El sellado del eje es una parte importante del diseño de las bombas de lodos. Un sistema de sellado adecuado ayuda a prevenir fugas excesivas, protege el eje y el conjunto de cojinetes de la bomba, reduce los requisitos de mantenimiento y mejora la fiabilidad operativa general.

A diferencia de las bombas de agua limpia, las bombas de lodos suelen manejar fluidos abrasivos, con alto contenido de sólidos y, en ocasiones, corrosivos. Estas condiciones hacen que la selección del sello del eje sea más exigente. Un sistema de sellado que funciona bien con agua limpia puede no ser adecuado para un lodo altamente abrasivo.

En las aplicaciones de bombas de lodos se utilizan tres métodos comunes de sellado de ejes: sellos de expulsión, sellos de empaquetadura y sellos mecánicos . Cada uno tiene su propio principio de funcionamiento, ventajas, limitaciones y aplicaciones adecuadas.

No existe un sello de eje "óptimo" universal para todas las bombas de lodos. La elección correcta depende de las características del lodo, las condiciones de funcionamiento de la bomba, los requisitos de estanqueidad, la disponibilidad de agua de sellado, las posibilidades de mantenimiento y el costo operativo total.

1. ¿Qué es un sello de eje para bomba de lodos?

Se instala un sello de eje alrededor del eje giratorio o manguito del eje en el punto donde el eje atraviesa la carcasa de la bomba. Su función principal es controlar el paso de lodo, líquido o aire a través de esta zona durante el funcionamiento de la bomba.

Un sistema de sellado de ejes eficaz debe:

• Minimizar las fugas no deseadas de lodo;

• Evitar que entre aire en exceso en la bomba;

• Proteja el eje y el manguito del eje;

• Mantener un funcionamiento estable de la bomba;

• Reduzca el consumo de agua y energía siempre que sea posible;

• Permite la inspección y el mantenimiento prácticos.

Los tres principales sistemas de sellado utilizados en las aplicaciones de bombas de lodos son los sellos de expulsión, los sellos de empaquetadura y los sellos mecánicos .

2. Sello de expulsión para bombas de lodos

Un sello de expulsor utiliza un componente giratorio secundario, conocido como expulsor, para generar presión centrífuga durante el funcionamiento de la bomba. El expulsor se ubica detrás del impulsor principal y gira con el eje de la bomba.

A medida que la bomba gira, el extractor genera presión, lo que ayuda a contrarrestar la presión de la lechada alrededor del área de sellado del eje. Esto reduce la cantidad de lechada que llega a la cámara de sellado y puede disminuir significativamente la necesidad de agua de empaquetadura externa.

¿Cómo funciona un sello de expulsión?

El principio de funcionamiento básico se puede simplificar de la siguiente manera:

Rotación de la bomba → Rotación del expulsor → Presión centrífuga → La suspensión es empujada lejos del área del sello del eje.

Debido a que el efecto de sellado se genera mecánicamente por la paleta giratoria, un sello de paleta puede funcionar con poca o ninguna agua de prensaestopas externa continua en aplicaciones adecuadas.

Sin embargo, la idoneidad real de un sello de expulsor depende de factores como la velocidad de la bomba, la presión de descarga, las condiciones de succión, las características de la suspensión y el diseño específico de la bomba y del sello.

Ventajas de los sellos de expulsión

Los sellos de expulsor se utilizan ampliamente en aplicaciones con lodos abrasivos porque ofrecen varias ventajas prácticas:

• Menor dependencia del agua de las glándulas externas;

• Reducir el consumo de agua de sellado en aplicaciones adecuadas;

• Buena tolerancia a lodos abrasivos;

• No se requiere ningún ajuste rutinario del embalaje;

• Adecuado para numerosas aplicaciones en minería y procesamiento de minerales;

• Puede ayudar a reducir la dilución del lodo causada por el agua de las glándulas.

Limitaciones de los sellos de expulsión

Un sello de expulsión no está exento de mantenimiento. El extractor y otros componentes de sellado están expuestos al fluido bombeado y pueden desgastarse con el tiempo.

El efecto de sellado también depende de la velocidad de rotación de la bomba. Cuando la bomba se detiene, el extractor deja de generar presión centrífuga de sellado. Por lo tanto, debe considerarse el sistema de sellado completo para el arranque, la parada y las condiciones estáticas.

Los sellos de expulsión también pueden presentar limitaciones cuando la bomba funciona bajo una alta presión de succión u otras condiciones que reducen la diferencia de presión disponible a través del sello.

Por este motivo, la selección del sello del expulsor siempre debe basarse en las condiciones reales de funcionamiento de la bomba y no únicamente en el tipo de lodo.

3. Junta de estanqueidad para bombas de lodos

A El sello de prensaestopas , también conocido como sello de empaquetadura , utiliza anillos de empaquetadura compresible instalados alrededor del eje o manguito del eje. El seguidor de prensaestopas comprime la empaquetadura para crear una interfaz de sellado controlada.

Los sellos de prensaestopas son uno de los sistemas de sellado más utilizados en las bombas de lodos debido a su construcción sencilla, su fácil mantenimiento y su buena tolerancia a los medios abrasivos.

¿Cómo funciona un sello glandular?

Los anillos de empaquetadura se instalan dentro de la caja de empaquetadura alrededor del manguito del eje. El seguidor de la prensaestopas aplica una compresión controlada a la empaquetadura.

El principio básico es:

Compresión del empaque → Contacto controlado alrededor del eje → Reducción de fugas

En muchas aplicaciones de bombas de lodos, se introduce agua limpia en la prensaestopas. Una presión de agua de sellado controlada adecuadamente ayuda a evitar que el lodo entre en la prensaestopas y protege el empaque y el manguito del eje.

Ventajas de los sellos glandulares

Los sellos de glándulas son especialmente atractivos cuando la simplicidad y el mantenimiento en campo son importantes.

Entre las principales ventajas se incluyen:

• Construcción sencilla y robusta;

• Fácil inspección y ajuste;

• Coste inicial relativamente bajo;

• Buena tolerancia a lodos abrasivos;

• El empaquetado se puede reemplazar sin necesidad de sustituir todo el conjunto del sello mecánico;

• Adecuado para una amplia gama de aplicaciones de bombeo de lodos convencionales;

• El desgaste progresivo hace que el estado de los sellos sea relativamente fácil de controlar.

Una característica importante de los sellos de empaquetadura es que normalmente se espera una pequeña fuga controlada. Los operarios pueden controlar la fuga y ajustar la compresión de la empaquetadura a medida que esta se desgasta.

Limitaciones de los sellos glandulares

Las focas glandulares también presentan varias desventajas.

Pueden requerir un suministro continuo de agua a la prensaestopas, lo que puede aumentar el consumo de agua. Una presión excesiva en la prensaestopas o un ajuste incorrecto del empaque también pueden acelerar el desgaste del empaque y del manguito del eje.

Si la junta se aprieta demasiado, puede aumentar la fricción y la generación de calor. Si está demasiado floja, puede producirse una fuga excesiva.

Por lo tanto, el rendimiento del sellado de la prensaestopas depende no solo de la calidad del empaque, sino también de la correcta instalación, ajuste y control del agua en la prensaestopas.

4. Sello mecánico para bombas de lodos

A El sello mecánico utiliza una cara de sellado giratoria y una cara de sellado fija para crear una interfaz de sellado controlada alrededor del eje de la bomba.

En comparación con un sello de prensaestopas, un sello mecánico puede proporcionar una fuga visible mucho menor cuando se selecciona, instala y opera correctamente.

Los sellos mecánicos se suelen considerar cuando el control de fugas, la contención del proceso o los requisitos medioambientales son especialmente importantes.

¿Cómo funciona un sello mecánico?

El principio básico de sellado es:

Superficie de sellado giratoria + Superficie de sellado fija → Interfaz de sellado controlada → Baja fuga

Las superficies de sellado operan en contacto directo con una película de fluido muy delgada entre ellas. Para un rendimiento fiable, son esenciales los materiales adecuados para las superficies, la lubricación, la refrigeración y las condiciones de funcionamiento.

Ventajas de los sellos mecánicos

Los sellos mecánicos pueden ofrecer varias ventajas:

• Muy baja fuga de líquido cuando está diseñado y operado correctamente;

• Mejor contención del medio bombeado;

• No se requiere ningún ajuste rutinario del embalaje;

• Se reduce la fuga visible alrededor del eje;

• Adecuado para aplicaciones en las que se debe minimizar la contaminación o la pérdida de producto;

• Puede utilizarse en aplicaciones de servicio continuo con sistemas de soporte de sellado adecuados.

Para lodos corrosivos o químicamente agresivos, se pueden seleccionar combinaciones adecuadas de materiales de la superficie de sellado y del elastómero según las características del fluido.

Limitaciones de los sellos mecánicos

Los sellos mecánicos son más sensibles a las condiciones de funcionamiento que los sellos de empaquetadura convencionales.

Las partículas abrasivas pueden dañar las superficies de sellado si este no está diseñado o protegido adecuadamente. Por lo tanto, las suspensiones con alto contenido de sólidos pueden representar un desafío importante.

Dependiendo de la aplicación, un sello mecánico puede requerir un sistema de lavado, enfriamiento, amortiguación o barrera adecuado para proteger las caras del sello y mantener condiciones de funcionamiento adecuadas.

Los sellos mecánicos también suelen tener costes iniciales de adquisición e instalación más elevados, y requieren una instalación y un mantenimiento más precisos.

Por lo tanto, no se debe elegir un sello mecánico simplemente porque sea una tecnología de sellado más sofisticada. Debe adaptarse a la lechada, la presión, la temperatura, la velocidad y las condiciones de soporte del sello.

5. Sello de expulsión vs. sello de prensaestopas vs. sello mecánico

La siguiente comparación proporciona una guía general para las aplicaciones de bombas de lodos:

Esta tabla es una guía de selección general. El rendimiento real del sello depende del diseño de la bomba, las propiedades de la suspensión, los parámetros de funcionamiento y el sistema de sellado.

6. Cómo elegir el sello adecuado para una bomba de lodos

La selección de juntas debe comenzar con las condiciones reales de funcionamiento, y no con el tipo de junta en sí.

Paso 1: Evaluar las características de la suspensión

En primer lugar, consideremos las propiedades del medio bombeado:

• concentración de sólidos;

• Tamaño de partícula;

• dureza de las partículas;

• Abrasividad;

• Corrosividad;

• Temperatura;

• Viscosidad.

Para lodos altamente abrasivos y con alto contenido de sólidos, los sellos de expulsión y los sellos de empaquetadura suelen ser opciones prácticas debido a su tolerancia a las partículas abrasivas.

Para fluidos corrosivos, tóxicos, valiosos o sensibles al medio ambiente, puede ser preferible un sello mecánico cuando se requiere una fuga mínima y una mejor contención.

Sin embargo, también pueden combinarse condiciones abrasivas y corrosivas. En tales casos, es necesario seleccionar cuidadosamente los materiales de sellado y el sistema de sellado completo.

Paso 2: Comprobar las condiciones de funcionamiento de la bomba.

La selección del sello también debe tener en cuenta lo siguiente:

• Caudal;

• Cabezal de la bomba;

• Velocidad de la bomba;

• Presión de descarga;

• Presión de succión;

• Temperatura de funcionamiento;

• Funcionamiento continuo o intermitente.

La alta presión, la alta temperatura o la alta velocidad por sí solas no determinan automáticamente el tipo de sello.

Por ejemplo, una bomba de lodos de alta velocidad podría requerir un sistema de sellado con expulsor o prensaestopas si el lodo es muy abrasivo. Por el contrario, una aplicación de presión relativamente baja podría requerir un sello mecánico debido a los estrictos requisitos de control de fugas.

El enfoque correcto consiste en evaluar el rango operativo completo.

Paso 3: Determinar el requisito de fugas

La tolerancia a las fugas es uno de los factores de selección más importantes.

Si se acepta una pequeña cantidad de fugas controladas, un sello de empaquetadura puede proporcionar una solución práctica y económica.

Si reducir el consumo de agua de la prensaestopas es una prioridad y las condiciones de la bomba son adecuadas, un sello de expulsión puede resultar ventajoso.

Si la aplicación requiere una fuga visible mínima o una contención estricta del fluido bombeado, un sello mecánico puede ser más apropiado.

Paso 4: Considerar la disponibilidad de agua para las focas

Los requisitos de agua de foca pueden tener un efecto significativo en los costos operativos.

Las juntas de estanqueidad suelen requerir agua de sellado limpia. La presión y el caudal del agua deben controlarse adecuadamente. Una presión excesiva puede aumentar el consumo de agua y el desgaste de la empaquetadura, mientras que una presión insuficiente puede permitir que la pasta abrasiva entre en la caja de empaquetadura.

En condiciones de funcionamiento adecuadas, un sello de expulsión puede reducir o eliminar la entrada continua de agua en la prensaestopas externa.

Los sellos mecánicos también pueden requerir un sistema específico de lavado, enfriamiento, amortiguación o barrera, dependiendo del diseño y la aplicación del sello.

Por lo tanto, durante el proceso de selección se deben tener en cuenta la calidad del agua disponible, la presión, el caudal y el coste operativo.

Paso 5: Considere las capacidades de mantenimiento

Las condiciones de mantenimiento del sitio también influyen en la mejor elección.

Elija un sello de prensaestopas cuando:

• El mantenimiento básico del terreno es importante;

• Los operarios pueden realizar el ajuste del embalaje;

• Hay embalaje de repuesto disponible.

• Se acepta una cierta cantidad de fugas controladas;

• Es necesario minimizar el coste inicial del sellado.

Considere un sello de expulsión cuando:

• La mezcla es abrasiva;

• Es importante reducir el consumo de agua de las focas;

• Las condiciones de funcionamiento de la bomba son adecuadas para el sellado por expulsor;

• Se requiere una solución robusta para el bombeo de lodos.

Elija un sello mecánico cuando:

• Se requiere una fuga muy baja;

• El control ambiental o de la contaminación es importante;

• El fluido bombeado es tóxico, valioso o peligroso;

• Contamos con personal de mantenimiento profesional.

• La aplicación puede proporcionar las condiciones necesarias de lavado, refrigeración, amortiguación o barrera.

7. ¿Se pueden utilizar las juntas de expulsor sin agua de sellado?

En muchas aplicaciones adecuadas de bombas de lodos, un sello de expulsión puede funcionar sin agua de prensaestopas externa continua porque el impulsor giratorio genera presión centrífuga durante el funcionamiento de la bomba.

Sin embargo, esto no significa que todas las bombas de lodos selladas por expulsor puedan funcionar completamente sin agua en todas las condiciones.

La idoneidad del funcionamiento sin agua o con agua reducida depende de factores como:

• Velocidad de la bomba;

• presión de descarga de la bomba;

• Condiciones de succión;

• Características del lodo;

• Diseño de expulsor;

• Configuración de la bomba;

• Condiciones de arranque y parada.

Por este motivo, al seleccionar un sistema de sellado por expulsor, se debe respetar el rango de funcionamiento recomendado por el fabricante.

8. ¿Se pueden utilizar sellos mecánicos para lodos altamente abrasivos?

Sí, pero el sello mecánico debe estar diseñado y soportado específicamente para la aplicación.

Las suspensiones altamente abrasivas pueden dañar rápidamente las superficies de los sellos mecánicos si las partículas abrasivas penetran en la interfaz de sellado. Por lo tanto, el sello requiere materiales y condiciones de funcionamiento adecuados.

Dependiendo de la aplicación, un sello mecánico especializado puede utilizar:

• Superficies de sellado resistentes a la abrasión;

• Materiales elastoméricos adecuados;

• Lavado externo;

• Fluido amortiguador;

• Fluido de barrera;

• Otros sistemas de soporte de sellos.

Lo importante es que un sello mecánico no debe tratarse como un componente estándar que se puede instalar en cualquier bomba de lodos sin evaluar las condiciones del proceso.

Para lodos altamente abrasivos, el sellado mediante expulsor o prensaestopas puede seguir siendo la solución más práctica cuando los requisitos de estanqueidad lo permitan.

9. Sello de expulsión, sello de prensaestopas o sello mecánico: ¿Cuál es mejor?

No existe una respuesta universal.

Los tres métodos de sellado solucionan problemas diferentes.

Los sellos de expulsión se centran en utilizar la acción centrífuga para controlar la pulpa cerca del área del sello del eje y pueden reducir la dependencia del agua de la prensaestopas externa.

Los sellos de las prensaestopas priorizan la simplicidad, la robustez, el fácil mantenimiento y la tolerancia a los lodos abrasivos.

Los sellos mecánicos priorizan la baja fuga y la contención, pero requieren una selección más cuidadosa de los materiales, las condiciones de funcionamiento y los sistemas de soporte del sello.

Por lo tanto, un enfoque de selección práctico puede resumirse de la siguiente manera:

Lodo abrasivo + conservación del agua → Considere un sello de expulsión.

Lodo abrasivo + mantenimiento simple → Considere un sello de empaquetadura.

Control estricto de fugas + condiciones adecuadas de soporte del sello → Considere un sello mecánico.

Estas son directrices generales, no reglas universales. La selección final debe confirmarse en función de las condiciones reales de la bomba y del proceso.

10. Cómo la selección adecuada de sellos mejora la confiabilidad de la bomba de lodos

El sellado del eje tiene un efecto directo en la fiabilidad de la bomba de lodos.

Un sello inadecuado puede provocar:

• Fugas excesivas;

• Mayor consumo de agua de foca;

• Desgaste del eje o del manguito del eje;

• Fallo prematuro del sello;

• Mantenimiento no planificado;

• Contaminación o dilución de la suspensión;

• Aumento de los costes operativos.

La selección adecuada de juntas ayuda a equilibrar el rendimiento del sellado, los requisitos de mantenimiento, el consumo de agua, la vida útil de los componentes y el coste total de propiedad.

También es importante recordar que el rendimiento del sello depende de más factores que el componente de sellado en sí. La velocidad de la bomba, el estado del manguito del eje, la presión de la cámara de sellado, la concentración de la suspensión, la precisión de la instalación y los procedimientos operativos pueden influir en la vida útil del sello.

Conclusión

Los tres métodos principales de sellado del eje utilizados en las bombas de lodos (sellos de expulsión, sellos de empaquetadura y sellos mecánicos ) tienen cada uno sus propias ventajas y limitaciones.

Un sello de expulsión puede ser una opción eficaz para aplicaciones con lodos abrasivos donde es importante reducir el consumo de agua de sellado externo y las condiciones de funcionamiento de la bomba son adecuadas.

A El sellado de la empaquetadura sigue siendo una solución robusta y práctica para muchas aplicaciones convencionales de lodos, especialmente cuando la facilidad de mantenimiento, la construcción sencilla y la buena tolerancia a los sólidos abrasivos son prioridades.

A El sello mecánico es adecuado para aplicaciones donde la mínima fuga y la contención del proceso son fundamentales, siempre que las características de la suspensión, los materiales del sello, el sistema de lavado o barrera y las condiciones de funcionamiento coincidan adecuadamente.

Por lo tanto, el mejor sello para el eje de la bomba de lodos no es necesariamente el más avanzado ni el de menor costo. La mejor opción es la que se ajusta a las características del lodo, la presión, la velocidad, la temperatura, los requisitos de estanqueidad, las condiciones del agua de sellado y las posibilidades de mantenimiento de la aplicación específica.

Para un funcionamiento fiable de la bomba de lodos, la selección de los sellos debe considerarse como parte del sistema completo de la bomba, en lugar de como un componente aislado.