La relación entre el empuje axial y el daño del sello

1. Introducción: Más allá del mito de la [Calidad del Sello]

En el mantenimiento de bombas industriales, las fugas en los sellos mecánicos representan la mayoría de las fallas reportadas. Cuando se enfrentan a fallas repetitivas del sello, la reacción inmediata de los operadores a menudo es cuestionar la calidad del componente del sello o la precisión de la instalación. Sin embargo, cuando las fallas persisten incluso después de actualizar a sellos de servicio pesado, el enfoque debe cambiar hacia la dinámica mecánica subyacente. En muchos casos, el sello mecánico es simplemente la [víctima] de la inestabilidad del sistema, no la causa raíz. Un factor físico crítico, pero a menudo pasado por alto, que impulsa la falla prematura es el Empuje Axial. Sin abordar el equilibrio hidráulico del rotor, simplemente reemplazar el componente del sello es una solución temporal que no resuelve el estrés mecánico fundamental.

2. La Física: Comprendiendo el Empuje Axial

Para entender por qué fallan los sellos, primero se debe comprender el entorno de fuerzas dentro de la carcasa de la bomba.El Empuje Axiales la fuerza neta que actúa sobre el rotor (eje e impulsor) paralela al eje del árbol. En términos simples, es la fuerza hidráulica que intenta empujar el eje ya sea hacia el ojo de succión o hacia el motor. Esta fuerza se origina en el diferencial de presión a través del impulsor:

·Lado de Succión:El ojo del impulsor opera a baja presión.

·Lado de Descarga:El área detrás de la cubierta del impulsor está sujeta a la alta presión de descarga. Esta distribución desigual de presión crea una fuerza neta masiva que actúa hacia el ojo de succión. En condiciones normales de diseño, el Cojinete de Empuje de la bomba absorbe esta carga, [anclando] el eje en su posición. Sin embargo, si las condiciones operativas hacen que el empuje exceda la capacidad de carga del cojinete, este puede fallar o desviarse, permitiendo que el eje se mueva físicamente dentro de la carcasa (conocido como Desplazamiento Axial).

3. Mecanismos de Falla: Cómo el Empuje Daña Físicamente el Sello

Los sellos mecánicos son instrumentos de precisión. El acoplamiento de la cara rotativa y la cara estacionaria depende de ajustes precisos de compresión del resorte, con tolerancias de instalación a menudo tan ajustadas como +/- 0.5 mm. Cuando el empuje axial no controlado fuerza al eje a desplazarse, destruye el sello a través de dos mecanismos físicos específicos:

A. Carga en la Cara (Aplastamiento)

Cuando la fuerza axial empuja el eje excesivamente hacia el ojo de succión, la cara rotativa es impulsada con fuerza contra la cara estacionaria. Esto resulta en:

·Funcionamiento en Seco:La presión de contacto extrema expulsa la película de fluido lubricante entre las caras.

·Termofisuración:La fricción genera calor intenso, causando grietas radiales en superficies de cerámica o caras duras.

·Desintegración:Bajo cargas extremas, las caras de carbono pueden fracturarse completamente.

B. Separación de las Caras (Apertura)

En condiciones transitorias (como el golpe de ariete durante la parada o las sobrepresiones), el eje puede desplazarse en dirección opuesta. Esto fuerza la separación de las caras del sello, conduciendo a:

·Fuga Masiva:Liberación instantánea del fluido presurizado.

·Ingreso de Residuos:Partículas sólidas entran en el espacio entre las caras abiertas. Cuando el eje vuelve a su posición, estas partículas actúan como un abrasivo, destruyendo las pulidas superficies del sello.

4. Análisis de Causa Raíz: Por Qué el Empuje Se Sale de Control

Una bomba bien diseñada debe equilibrar las fuerzas axiales nominales. El empuje descontrolado suele ser causado por problemas operativos específicos:

·Operación Fuera de la Curva：Las bombas están hidráulicamente equilibradas en su Punto de Máxima Eficiencia (BEP). Operar con un caudal muy bajo (estrangulación excesiva) o muy alto (caudal máximo) altera la distribución de presión alrededor del impulsor, generando cargas axiales impredecibles y excesivas.

·Anillos de Desgaste：Los anillos de desgaste actúan aislando zonas de alta y baja presión, ayudando a equilibrar la contrapresión. A medida que estos anillos se desgastan y el juego aumenta, se pierde este efecto de equilibrio hidráulico, haciendo que el empuje axial neto se multiplique.

·Cavitación：El colapso de las burbujas de cavitación crea ondas de choque de alta frecuencia. Esto induce una violenta vibración axial en el eje, golpeando las caras del sello miles de veces por minuto.

5. Diagnóstico y Solución

Para confirmar si el Empuje Axial es el culpable, realice un análisis de desmontaje: 

Lista de Verificación de Diagnóstico:

1. Inspeccione los Sellos Viejos：Huellas de desgaste profundas, grietas por calor o anillos de carbono astillados son signos claros de carga excesiva en las caras.

2. Inspeccione los Cojinetes：Si los cojinetes de empuje también se sobrecalientan, están decolorados o muestran desgaste en la jaula, confirma una carga axial excesiva.

Estrategias de Prevención:

·Control Operativo：Asegúrese de que la bomba opere cerca de su Punto de Máxima Eficiencia (BEP). Evite usar bombas sobredimensionadas para requisitos de caudal pequeños.

·Mantenimiento：Monitoree regularmente el juego de los anillos de desgaste. Reemplazar un anillo de desgaste es significativamente más barato que reemplazar un sello y un eje.

·Diseño Hidráulico：Para aplicaciones exigentes, seleccione bombas con características de equilibrio incorporadas.Stream Pumps, por ejemplo, utilizan impulsores avanzados con Álabes TraserosoOrificios de Equilibrio específicamente diseñados para neutralizar las fuerzas axiales en su origen, protegiendo el sello.

Conclusión

Un sello que gotea es a menudo un síntoma, no la enfermedad. Sin abordar el movimiento del eje causado por el empuje axial, los materiales de sellado costosos son una inversión desperdiciada. La confiabilidad se logra controlando el punto de operación, manteniendo los anillos de desgaste y seleccionando el diseño hidráulico correcto.Si su instalación enfrenta reemplazos de sellos frecuentes, contacte al Equipo Técnico de Stream Pumps. Podemos ayudarle a analizar las condiciones de su sistema y proporcionar soluciones de bombas anti-empuje diseñadas para una larga duración.