los sellos mecánicos no funcionan.

Las empaquetaduras están diseñadas para:

• Resistir la alta presión.• Responder a la carga del prensaestopas.• Resistir la abrasión.• Reducir la formación de mechas.• Controlar las fugas.• Resistir a varios productos químicos.• Transferir calor de fricción.• Reducir el desgaste del eje y camisa.• Reducir las picaduras electrolíticas de los vástagos

de válvulas.• Reducir el arrastre friccional en los equipos.

Análisis de sistema de las empaquetaduras de compresión

Una empaquetadura no funciona debido a que su composición es un tipo de fibra especifico o tiene un estilo de trenzado especial.

Una empaquetadura de compresión funciona porque todo el sistema funciona.Las funciones de una empaquetadura están controladas por varias variables, todas

funcionando en conjunto.

Forma de cuña.

Cuando un anillo de empaquetadura es colocado

alrededor de un eje, el diámetro externo (D.E.) Es mas largo que el

diámetro interior (D.I.)

Materiales de construcción.

“Un sistema de empaquetadura de compresión, debe estar compuesto de materiales compatibles con la aplicación requerida”. • Se presentaron y explicaron los requisitos básicos de una empaquetadura de compresión.

¿Pero, que parte del sistema proporciona al producto fina estas propiedades básicas? En un sistema verdadero, la “causa” no es un punto sino varios. Aquí también sucede lo mismo.

• Como regla general, de que esta hecha la empaquetadura es tan importante que como esta hecha. La capacidad de una empaquetadura de resistir los ataques químicos y el calor, es la base para la composición o de que esta hecha la empaquetadura.

Materiales de construcción.

Con respecto a la composición, la resistencia al calor es igual que la resistencia química. La capacidad de resistir al calor esta en función de la composición y no de la construcción.

Si una fibra no puede soportar temperaturas sobre los 121° C (250°F), no importa cualquier construcción que tenga, no podrá ser usada en aplicaciones que tengan temperaturas superiores a las mencionadas, Igualmente, si en el sistema de lubricación descrito en la sección I, el lubricante se descompone en alguna aplicación, la empaquetadura de compresión , COMO UN SISTEMA, también se descompone. (Excepto en el caso de un lubricante de sacrificio).

Los materiales de las empaquetaduras también deben tener:

1. Bajos coeficientes de fricción.1.Alta conductividad térmica.2.Alta capacidad térmica (calor especifico).

•. La composición, debido a que las empaquetaduras de compresión son un sistema, también influyen en como la empaquetadura va a soportar:

1.Servicios Abrasivos.2.Problemas del equipo.3.Presiones altas.

Fibras, hilos y otros materiales de construcción.

El grupo mas grande de materiales de construcción usado en la fabricación de empaquetaduras de compresión, son las Fibras y los Hilos.

La mayoría de las empaquetaduras de compresión tienen algún material fibroso en su construcción. Las únicas excepcionales serian las empaquetaduras de laminas sólidas, anillos de cinta de grafito, polímeros moldeados y caucho sólido.

Los materiales en este grupo se originan de dos fuentes:

1. Naturales.2. Químicas o sintéticas .

Fibras celulósicas o vegetales.

Las fibras celulósicas, tales como el lino, yute, ramio y algodón, son fibras naturales que se usan en empaquetaduras.

Debido a que son naturales estas fibras han sido usadas en empaquetaduras por mas tiempo que las químicas.

Su principal ventaja es su bajo precio en comparación con las fibras sintéticas. Su principal desventaja es su baja resistencia química y térmica.

Fibras celulósicas o vegetales.

El lino es una fibra de líber obtenida de un tallo de planta. Es una fibra textil mas antigua conocida en el grupo vegetal, y puede alcanzar una longitud de hasta 102cm.

El yute es una fibra de líber y la fibra es obtenida también del tallo de la planta de yute.

La planta produce de dos a cinco veces mas que la planta de lino. Las fibras crudas de yute varían de 1.2 a 2 metros de largo. La principal desventaja de esta fibra es que el agua la degrada.

El Ramio es una hierba, también conocido como Rhea y césped chino. El rhea crece en climas tropicales y el césped chino en climas mas templados. El ramio es una fibra celulósica fuerte.

El algodón es la fibra vegetal mas conocida y usada. Las fibras de algodón son mas cortas (menos de 5.1 CMS o dos pulgadas) que las otras fibras celulósicas. Como las otras fibras, el algodón tiene poca resistencia química.

Las propiedades de las Fibras celulósicas son:

• Las propiedades físicas de las fibras celulósicas (especialmente el lino), permiten usarlas como materiales de construcción de empaquetaduras para bombas rotativas que trabajan con fluidos de pH neutro.

• Debido a sus malas características térmicas, estas fibras no pueden usarse en aplicaciones donde haya calor. El calor puede ser causado por la alta velocidad operativa (calor friccional) o temperatura del proceso.

• Las empaquetaduras de compresión celulósicas se usan principalmente en aplicaciones no corrosivas, frías y de baja velocidad.

Fibras químicas.

Aunque las fibras químicas han estado disponibles desde antes de 1960, no eran realmente muy usadas. La razón se debía simplemente a sus propiedades inferiores.

Hasta 1960, la industria de fibras químicas, estaba compuesta por rayón, nylon, vinyon y otras fibras, cuyo rendimiento se podía igualar fácilmente con otras fibras de consto mas bajo. En 1960, una nueva fibra fue introducida al mercado por E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc. Esa fibra fue el Teflón.

La introducción de una fibra con resistencia química y excelentes propiedades físicas y térmicas, creo apresuradas actividades en el campo de las empaquetaduras, así como en la fabricación de fibras, la química de fibras continua hoy con la misma tendencia de producir fibras que rindan mucho mejor en las empaquetaduras de compresión.

Fibras químicas.

Las fibras químicas que actualmente se usan en la fabricación de empaquetaduras son:

• VIDRIO• PTFE • ARAMIDA• ACRÍLICO• CARBON Y GRAFITO

Vidrio.

• Las fibras de vidrio poseen propiedades térmicas superiores, estabilidad dimensional y resistencia a la tensión. Resisten muchos productos químicos y pueden formularse para resistir ácidos fuertes. Las fibras de vidrio están disponibles en hilos de filamento continuo, hilos de fibras discontinúas, hilos texturados, hilos de base cortados y esteras.

• Las fibras se producen en dos formas básicas: fibras discontinuas y filamento continuo. La densidad de masa y resistencia a la tensión de las fibras discontinuas, son mucho menores que las del hilo de filamento continuo.

• El hilo de filamento continuo procesando procesado produce el hilo texturizado con baja densidad y filamentos con desorientación uniforme. Los hilos de base cortados se usan en productos moldeados en mojado o seco y las esteras.

Vidrio.

El vidrio es tratado con aprestos químicos para proteger las fibras. Los tratamientos han sido desarrollados para usos finales específicos, tales como el PTFE para las empaquetaduras de compresión.

Debido a la capacidad de la fibra de vidrio de soportar servicios abrasivos, las empaquetaduras de compresión fabricadas con fibras de vidrio, han comprobado ser muy buenas en bombas rotativas que trabajan con lodos, aguas negras y la mayoría de servicios generales.

Como resultado de su alta resistencia y flexibilidad, las empaquetaduras de fibra de vidrio funcionan muy bien como anillos anti-extrusión, para evitar que la empaquetadura blanda se extruya en aplicaciones a altas presiones hasta 260°C (500°F)

PTFE

Introducida en 1960, bajo la marca registrada Teflón de duPont, las fibras de PTFE son muy usadas en la formulación de empaquetaduras de compresión.

Las fibras de flúor carburo poseen una inusual alta resistencia a los productos químicos y al calor, así como presenta bajos niveles de fricción y adherencia. Las fibras de flúor carburo tienen un grado de orientación molecular mas alto que sus resinas opuestas (laminas, cintas, etc). En consecuencia, tienen mucha mayor resistencia al flujo en frio. Las empaquetaduras trenzadas de fibras de PTFE, ofrecen extraordinario rendimiento en ambientes químicos altamente corrosivos, a si como en muchas otras condiciones operativas. El PTFE es prácticamente indestructible, tiene un bajo coeficiente de fricción, alta resistencia a la compresión, buena estabilidad dimensional, es auto-lubricante y rinde servicio continuo hasta los 290°C (550°F) Trenzadas de hilos continuos secos, las empaquetaduras de PTFE funcionan muy bien en aplicaciones de válvulas. Cuando están lubricadas con fluido de silicona de alta viscosidad y una suspensión de PTFE, las empaquetaduras trenzadas de hilos PTFE, resisten en las aplicaciones mas corrosivas de bombas y válvulas.

ARAMIDAS

• Estas fibras son poliamidas aromáticas que les fue dado el nombre genérico de “aramida”. Las fibras de aramida tienen buena resistencia a las altas temperaturas. Las fibras de aramida se usan en empaquetaduras trenzadas, ropas protectoras, revestimientos, tejidos, forrados, correas, mangueras, llantas y muchos otros usos que requieren excelente resistencia al calor y alta resistencia física.

• En general las fibras de aramida tienen buena resistencia química, pero no tanto como las fibras de fluocarburo. Los ácidos, tales como el clorhídrico y el nítrico, reducen su resistencia a la descomposición. Los álcalis fuertes como el hidroxico sodico, también degradan las fibras de aramida. Sin embargo en las empaquetaduras, donde las fibras de aramida son trenzadas estrechamente y han sido impregnadas con una dispersión de fluocarburo, la resistencia química puede ser mejorada por un periodo limitado de tiempo. Luego, a medida que la impregnación se desgasta y los lubricantes sen lavados, la resistencia química original de la empaquetadura es la que determinara la vida de la misma.

• Las empaquetaduras de fibra de aramida son muy populares para servicios generales. La fibra de aramida debe ser lubricada con PTFE y fluido o cera de silicona, en lugar de cera o aceite del petróleo.

ACRÍLICO

Las fibras de acrílico son fabricadas por numerosas compañías y se comercializan bajo varios nombres de fabrica.

En su mayoría, las propiedades de las varias fibras acrílicas usadas en empaquetaduras de compresión son similares:

Las fibras acrílicas son termoplásticas y se vuelven blandas y pegajosas en temperaturas cerca de 204°C. En ambientes húmedos, con temperaturas superiores a 177°C, la contracción puede reducir la fibra hasta un 10%. Se puede lograr mejor rendimiento usando una fibra acrílica especial, térmicamente tratada y pre-encogida.

Las fibras de este tipo soportan temperaturas hasta 260°C con mínima contracción. Debido a su estructura química, estas fibras especiales tienen mayor conductividad térmica que las fibras acrílicas básicas y también son un poco mas resistentes químicamente.

FIBRAS DE CARBON Y GRAFITO.

Las fibras de carbón o grafito son el nuevo tipo de materiales de alta resistencia, originalmente desarrolladas para la industria aeroespacial. Las fibras de carbón y grafito se fabrican mediante un proceso llamado pirólisis. Fibras base de acrílico, rayón o desperdicios asfálticos plásticos de alto peso molecular (PITCH), son tratadas térmicamente a temperaturas entre 200-300°C en la presencia de oxigeno. La fibra es calentada luego a temperatura mas alta en un ambiente de gas inerte para expulsar las impurezas. Estas impurezas incluyen nitrógeno, hidrógeno y azufre, entre otras. La fibra de este proceso, contiene del 95 al 99.99% de átomos de carbono y se la refiere como hilo de carbón. Un contenido de carbono mayor que 98.99% indica que la fibra es grafito.

CINTA DE GRAFITO.

Las fibras de carbón o grafito son el nuevo tipo de materiales de alta resistencia, originalmente desarrolladas para la industria aeroespacial. La cinta flexible de grafito se produce expandiendo y luego comprimiendo el polvo de grafito natural en escamas. La cinta es usualmente formada en anillos pre-moldeados, adecuados para el uso en bombas y válvulas.

Las empaquetaduras de cinta de grafito son notables por sus excelentes propiedades térmicas, que permite usarlas en aplicaciones de alta velocidad. Debido a su resistencia a la temperatura y densidad, son ideales para válvulas de vapor.

Las cintas de grafito no se “amoldan”. Pueden usarse sólo en equipos bien alineados y que tengan superficies de sellado sumamente lisas. Los anillos de densidades mas altas 1,4 – 1,5 g/cm3 demuestran rendimiento superior en aplicaciones de válvulas existentes o de alta presión.

METALES.

El plomo, cobre y aluminio son metales fácilmente moldeables, conductores térmicos, que se usan en empaquetaduras. Los anillos de láminas de plomo lubricados se usan a menudo solos o combinados con otros materiales para compensar la deformación de la carga en la empaquetadura instalada. El cobre se usa principalmente en anillos extremos (anillos de refuerzo) o en ejes alternativos lentos, gastados o no concéntricos.

ELASTOMETROS.

Los cauchos naturales y sintéticos se usan en las empaquetaduras de compresión para revestimientos e impregnación de materiales o, por ser un material homogéneo, aumentar la capacidad del sellado de las empaquetaduras. Los elastómeros para aplicaciones especificas, son escogidos de acuerdo a su resistencia a la degradación causada por el calor, fluidos, radiación, ozono, oxidación, envejecimiento, y desgaste por agentes atmosféricos.

Algunos elastómeros típicos usados en las empaquetaduras son el nitrilo, caucho natural, CEB (caucho de estireno – butadieno) y otros. Estos elastómeros generalmente ofrecen limitada resistencia química y ya no se usan en empaquetaduras para aplicaciones dinámicas, como antes.

METODOS DE CONSTRUCCIÓN.

Una empaquetadura de compresión es un SISTEMA. Como sistema, cada faceta debe ejecutar una función para el buen funcionamiento de todo el producto. Las funciones de una empaquetadura de compresión, dependen de varias variables que funcionan en conjunto. Estas variables son: 1. Construcción de los hilos 5. Tipo de hilo 2. Estilo de trenzado 6. Condiciones del equipo 3. Densidad de trenzado 7. Operador 4. Lubricantes 8. Condiciones


Como un sistema de sellado, una empaquetadura de compresión no funciona debido a que está compuesta de un tipo de fibra o un estilo de trenzado especifico. Una empaquetadura de compresión funciona porque todo el SISTEMA funciona. Si no fuera un sistema, todas las empaquetaduras funcionarían igual.

Aun entre empaquetaduras que parecen iguale, algunos sistemas funcionan mejor que otros. Cuando investigamos los métodos de construcción de las empaquetaduras de compresión, generalmente se presta atención a las cualidades obvias o visibles y no mucha a las mejores cualidades, menos notorias. La manera en que una empaquetadura de compresión es construida, tiene mucha importancia en le rendimiento del producto en una aplicación dada.


Siendo todos los factores iguales, puede decirse que la construcción de empaquetadura de compresión, tiene una relación directa con la forma en que la misma reaccionaría a lo siguiente: 1. Carga del prensaestopas. 2. Presiones internas.3. Velocidad del eje.4. Características del medio.5. Problemas menores del equipo.


Y en ultima instancia el control de las fugas debido a las propiedades físicas de la empaquetadura. Debe investigarse la relación de causa y efecto entre la construcción física de la empaquetadura de compresión y su comportamiento en la caja. Estudios han indicado que un alto porcentaje de las fallas prematuras de empaquetaduras se deben a la construcción.

Claves de la figura. 1. MONOFILAMENTO CONTINUO2. HILO CONTINUO3. FIBRA DISCONTINUA4. HILO DE FIBRA DISCONTINUA

Fibras e hilo como materiales de construcción.

Es lógico considerar en primer lugar, las fibras y los hilos y su método de elaboración. Independiente de la forma en que las fibras e hilos son al final trenzadas, lubricadas o usadas como una empaquetadura, un hilo de calidad inferior hará una empaquetadura de calidad inferior.

Los hilos usados en le trenzado de las empaquetaduras de compresión, serán construidas en uno de tres posibles métodos. Los hilos se clasifican en: 1. Hilado múltiple 2. Hilo continuo 3. Hilo combinado

Hilado Múltiple.

Es lógico considerar en primer lugar, las fibras y los hilos y su método de elaboración. El hilado múltiple es producido hilando fibras cortas discontinuas, de la misma manera en que se producen los hilos de algodón o lana. El proceso del hilado es esencialmente uno de torsión de fibras cortadas para un reunido de dirección al azar.

La torsión de las fibras aumentan la resistencia a la tracción del hilo para permitir un proceso ulterior. Sin la torsión, el hilo tendría muy poca resistencia y podría deshilarse o romperse en le proceso de trenzado. El producto resultante del hilado es denominado hilo simple. Cuando dos o más hilos simples son retorcidos juntos para producir hilos más grandes y más resistentes, el proceso es conocido como plegado.

Hilado Continuo

El hilo continuo ocurre solamente en las fibras químicas. La mayoría de las fibras químicas se elaboran forzando el paso de una sustancia (de la consistencia de la miel) por pequeños oficios de un aparato llamado “spinneret” (hilador). Este proceso es muy similar al de la extrusión. En su estado original, las sustancias que forman las fibras, existen como sólidos y deben ser convertidas a estado líquido por calentamiento o disolviéndolas en un disolvente.

A diferencia de las fibras naturales (algodón, lino, yute, etc.), las fibras químicas pueden extruirse en diferentes secciones transversales o denier (denier del filamento). Los filamentos individuales son unidos en conjunto cuando salen del hilador, en forma de cuerda, la misma que es llamada cable. El cable generalmente es retorcido para formar un hilo continuo que contiene varios miles de monofilamentos. El denier del filamento afecta al producto terminado, ya que los hilos elaborados con filamentos de diámetro grande tendrán tamaños de poros grandes. Cuando estamos tratando de producir empaquetaduras de compresión con poros los más pequeños posibles, es evidente que el denier del filamento es crucial en la elaboración de hilos utilizables.

Hilos combinados.

Los hilos combinados pueden formarse combinando fibra discontinua hilada y monofilamentos; en un solo hilo. Estos hilos cuando son fabricados del mismo material, tienen mayor resistencia que el hilado y absorbencia mas alta que el hilo de filamento.

En efecto, se produce un hilo “intermedio”. Cuando es fabricado por materiales diferentes, el hilo resultante exhibe las cualidades inherentes a las dos fibras.

Plegado cuadrado o trenza cuadrada.

Las empaquetaduras de compresión fabricadas en trenza cuadrada son típicamente blandas y absorbentes.

En el diseño plegado, cada hilo actúa independiente de los otros, ya que el hilo no pasa a través de la sección transversal de la empaquetadura. Básicamente, los hilos no están enclavados en el lugar.

Plegado cuadrado o trenza cuadrada.

Fabricada de hilado, filamento continuo o hilo combinado, la empaquetadura plegada cuadrada blanda y flexible. Esto la hace ideal para equipos nuevos o más antiguos que ya están un poco gastados. La capacidad del estilo plegado de poder deformarse bajo cargas ligeras, la hace ideal para bombas nuevas o bombas con ejes o camisas irregulares.

Intertrenzado.

El intertrenzado, a diferencia de la plegada cuadrada y de la trenza sobre trenza, consiste en un trenzado tridimensional. Cada punto trenzado pasa completamente a través de la sección transversal de la empaquetadura en un ángulo de 45°.

Cada punto está entrelazado con el siguiente punto, formando una estructura integral sólida, que no puede deshilarse o romperse fácilmente con el servicio. No existen chaquetas que se desgasten, ni pliegues que se suelten. La empaquetadura intertrenzada tiene una distribución total de densidad más uniforme y la capacidad de retener lubricantes vitales. La empaquetadura acabada es relativamente densa pero flexible, lo que asegura excelente contacto con el eje y buena transferencia de la carga del prensaestopas.

Claves de la figura: 1. Puntos portadores2. Poste esquinero3. Núcleo central

Intertrenzado.

1. Hombros/esquinas redondas, Esquinas cuadradas (escuadrados a máquina para ayudar a formar las esquinas).

2. Más blandas, más porosas, Firme, denso, poca porosidad. 3. Puntos independientes sueltos, Puntos entrelazados, atesados. 4. Sé extruye a altas presiones, Punto entrelazado aumentan resistencia.

5. Libera los lubricantes rápidamente, Retiene los lubricantes, liberación controlada.

Empaquetaduras para usos especiales.

Rizadas y tejidas en espiral.

Las empaquetaduras de plomo, cobre, aluminio, bronce, inconel, etc. Pueden fabricarse en construcción enrollada en espiral o retorcida doblada, a menudo alrededor de un centro elástico o comprimible. Cada capa de lámina es abundantemente lubricada con aceite y grafito, para que los huecos formen depósitos de lubricación en la empaquetadura.

Cuando las empaquetaduras enrolladas en espiral se usan en aplicaciones dinámicas con suficiente lubricante, en realidad actúan como un rodamiento, al mismo tiempo que efectúan un sello.

Las empaquetaduras de láminas metálicas son durables y resisten altas presiones, pero no son elásticas, El eje DEBE funcionar alineado.

Empaquetaduras para usos especiales.

Otras aplicaciones de sellado de ejes para este tipo de empaquetadura, incluyen turbinas de vapor, compresores de aire y amoníaco y bombas de fluidos de transferencia de calor.

Clave de las figuras:

1. Metales

2. Rizado

3. Espiral

4. Núcleo de plomo

5. Núcleo de trenzado

Empaquetaduras de cinta corrugada y anillos pre-moldeados cinta de grafito.

La cinta de grafito es cortada en varios anchos de una lámina producida prensando con una calandria el grafito natural en escamas. Este producto está disponible en espesores de 0,4mm (0,015 de pulgada), con una densidad típica de 70 libras por pie cúbico (1,1 gm/cm cúbicos).

Cuando se le usa como empaquetadura de compresión, la cinta cortada es corrugada para facilitar su manipulación y formarla en anillos. Puede ser premoldeada o comprimida en la caja para formar anillos sin fin.

Empaquetaduras de cinta corrugada y anillos pre-moldeados cinta de grafito.

Siendo 99% de grafito, la cinta es químicamente inerte (excepto para los productos que atacan el grafito), tiene buena conductividad térmica y puede.

Se encuentran disponibles densidades más altas para aquellas aplicaciones que requieren un anillo más firme (VALVULAS DE TAMBOR, BOMBAS DE ALIMENTACION DE CALDERAS, etc.)

Usarse en temperaturas desde –240°C hasta +2760°C (-400°F hasta 5000°F), en ambientes no oxidantes.

ESTILOS DE HILOS.

1.HILADO SIMPLE O HILADO MÚLTIPLE

2.FILAMENTO CONTINUO

3.COMBINACIÓN

HILADO SIMPLE O HILADO MÚLTIPLE

FORMADO POR EL HILADO DE FIBRAS CORTAS

TIPICAMENTE :

BLANDO

POROSO

BAJA RESISTENCIA A LA TENSIÓN

ABSORBENTE

EJ: ASBESTO, LINO, YUTE, ETC.

FILAMENTO CONTINUO

UNICO PARA LAS FIBRAS SINTETICAS

LAS FIBRAS SON EXTRUIDAS EN UN DIÁMETRO ESPECIFICO (TEX) COMO FILAMENTOS CONTINUOS.

LOS FILAMENTOS SON RECOGIDOS EN UN CORDÓN – CONJUNTO COMO EL CABLEADO.

EL CABLEADO ES ENTONCES RETORCIDO PARA FORMAR UN HILO.

UN SOLO CABLEADO PUEDE CONTENER VARIOS MILES DE FILAMENTOS.

UN HILO DE FILAMENTOS CONTINUO ES:

MENOS POROSO

MAS RESISTENTE

MAS FIRME QUE EL HILADO

ESTILOS DE TRENZADO Y OTROS DISEÑOS.

•RETORCIDO •TRENZADO CUADRADO •INTERTRENZADO •TRENZA SOBRE TRENZA (TRENZA SOBRE NÚCLEO) •PLEGADO, TEJIDO O LAMINADO •EXTRUIDO •PREMOLDEADO •CONTRAFLUJO •ISOCUÑA

RETORCIDO

• LA MAS BLANDA DE LAS CONSTRUCCIONES.

• EL JILO ES RETORCIDO EN UN CORDÓN• BAJA RESISTENCIA.

• POCA RESISTENCIA AL DESGASTE.

• UTILIZADA PARA: MECHAS AISLAMIENTO CALAFATEO VÁLVULAS DE BAJA PRESION BRIDAS

TRENZADO CUADRADO.

• BLANDO • ABSORBENTE-PUEDE SOSTENER ALTO

PORCENTAJE DE LUBRICANTE.

• SE AMOLDA A LAS IRREGULARIDADES DEL EQUIPO.

• LOS HILOS NO ESTAN APRISIONADOS CADA HILO SE MUEVE INDEPENDIENTEMENTE.

• SE DEFORMA BAJO CARGAS LIGERAS.

• SE PUEDE EXTRUIR EN APLICACIONES CON ALTAS PRESIONES INTERNAS VÁLVULAS DE VAPOR.

• SE PUEDE DESHILAR.

TRENZA SOBRE TRENZA (TRENZA SOBRE NUCLEO).

• RELATIVAMENTE DENSA PERO FLEXIBLE.

• ADECUADA PARA EQUIPOS DE BAJA VELOCIDAD, VÁLVULAS DE VAPOR, JUNTAS DE EXPANSION.

• CON INSERCIÓN DE ALAMBRE RECOMENDADA PARA APLICACIONES DE VÁLVULAS DE ALTA PRESION.

• NO PARA ALTA VELOCIDAD EL DESGASTE PUEDE DESTRUIR LA CHAQUETA EXTERNA COLVIENDOLA NO AJUSTABLE A LA EMPAQUETADURA.

• RESISTE LA EXTRUSION.

INTERTRENZADA.

• LA MEJOR FORMA DE TRENZADO PARA APLICACIONES DINAMICAS.

• LOS PUNTOS ESTAN APRISIONADO ENTRE SI.

• NO SE DESHILAN FÁCILMENTE.

• MAS DENSAS.

• APRIOSIONAN LA LUBRICACIÓN.

• MENOS POROSAS.

• DISTRIBUYEN LA CARGA DEL PRENSAESTOPAS MAS FÁCILMENTE.

• EXCELENTE CONTACTO CON EL EJE VASTAGO RESISTEN LA EXTRUSION.

TRENZADO CUADRADO.

1. ESQUINAS BLANDAS, MOLDEABLES.

2. POROSA, ABSORBENTE.

3. SE COMPRIME BAJO CARGAS LIGERAS.

4. SE DESHILA FÁCILMENTE, LOS ANILLOS DEL FON SELLAN POCO.

5. LIBERA LOS LUBRICANTES RAPIDAMENTE.

6. SE EXTRUYE MAS FACILMENTE .

INTERTRENZADO.

1. ESQUINAS EXACTAS FIRMES.

2. DENSA, COMPACTA.

3. PUNTOS APRISIONADOS.

4. TRANSFIERE LA CARGA DEL PRENSAESTOPAS A LOS ANILLOS INFERIORES (DEL FONDO).

5. RETIENE LOS LUBRICANTES LIBERA CONTROLADAMENTE.

6. RESISTE A LA EXTRUSION.

7. MANTIENE CONTACTO CON EL EJE

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

FIBRAS VEGETALES.

LINO, YUTE ALGODÓN, FIBRA HILADA

VENTAJAS:1. RAZONABLEMENTE RESISTENTE2. EXCELENTE RESISTENCIA AL AGUA3. ECONOMICA4. BLANDA –BUENA ABSORCIÓN DE LUBRICACIÓN DESVENTAJAS:5. BAJA GAMA DE TEMPERATURA6. LIMITADA A pH 6-87. MAL CONDUCTOR DE CALOR

TEFLÓN PTFE –TFE.

VENTAJAS: EXCELENTE RESISTENCIA QUÍMICA pH 0-14. ALTA RESISTENCIA A LA TENSIÓN. ALTA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN. BAJO COEFICIENTE DE FRICCIÓN. NO MANCHA. NO SE HIDROLIZA. NO SE PUDRE, ENDURECE O VULCANIZA. NO PROMUEVE LAS PICADURAS. BUENA HASTA 288°C. FACIL DE INSTALAR Y SACAR. DEVENTAJAS: NO TIENEN MEMORIA – NO INFLUYE EN FRIO. MALA CONDUCTIVIDAD TERMICA – SE ENVIDRIA. DIFÍCIL DE ASENTAR.

TEFLÓN IMPREGNADO CON GRAFITO.

COMBINA LAS VENTAJAS DE LOS 2 MATERIALES BASE VENTAJAS: BUENA CAPACIDAD DE TEMPERATURA. EXCELENTE RESISTENCIA QUÍMICA. BAJO COEFICIENTE DE FRICCION. NO SE HIDROLIZA. NO SE ENDURECE.

DESVENTAJAS: NO ES TAN RESISTENTE COMO EL TEFLÓN EXTRUIDO.

FIBRA DE VIDRIO.

FIBRA SINTETICA INORGÁNICA 68% SIO2, 32% OXIDOS MEZCLDOS DE MG, AL, FE, CA. VENTAJAS: EXCELENTE RESISTENCIA TERMICA. ALTA RESISTENCIA A LA TENSIÓN. NO SE PUDRE, ENDURECE O VULCANIZA. MODERADA CONDUCTIVIDAD TERMICA. DESVENTAJAS: NO ES QUÍMICAMENTE RESISTENTE pH 5-9. NO RESISTE EL VAPOR.

FIBRAS DE ARAMIDA

KEVLAR (MR) HILADO O FIBRAS CONTINUAS.

VENTAJAS: ALTA RESISTENCIA A LA TENSIÓN. ALTA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN. BUENA RESISTENCIA QUÍMICA. SOPORTA TEMPERATURAS HASTA DE 650°F. DESVENTAJAS: DIFÍCIL DE CORTAR EL TRENZADO, LAS PUNTAS PUEDEN

DESHILARSE. MAL CONDUCTOR DE CALOR. ALTO COEFICIENTE DE FRICCION. PUDE HINCHARSE EN AGUA CALIENTE Y EN EL VAPOR.

PAN ACRILICO

LIGERAMENTE MEJOR QUE EL LINO CUANDO ES SOMETIDO AL CALOR TODAS LAS PROPIEDADES MEJORAN CON LA ESTABILIDAD CON CALOR – “EZE-LON”. VENTAJAS: TEMPERATURA HASTA 260°C GAMA DE pH 3-10 ALTA RESISTENCIA A LA TENSIÓN BAJO COEFICIENTE DE FRICCION CONDUCTOR TERMICO

DESVENTAJAS: COMPARATIVAMENTE ES UNA FIBRA DELICADA

CARBÓN / GRAFITO

PRODUCIDO POR CALOR CONTROLADO DE UNA FIBRA BASE.CARBON = 95% °C, 5% IMPUREZAS.GRAFITO 99.5°C, 0.5% IMPUREZAS.

VENTAJAS EXCELENTE GAMA DE TEMPERATURA. EXCELENTE RESISTENCIA QUÍMICA pH 0-14. EXCELENTE CONDUCTIVIDAD TERMICA. BAJO COEFICIENTE DE FRICCION. BUENA RESISTENCIA A LA TENSIO. LIBRA POR LIBRA ES EL MEJOR MATERIA FABRICADO PARA

EMPAQUETADURAS TRENZADAS.

DESVENTAJAS NO MUY BUENO CON LOS ABRASIVOS. PERO PARA TODOS LOS FLUIDOS LIMPIOS O

TRASNAPARENTES, EL CARBON O EL GRAFITO ES EL MEJOR.

LUBRICANTES.

Los lubricantes son ingredientes esenciales en toda empaquetadura de compresión. sobre lubricantes puede subdividirse en dos categorías: Lubricantes INCORPORADOS. Lubricantes que funcionan durante el ASENTAMIENTO.

Los lubricantes desempeñan dos funciones críticas en una empaquetadura de compresión. Sellado y Control del calor.

LUBRICANTES.

Para el sellado, tanto los lubricantes incorporados como los de asentamiento, ayudan a formar una película lubricante en las superficies de sellado.También reducen la porosidad de la empaquetadura trenzada para reducir la “formación de mechas”. Esto permite el control positivo de las fugas con mínima carga del prensa-estopa y menos reajustes del mismo. En el control del calor, los lubricantes evitan la generación rápida de calor en el arranque, hasta que la empaquetadura esté bien asentada. Reduciendo el coeficiente de fricción entre la empaquetadura y la superficie en movimiento, los lubricantes reducen el calor friccional. Una empaquetadura de compresión debe estar lubricada por funcionar adecuadamente. Después de todo, el mecanismo de sellado de las empaquetaduras de compresión se basa en los lubricantes.

LUBRICANTES.Para el sellado, tanto los lubricantes incorporados como los de asentamiento, ayudan a Lo que determina el tipo de lubricante que debe usarse, es la aplicación y los resultados buscados.En las aplicaciones dinámicas, particularmente en las bombas rotativas, el sistema de lubricación deseado, podría consistir en: Lubricantes sólidos impregnados en las fibras de la empaquetadura, para reducir la

porosidad.

Materiales fluidos o cerosos que pueden, en un régimen controlado, migrar con la carga del prensa-estopa para sellar el diámetro interior del eje y la caja.

Materiales fluidos o cerosos que pueden permanecer intactos, bajo varias temperaturas operativas.

Compuesto que no se “salgan por lavado” de la empaquetadura, debido a la acción química o presión hidráulica.

LUBRICANTES INCORPORADOS.

A. Ayudan al medio bombeado a proveer una fuente continua de lubricación.

B. Proveen lubricación y sellado inicial durante el arranque del equipo.

C. Realizan la importante función de bloquear los pasajes a través de la empaquetadura, evitando las fugas debido a la “formación de mechas”.

D. Proveen elasticidad que permite a la empaquetadura deformarse y recobrarse bajo ligera flexión mecánica, carga, etc.

E. Los lubricantes incorporados pueden ser polvos secos o fluidos cerosos de alta viscosidad.

LUBRICANTES DE ASESORAMIENTO.

Los lubricantes de asesoramiento proveen protección contra la excesiva acumulación de calor, hasta que la empaquetadura fresca se vuelva más plegable y quede bien asentada. Cuando un lubricante es usado exclusivamente para este fin, algunas veces se le llama lubricante de “sacrificio”.

Los lubricantes de asentamiento generalmente son fluidos cerosos o de alta viscosidad, que se aplica al recubrimiento externo de la empaquetadura, sin embargo, también pueden usarse polvos secos.

LUBRICANTES POLVOS SECOS O SUSPENSIONES.

Polvo o suspensión de PTFE.La suspensión de PTFE es una dispersión acuosa de partículas de PTFE de reducido tamaño. La distribución de tamaños de partículas es de 0,05 a 0,5 micrones. Las partículas de PTFE están suspendidas en el agua, mediante el uso de un agente emulsificante o de suspensión. La suspensión de PTFE puede aplicarse al hilo antes del trenzado por remojado o pulverización, o impregnándola en la empaquetadura trenzada acabada, por remojado a presión.

La suspensión de PTFE actúa principalmente como un lubricante incorporado para reducir la porosidad de la empaquetadura. Es muy resistente a se “expulsado por lavado”, permitiendo que la empaquetadura mantenga su densidad y baja porosidad.

Cuando es aplicada a la superficie de la empaquetadura, la suspensión de PTFE puede ayudar a establecer un sello entre el juego de la empaquetadura y la pared de la caja. Sin embargo, cantidades excesivas de PTFE sobre la superficie, podrían sellar el diámetro interior y ocurrir quemadura si la empaquetadura no se asienta adecuadamente. Para reducir las posibilidades de quemadura, deben usarse lubricantes fluidos sobre la superficie de la empaquetadura. Estos pueden ser a base de petróleo o silicona.

POLVO CRISTALINO DE PTFE.

Similar a la suspensión de PTFE en resistencia química y calor, el polvo cristalino de PTFE puede usarse a temperaturas ligeramente superiores (315°C) (600°F) que la suspensión.

El polvo cristalino de PTFE tiene una partícula de forma irregular y de mayor tamaño que la suspensión.

Por esta razón, puede ser mecánicamente encerrada dentro de la matriz de una fibra trenzada. Este tipo de polvo de PTFE, tiene mejor respuesta a las temperaturas superficiales que la suspensión y por eso es usado como un lubricante de revestimiento, en algunos tipos de empaquetadura.

Disulfuro de molibdeno (MoS°).

Él molibdeno se usa tanto como lubricante incorporado como lubricante de asentamiento. Se le usa en aplicaciones donde el lubricante debe tener una gama de temperatura más alta que PTFE. Como lubricante incorporado, mantiene su volumen en temperaturas y presiones elevadas, evitando la “formación de mechas” y pérdida de volumen del juego de la empaquetadura. Disulfuro de tungsteno (WS) El Disulfuro de tungsteno es similar al MoS en capacidades y usos. Tiene un límite de temperatura más alto (1315°C) (2400°F) que el MoS. Los dos funcionan muy bien como lubricantes incorporados para empaquetaduras de válvulas de alta temperatura. A diferencia de polvo del grafito, el MoS y WS son eléctricamente pasivos y por lo tanto no aceleran la corrosión electrolitica del vástago de la válvula.

POLVO DE GRAFITO.

El grafito es una forma cristalina del carbono. Se encuentra naturalmente en Madagascar, cellan, Corea. Australia y Rusia. También se produce sintéticamente por calentamiento del coque a unos 3000°C (5430°F) en horno eléctrico.

En las empaquetaduras para aplicaciones dinámicas, el grafito funciona bien como lubricante incorporado y de asentamiento, especialmente en aplicaciones con altas temperaturas, donde se usan las empaquetaduras de fibra de carbón o grafito.

MICA, DIÓXIDO DE TITANIO, TALCO.

Los minerales de este tipo se usan como lubricantes incorporados, donde se requieren agentes de bloqueo del BLANCO y en alta temperatura. No funcionan como materiales de reducción de la fricción, sino solamente para reducir la porosidad y la “formación de mechas”. En aplicaciones especiales, puede usarse la Mica como agente de bloqueo y lubricante superficial en empaquetaduras para válvulas de alta temperatura, donde el grafito no es adecuado o donde no se puede usar el MoS o WS debido a su color.

CERAS, FLUIDOS Y GRASAS.

A diferencia de los lubricantes en polvo, los materiales en forma de cera, fluidos viscosos o grasas semiblandas, tienen la tarea de establecer el sello de fluido de película fina en diámetro interior del juego de la empaquetadura.

Todas las empaquetaduras de compresión diseñadas para aplicaciones dinámicas, especialmente rotativas, deben contener alguna forma de lubricante migratorio. Los lubricantes deben ser compatibles o adecuados para la aplicación en particular. Los materiales que comprenden este grupo pueden usarse como lubricantes. Los materiales típicos a usarse incluyen:

Aceite vegetal o animal Aceite de petróleo/Aceite mineral Cera de petróleo o vaselina Grasa de petróleo Fluido de silicona Cera de silicona Glicoles y otros materiales diversos.

LUBRICANTES.

Antes de investigar cada material, tenga en mente que los materiales que se pueden usar deben realizar dos funciones. Como lubricantes incorporados deben:

Resistir al rápido lavado debido a la presión o ataque químico. Resistir la degradación térmica debida a la velocidad operativa o temperatura del proceso. Migración en régimen controlado, para no acortar la vida de la empaquetadura debido a que

ésta se ha “secado”. Rellenar los vacíos o poros de la empaquetadura para evitar la “formación” de mechas. Resistir a la oxidación o descomposición debido al envejecimiento (larga vida de

almacenaje). No contaminar, especialmente cuando se trabaja con artículos alimenticios, producto de

papel, pinturas etc.

LUBRICANTES.

Como lubricante de asentamiento, los materiales deben: Permanecer sobre la superficie el tiempo suficiente,

hasta que la empaquetadura se asiente en la forma apropiada.

Reducir la cantidad de calor generada en el arranque.

Resistir al rápido lavado debido a la presión o ataque químico.

ACEITES VEGETALES Y ANIMALES.

Estos materiales se encuentran en una amplia gama de viscosidades, desde líquidos ralos hasta mantecas espesas. Los aceites vegetales y animales son los materiales lubricantes más antiguos, usados en la formulación de las empaquetaduras de compresión.

Actualmente su uso es muy reducido debido a que no toleran altas velocidades, calor y agentes químicos. En aplicaciones de baja velocidad, especialmente en bombas de agua, los aceites y grasas animales trabajan adecuadamente porque se adhieren bien a las fibras de la empaquetadura y resisten a ser secadas por lavado.Los aceites vegetales y animales no se prestan para prolongados tiempos de almacenaje, debido a que pueden quedar infectados con moho, bacterias u otros organismos microscópicos.

ACEITE DE PETRÓLEO / ACEITE MINERAL.

El aceite de petróleo y el aceite mineral se usan como lubricantes in operados o de asentamiento. El aceite de petróleo, producto derivado por destilación de petróleo crudo, posee propiedades lubricantes aceptables para la mayoría de las aplicaciones de servicios ligeros. El aceite de petróleo es de uso muy popular debido a su fácil disponibilidad y bajo costo.

Como un fluido, el aceite de petróleo y el aceite mineral migran muy rápidamente son altas. La rápida migración a menudo causa frecuentes ajustes del prensaestopas, rápida de volumen en la caja y corta vida de la empaquetadura. Esto se aplica tanto a las aplicaciones de bombas como a la de válvulas.

CERA DE PETRÓLEO O VASELINA.

La cera del petróleo o vaselina son geles de petróleo. Se encuentran en una amplia variedad de viscosidad, gamas de temperatura y grados de pureza.

La mayoría de las vaselinas usadas actualmente son semisólidas a temperatura ambiente. Deben, por lo tanto, ser calentadas para poder aplicarlas a las empaquetaduras. Siendo una cera o gel, las vaselinas se mantienen en su posición bastante bien dentro de la estructura de la empaquetadura. Por eso, migran despacio y mantienen el “sello de fluido” por un tiempo considerable.

FLUIDO DE SILICONA.

El fluido de silicona es un material sintético. Puede ser uso de muchos materiales del grupo químico de polímeros de organosiloxano. Siendo sintético, su estructura puede modificarse para producir fluidos con gamas desde ralo hasta semisólidos.

Suponiendo que se está usando la viscosidad o densidad correcta, el fluido de silicona es el mejor fluido lubricante disponible para empaquetaduras de compresión. Comparado con los aceites del petróleo y aceites minerales, las siliconas tienen una gama de temperaturas más altas (315°C) (600°F), son químicamente más resistentes y migran a regímenes controlados. La silicona es un lubricante ideal en aplicaciones acuosas a su repelencia del agua.

CERA DE SILICONA.

Similar a los fluidos de silicona, las ceras de silicona pertenecen al grupo de los polímeros de organosilaxano. Mediante la copolimerización del compuesto base, pueden obtenerse ceras sólidas duras.

La cera de silicona no se usa con amplitud debido a su costo, sin embargo, cuando se la usa, es ideal como un revestimiento o lubricante superficial para fines de asentamiento.

La cera de silicona no se usa como lubricante incorporado, debido a que la empaquetadura sería muy difícil de envolverla alrededor del eje, vástago o varilla. En lugar de cera de silicona, se usa un fluido de silicona de cadena larga y viscosidad alta.

GLICOLES, JABONES, ETC.

Otros que no se encuentran dentro de la amplia definición de lubricantes, son los materiales de este grupo que tienen pocas cualidades lubricantes.

Estos materiales se usan con frecuencias en empaquetaduras de fibras de carbón seco para evitar que el carbón o grafito forma polvo. Proveen solamente servicios de asentamiento, debido a que son solubles en agua y son lavados inmediatamente. Si se deja a la empaquetadura sin ninguna lubricación migratoria que efectué el sellado, para cerrar las fugas se requerirán constantes ajustes del prensaestopas.

INDICACIONES DE UN SISTEMA DE LUBRICACION INADEACUADO.

Calor excesivo en el arranque.

Deficiente control de las fugas debido a la formación de mechas.

Rápida pérdida de volumen dentro de la caja.

Ajustes frecuentes.

Corta vida de la empaquetadura.

Desgaste del material del vástago, varilla, o camisa.

TABLA DE LUBRICANTES.

TABLA

BOMBAS SISTEMA DE LUBRIACIÓN ACEPTABLE

RAPIDA/CALIENTE SILICONA, MOLIBDENO, GRAFITO

RAPIDA/FRIA SILICONA, MOLIBDENO, GRAFITO

LENTA/CALIENTE SILICONA, MOLIBDENO, GRAFITO

LENTA/TIBIA VASELINA, PTFE, MOLIBDENO, GRAFITO

LENTA/FRIA VASELINA, PTFE, MOLIBDENO, GRAFITO

VÁLVULAS

VÁLVULAS

CALIENTE/ALTA PRESIÓN MOLIBDENO, WS2, MICA.

CALIENTE/BAJA PRESIÓN MOLIBDENO, WS2, MICA.PUEDE AÑADIRSE SILICONA, DEPENDIENDO DE LA TEMPERATURA.

FRIA/ALTA PRESIÓN TFE, CERA

FRIA/BAJA PRESIÓN TFE, CERA

SISTEMAS LUBRICANTES DE FUENTES EXTERNAS.

En muchos casos, es necesario, proveer un lubricante a presión al juego de empaquetadura instalado.Estas aplicaciones serían:

Empaquetaduras sellando contra un gas. Empaquetaduras sellando servicios en vacío Empaquetaduras sellando líquidos de baja viscosidad o alta volatilidad (tal como la

gasolina) a altas velocidades o presiones. Empaquetaduras sellando líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión o

materiales disueltos (materia prima de papel, cáusticos, bombas de ceniza, etc.) Empaquetaduras sellando fluidos de cualquier clase, considerados peligrosos (amoníaco,

óleum, etc.)

210324778 curso de empaquetaduras y sellado 2013

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