Schunk Carbon Technology Anillos para juntas dinámicas · 2019-03-13 · Bombas para gases...

Anillos para juntas dinámicas

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Schunk Carbon Technology

ANILLOS PARA JUNTAS DINÁMICAS

We are Carbon Technology

Schunk Carbon Technology es líder mundial en el desarrollo, producción y aplicación de soluciones de cerámica y carbón. Schunk Carbon Technology combina sabiamente la capacidad de innovación y el know-how tecnológico con su orientación al cliente y una extraordinaria oferta de servicios.

Con su cartera tecnológica altamente especializada de carbón mecánico, carbón eléctrico, aplicaciones de alta temperatura

y cerámica técnica, Schunk Carbon Technology ofrece soluciones perfectamente adaptadas para los más diversos sectores

industriales. Nuestra tecnología esta presente en millones de vehículos, en electrodomésticos, en la tecnología ferroviaria

y aérea, así como también en la industria química, en los procesos de tratamiento térmico y en las áreas de energía solar y

eólica. También estamos presentes en la técnica médica y en la industria de semiconductores.

La unidad de negocio de carbón mecánico desarrolla y fabrica materiales para anillos obturadores, cojinetes deslizantes y componentes para bombas con grafito y carbón, o con el material SiC. Estos productos se utilizan en la tecnología de sellado, así como en máquinas, módulos e instalaciones de muchos sectores industriales, como por ejemplo en las industrias química y petroquímica, en la técnica energética, en los sectores farmacéutico y de la alimentación o en aplicaciones relacionadas con la navegación aérea y marítima.

Una división del Grupo SchunkSchunk Carbon Technology es una división del Grupo Schunk, que opera como consorcio tecnológico global con más de 8200 empleados en 29 países para desarrollar soluciones tecnológicas a medida en los sectores de la tecnología del carbón y la cerámica, la simulación ambiental, los sistemas de climatización y la soldadura ultrasónica.

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Materiales de carbón y grafito para juntas dinámicas

Los materiales de carbón son ideales para el uso en juntas dinámicas gracias a sus características especiales.


Los materiales de carbón y de grafito presentan un amplio espectro de aplicación para los anillos de obturación, entre otros en los sectores de muy altas y muy bajas temperaturas, en las industrias química y petroquímica, así como en la farmacéutica, cosmética y alimentaria, en la fabricación de bombas, compresores y turbinas, en la construcción de vehículos y barcos, en la industria papelera, en la tecnología climática y también en los sectores de los electrodomésticos y de las centrales eléctricas.

Los materiales de carbón se caracterizan por:

¬ Excelentes propiedades de

deslizamiento y marcha en seco

¬ Bajo coeficiente de fricción

¬ Resistencia al desgaste

¬ Estabilidad química

¬ Estabilidad térmica

¬ Alta conductividad del calor

¬ Excelente resistencia al choque térmico

¬ Excelente estabilidad de forma

¬ Fabricación hermética al gas

¬ Alta resistencia a la fatiga

¬ Estable incluso con altas temperaturas

¬ Una excelente relación resistencia/

densidad aparente

¬ Al contrario de lo que ocurre con la fricción de

materiales metálicos, no hay riesgo de soldadura

¬ Adecuado para la contrarrotación con casi todos

los materiales habituales

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Anillos para sellos mecánicos axiales

El sellado mecánico axial constituye un sistema ideal para la obturación de los puntos de paso del eje rotativo al interior de la carcasa. Nuestros continuos y nuevos desarrollos de materiales amplían sus ámbitos de aplicación y los preparan para las más altas exigencias.

El espectro de materiales de Schunk para anillos deslizantes y estacionarios abarca desde los materiales de carbón impregnados de resina sintética hasta el carbón-grafito, el electrografito o el carburo de silicio, pasando por los compuestos de SiC-C. Schunk ofrece todas las impregnaciones usuales con resina, metal y sal, para el sellado y mejora de las propiedades, así como materiales alll-carbon.

Los sellos mecánicos axiales, fabricados en muy distintas formas, se caracterizan por sus superficies de sellado de carga plana axial con deslizamiento entre ellas. Entre las superficies de deslizamiento se aplica una película de lubricante. Los medios difíciles de lubricar, las ranuras de lubricación estrechas por altas exigencias de obturación o el simple contacto entre cuerpos sólidos requieren a menudo materiales que permitan el funcionamiento de emergencia y el funcionamiento en seco. Los materiales de carbón son autolubricantes por su especial composición.

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Sello mecánico sometido a carga

Representación esquemática de las ejecuciones de sellado mecánico

Sello mecánico no sometido a carga

Sello mecánico de doble acción

Ámbito de aplicación

¬ Velocidad máx. de deslizamiento 70 m/s

o caída de presión máx. 160 bar

¬ Presión de deslizamiento típica:

10 – 200 N/cm2

¬ En general <50 N/cm2

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Selección del material

Los distintos ámbitos de aplicación requieren materiales apropiados. En la amplia gama de materiales de Schunk encontrará la

solución que necesita. La siguiente tabla le ofrece una perspectiva general.

Materiales de carbón con impregnación de resina sintéticaEjemplo: FF521

Marcha en húmedo, gran número de piezas, velocidades de deslizamiento y presiones bajas

Materiales de carbón con redensificación de carbonoEjemplo: FH82Y5

Elevados requisitos químicos, marcha en húmedo, velocidades de deslizamiento y presiones medias

Materiales de carbón impregnados con resina sintéticaEjemplos: FH42Z5, FH82Z5

Marcha en húmedo, velocidades de deslizamiento y presiones medias a altas y elevados requisitos químicos

Materiales de carbón con impregnación metálicaEjemplos: FH42A, FH82A

Marcha en húmedo, velocidades de deslizamiento y presiones medias a altas

Materiales de carbón para condiciones de funcionamiento totalmente en seco Ejemplos: FH71ZH5, FH71A

Aplicaciones en entornos totalmente secos o también en temperaturas muy bajas

Anillo para sellos mecánicos axiales

Schunk Carbon Technology efectúa desde hace muchos años ensayos de desgaste con materiales estándar y materiales de nuevo desarrollo en bancos de pruebas con sellos mecánicos.

Banco de pruebas con sellos mecánicos


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Materiales de contrarrotación

Para la función de los sellos mecánicos es de gran importancia la elección del material adecuado. Gracias a la capacidad de formar una pátina como lubricante sólido, los materiales de carbón se aplican con éxito en combinación con casi todos los materiales de los sellos mecánicos, a excepción de los materiales demasiado blandos, que resultan inapropiados.

Apropiados: ¬ Compuesto de SiC/C SiC30¬ Materiales de carburo de silicio¬ Carburo de tungsteno¬ Óxido de cromo (con recubrimiento de plasma)¬ Óxido de aluminio (solo con marcha en húmedo)¬ Acero cromado endurecido¬ Acero cromado moldeado¬ Materiales de carbón-grafito

Uso con limitaciones: ¬ Acero al cromo-níquel¬ Hierro fundido austenítico¬ Acero sinterizado inoxidable (también impregnado

con resina de poliéster)¬ Fundición gris ¬ Estelita¬ Metales no ferrosos

No apropiados ¬ Aluminio¬ Aleaciones de aluminio (también anodizadas)

Requisitos para las superficies deslizantes

Igual de determinante para la estanqueidad o ausencia de fugas de un sellado mecánico, así como para el desgaste de los anillos deslizantes, es la calidad de procesamiento de las superficies de deslizamiento. Por este motivo deben lapearse y pulirse estas superficies.

Rugosidad de las superficies deslizantes

Superficies de carbón: Ra 0,2 – 0,4 µmSuperficies de contrarrotación: según el material empleado y su aplicación.

Las superficies deslizantes de carbón forman rápidamente una pátina sobre la superficie de contramarcha, introduciéndose en ésta.Una adecuada rugosidad de la superficie de contrarrotación asegura que esto suceda rápidamente y que la formación de la pátina sea óptima, reduciendo así el desgaste.

Planeidad de las superficies deslizantes

La prueba de planeidad se realiza preferentemente con cristal plano y luz monocromática sobre un equipo de medición de interferencias.

Diámetro exterior de las superficies de deslizamiento¬ <80 mm¬ 2 franjas de luz de helio (aprox. 0,6 µm)

¬ > 80 mm¬ + 1 franja de luz (aprox. 0,3 µm) para diámetros

mayores a 30 mm (bajo demanda, posibilidad de mayores requisitos de planeidad)

Superficie deslizante no totalmente plana

Superficie deslizante totalmente plana


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Pruebas no destructivas

Además de las pruebas dimensionales obligatorias, a petición del cliente pueden realizarse y documentarse otras pruebas no destructivas (de estanqueidad al gas, de rayos x, ultrasónicas, etc.).

Montaje

El montaje de los anillos deslizantes de carbón suele realizarse habitualmente mediante juntas tóricas, así como manguitos de plástico, en los que debe preverse un seguro antitorsión.

En los casquillos metálicos o en fuelles de metal puede también adherirse un sello mecánico de carbón. Los adhesivos utilizados deben adaptarse a las necesidades químicas y térmicas de cada caso individual.

También es posible el alojamiento a presión o el ajuste por contracción. Estos exigen en primer lugar el cumplimiento de estrictas tolerancias dimensionales y de forma, como la concentricidad del orificio de alojamiento.

Asiento a presión: H7/ s6 Asiento por contracción: H7/x8–zb8(según el material del casquillo y la temperatura de servicio)

Deben tenerse en cuenta posibles modificaciones de forma, por lo que debe realizarse un tratamiento de planeidad de las superficies deslizantes después de la contracción.

Imagen radiográfica de la estructura de los sellos mecánicos de carbón con impregnación de metal

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Ámbitos de aplicación para sellos mecánicos

Materiales recomendados para anillos deslizantes de carbón

Bombas de agua fría FH42Z5, FH42A

Bombas de agua caliente FH82ZH5, FH82A

Bombas de aguas industriales FH42Z5, FH82Z5

Bombas de alimentación de agua FH82ZH5, FH82A, SiC30

Compresores de refrigeración FH82A, FH82ZH5, SiC30

Bombas de alimentación de combustible y gasóleo de calefacción

FH42A, FH82A

Bombas de quemadores de aceite FH421A, FF521

Construcción de aviones FE679Q, FH42AR, SiC30

Construcción de barcos

Juntas para tubos codaste para superficie y parte sumergida de buques

Bombas de achique

Sellado de mamparos

FH429A, FH829A, FH829Z5

FH42Z5, FH82Z5

FE45S

En bombas e instalaciones de la industria alimentaria

FH42Z5, FH82Z5, FH42Y5, FH82Y5

Bombas químicasFH44Z5, FH42Z5, FH82Z5,FH82Y5, FE45Y2, FE45Z5, SiC30

Bombas en el sector petroquímico

FH42A, FH82A, SiC30

Mezcladores Marcha en húmedoMarcha en seco

FH42Z5, FH82Z5, FH42A, FH82A, SiC30, FH71ZH5

Centrifugadoras FH44Z5, FH42Z5

Compresores FH82A, FH82ZH5

Bombas de aceites térmicos FH42A, FH82A

Bombas para centrales eléctricas

FH82Z5, FH82ZH5, FH82A, FE709Y5, SiC30

Bombas de refrigerante primario para centrales nucleares

FH829Z5, FH829ZH5, SiC30

Bombas para gases líquidos

FH42A, FH82A, FE45A, FH71ZH5, FH71A

Anillo hermético al gas


Ámbitos de aplicación y materiales recomendados

La siguiente enumeración de ámbitos de aplicación para anillos de carbón-grafito no pretende ser exhaustiva.

Los materiales de Schunk nombrados deben entenderse como recomendaciones. Estos materiales han probado su eficacia en la aplicación correspondiente. Disponemos de otros materiales para requisitos más exigentes. Nuestro departamento de Técnica de Aplicaciones responderá gustosamente a sus preguntas.


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Anillos obturadores para cabezales de alimentación

Las juntas para cabezales de vapor o, en su acepción más general, juntas de cabezales, constituyen una forma especial de sellado mecánico.

Durante la alimentación de vapor, agua caliente o de refrigeración y la transferencia de aceites térmicos en rodillos y tambores en rotación, además de movimientos rotativos, pueden producirse también movimientos oscilantes, pendulares y de vaivén. Por este motivo, las construcciones con juntas para cabezales de alimentación deben admitir ciertos movimientos angulares, lo cual se logra principalmente mediante el uso de anillos con superficies deslizantes cóncavas o convexas.

Las juntas para cabezales de vapor, p. ej. en la industria del papel y la celulosa, deben funcionar ininterrumpidamente sin mantenimiento durante largos periodos, a pesar de que los anillos obturadores fabricados con carbón-grafito solo admiten un par de fricción mixto debido a la lubricación de vapor o incluso la marcha en seco.

Con las velocidades de deslizamiento normalmente bajas de <0,1 m/s, la solicitación puede llegar hasta más de 150 N/cm2.

Presión de apriete mediante elementos de resorte: 1 – 3 N/cm2

Diferentes ejecuciones de juntas de cabezales

Anillos deslizantes de carbón para juntas de cabezales de vapor

Material recomendadoVapor: FH27S, FH42, FH42A, FH44Y2, FH27Z2, FH44Z2 Agua fría: FH44Z5, FH42Z5 Agua caliente: FH42A, FH44ZH5, FH42ZH5 Aceites térmicos de transferencia: FH42A, FH82A

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Anillos obturadores para válvulas de bola

Los anillos obturadores para válvulas de bola elaborados con carbón-grafito se utilizan en aplicaciones de alta temperatura y en áreas protegidas contra incendios, es decir, refinerías, depósitos de aceite, en la industria química, etc.

Los anillos obturadores sirven para el sellado de vapores y gases calientes que no permiten el uso de materiales convencionales tales como los compuestos de PTFE.

Rugosidad de las superficies de deslizamiento: Rt ≤ 1,5 µm Materiales que han probado su eficacia: FE45A, FH42A

Además de los anillos obturadores, en las válvulas de bola se utilizan también cojinetes deslizantes de carbón en el área del eje. (Encontrará información sobre cojinetes deslizantes en nuestro catálogo 35.38)

Válvula de bola

Anillo obturador engarzado para válvula de bola


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Anillos obturadores para juntas radiales

Los anillos obturadores de carbón-grafito, debido a sus excelentes propiedades, se utilizan con éxito desde hace muchos años en juntas radiales tanto para movimientos perimetrales como axiales.

Para las juntas radiales por lo general se recurre (excepto en algunos casos especiales) al uso de juntas múltiples, es decir, segmentadas. Esta característica de segmentación permite un sencillo montaje de los materiales de carbón-grafito que, al igual que otros materiales de sellado para juntas radiales, no sufren deformación elástica. Pueden sellarse tanto los movimientos de rotación como los de traslación.

Juntas de contacto

Para juntas cuyo movimiento mantiene el contacto permanente pueden utilizarse anillos obturadores múltiples o de una pieza ranurados. De esta forma se garantiza una cierta capacidad de reposición constructiva y, al mismo tiempo, en caso de aparición de desgaste forzoso, no afecta a la hermeticidad. Este tipo de anillos se utilizan en una pieza como anillos de pistón o en varias piezas como anillos estranguladores en aplicaciones de altas temperaturas, en el sellado de mamparos o en turbinas de agua.

Juntas sin contacto

Son preferibles a las juntas de contacto cuando, debido a las condiciones críticas de funcionamiento (por ejemplo, alta velocidad de deslizamiento y/o altas presiones), en caso de producirse contacto se generaría un fuerte calentamiento de las superficies de obturación y un alto desgaste. Para juntas sin contacto se utilizan, además de anillos obturadores de varias piezas, también anillos de una pieza, tales como los anillos de carbón con revestimiento metálico. Son ámbitos de aplicación típicos de las juntas sin contacto las turbinas de vapor, los ventiladores de alta velocidad, las juntas de vástago de pistón para compresores de pistón sin aceite y los compresores de tornillo.

El número de anillos obturadores que debe utilizarse en juntas con y sin contacto depende de las condiciones de funcionamiento, del tipo de sellado y del volumen de fugas permitido. Si se utilizan varios anillos segmentados uno detrás de otro, sus puntos de unión deben colocarse desplazados con ayuda de mecanismos de protección contra torsión.

Según nuestra experiencia, el número de anillos puede calcularse de forma aproximada según la fórmula n = 2 + k x Δp.

k= 1 MPa-1 en juntas de contacto k= 2 MPa-1 en juntas sin contacto(Δp en MPa)

Materiales de contrarrotación para juntas radiales: Todos los materiales habituales para ejes y vástagos de pistón Uso con restricciones: Aceros de tipo austenítico No apropiados: Aluminio, aleaciones de aluminio y metales

no ferrosos Excepción: Cromado duro o niquelado duro de la superficie

Rugosidad de las superficies de deslizamiento: Rt ≤ 2 µm

Colocación de anillos múltiples en sellado radial de eje

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Anillos obturadores múltiples

La división en 3, 4, 6, 8, 12 o más segmentos suele depender del tamaño del anillo obturador en cuestión.

Los anillos obturadores múltiples se tensan con tornillos tensores de muelle. Para ello son muy eficaces los muelles de acero inoxidable 1.4310.

Resulta ventajosa la disposición móvil o en flotación de los anillos múltiples en cámaras a fin de compensar las oscilaciones radiales del eje.

Como ya se ha mencionado al principio, los anillos segmentados funcionan tanto con como sin contacto. Los anillos obturadores múltiples de contacto deben admitir reposición para compensar el desgaste en el diámetro interior. En los anillos con la hendidura solapada o unida con solapamiento, esto se consigue dejando una separación suficiente en los puntos de unión entre los segmentos. La reposición puede también realizarse con segmentos diferentes y con corte tangencial gracias a las superficies de contacto resultantes. Tales anillos pueden también sellarse con movimiento de traslación, tal como se produce en los vástagos de pistón. La presión de deslizamiento de juntas radiales de contacto permanente se genera a través de los tornillos tensores de muelle en el diámetro exterior y debería estar entre 1 y 1,5 N/cm².

Los anillos obturadores sin contacto presentan una tolerancia muy estricta en cuanto al diámetro interior. Esto se aplica en general también a los anillos múltiples.

No obstante, estos pueden también diseñarse con una separación reducida en los puntos de unión para que puedan funcionar primeramente con contacto. Debido al pequeño desgaste producido por la fricción de las superficies, la separación en los puntos de unión tiende a cero, gracias a lo cual se genera una práctica junta con separación sin contacto con mínima pérdida de la separación y, de esta forma, una óptima acción sellante. Los anillos obturadores múltiples sin contacto y sin separación en los puntos de unión pueden también fabricarse con las hendiduras partidas. Este es un método de fabricación que ha introducido y patentado Schunk.

Distintos segmentos de anillos de carbón

Anillo obturador múltiple sin contacto

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Dimensiones de anillos obturadores múltiples fabricados con carbón-grafito

D = 1,2 a 1,5 x dbmín= 8 mm con hendidura roma y solapadabmín= 10 mm con hendidura unida con solapamientoh ≈ 0,15 x d bmín= 6 mm con hendidura roma y solapada bmín= 8 mm con hendidura unida con solapamientor = (diámetro exterior del muelle / 2) + 0,3 a 0,5 mms según el tipo de junta, tamaño del diámetro del eje y

segmentabilidad del anillo

D

dh

r

b

s

d

D

hf

ge

s

D

d

h h

D

s

ge

f

d

k

p

l

D

d

hg

f

e

s

f

d

h

g

Con hendidura unida con solapamiento para sellado de ejes

Con hendidura roma para sellado de ejes y de pistones

Con hendidura unida con solapamiento e inclinación exterior para sellado de ejes

Con hendidura solapada para sellado de pistones

Con hendidura unida con solapamiento para sellado de pistones

Ejemplos de ejecución de las uniones de anillos obturadores múltiples

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Anillos obturadores con casquillo metálico

Para garantizar que una junta sin contacto mantenga una separación estrecha constante entre el anillo y el eje de acero en todo el espectro de temperaturas de servicio, los anillos de carbón-grafito deben introducirse por contracción en casquillos de metal. El motivo es la diferencia entre los factores de dilatación del carbón-grafito y el acero. Los anillos obturadores con casquillo de metal aguantan la tensión de la presión y se dilatan con el aumento de la temperatura gracias al material del casquillo. A fin de asegurar el asiento firme del anillo de carbón en el casquillo, el asiento por contracción está diseñado para soportar la máxima temperatura de servicio. La temperatura de contracción requerida depende también del material empleado para el casquillo.

Asiento por contracción habitual: H7/z8-zb8

Para la contracción en los casquillos de metal debe tenerse en cuenta lo siguiente:¬ El tratamiento posterior del orificio del anillo¬ Según las tolerancias requeridas, el tratamiento posterior

del diámetro exterior en casquillos de acero de pared fina (medida del tratamiento ~ 0,3 mm).

Anillos deslizantes de carbón con casquillo de metal

En las juntas con separación se colocan, dependiendo de la caída de presión, varios anillos uno tras otro en cámaras de acero o fundición. Debido a la caída de presión, los anillos se comprimen de forma axial contra una de las superficies del anillo de cámara, lo que genera un sellado axial adicional.Para ello es necesario un buen tratamiento de la superficie del anillo de cámara (Rt ≤ 2 µm) y que los anillos sobresalgan axialmente del casquillo.

Anillos de laberinto

Se conoce como anillos de laberinto los anillos múltiples o de una pieza para juntas sin contacto con el orificio acanalado. Las acanaladuras mejoran el efecto sellante.

Anillos de laberinto

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Anillos de una pieza ranurados

Los anillos de contacto fabricados en una pieza y ranurados se utilizan en especial para movimientos de traslación verticales, como los que se producen, por ejemplo, en el pistón de un cilindro. Los anillos se someten a un tratamiento final estando separados y tensados. Naturalmente, tanto en su diseño como en su montaje debe tenerse en cuenta la elasticidad final de los materiales de carbón.

Anillos de una pieza ranurados

Anillos de soporte

Cuando en las juntas de contacto resulta forzoso el uso de anillos de plástico, p. ej. de PTFE o materiales compuestos con PTFE, debido a la ausencia de estabilidad de forma a altas temperaturas, suelen utilizarse anillos de soporte fabricados con carbón-grafito. El montaje de los anillos de soporte de carbón se realiza con una reducida separación del eje o del vástago entre los anillos obturadores de plástico. De esta forma se evita que los anillos obturadores de plástico se deslicen sobre la separación entre vástago/eje y cámara cuando aumenta la temperatura o la solicitación. Los anillos de carbón presentan estabilidad dimensional y sus propiedades autolubricantes evitan el daño de la superficie del eje o el vástago con una puesta en marcha rápida.

Selección del material En las juntas radiales se utilizan predominantemente sellos mecánicos de carbón con materiales de carbón-grafito y electrografito no impregnados.

FH27S, FH42, FH429, FE45Y2, FE45Y2, FH44Y2, FE679

En condiciones críticas de funcionamiento, los materiales impregnados de resina sintética han demostrado ser muy eficaces.

FH27Z2, FE45Z2, FH44Z2

Con altas caídas de presión y posible desgaste por erosión, se recomienda la selección de materiales con impregnación metálica.

FE45A, FH42A, FH44A, FE679A

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