¿Por qué fallan los sellos mecánicos de carburo de silicio? 5 causas comunes y soluciones.

El carburo de silicio posee alta resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas. Se utiliza ampliamente en sellos frontales para aplicaciones petroquímicas, metalúrgicas, de bombas y válvulas. Los sellos mecánicos de carburo de silicio constituyen una línea de defensa fundamental para garantizar el funcionamiento continuo y estable de los equipos.

En aplicaciones prácticas, muchas fábricas se enfrentan a problemas de fallas en los sellos. Esto no solo aumenta los costos de operación y mantenimiento, sino que también plantea riesgos de seguridad por fugas y tiempo de inactividad. Este artículo se centra en 5 fallas comunes y sus causas. sellos mecánicos de carburo de silicio y proporciona soluciones de mejora para ayudar a los equipos de operación y mantenimiento industriales a resolver de manera eficiente los problemas de sellado.

Fuga

Las fugas son el problema más común en los sellos mecánicos de carburo de silicio. Provocan la filtración del fluido y pueden causar accidentes laborales.

Existen 5 causas principales de fugas. Para facilitar la visualización en esta sección, la columna izquierda representa las causas y la columna derecha, las soluciones.

Fallo por fricción y desgaste

La fricción y el desgaste son dos de las principales causas de degradación y reducción de la vida útil de los sellos mecánicos de carburo de silicio.

Causas

Cuando se exponen a condiciones de trabajo de alta velocidad, la fricción entre las caras de los sellos mecánicos acabará provocando desgaste o arañazos en la superficie, lo que reducirá la eficacia del sellado.

Cuando la cámara de sellado carece de líquido lubricante, el par de fricción experimenta fricción en seco. En estas condiciones, el anillo giratorio de SiC sufre un desgaste severo, mientras que el anillo estacionario es propenso a agrietarse térmicamente.

Además, las partículas sólidas presentes en el medio impactarán continuamente las superficies de sellado. Este desgaste se intensifica significativamente en medios particulados.

Soluciones

Para equipos de baja potencia, se puede utilizar una combinación de cerámica de carburo de silicio y grafito para reducir la fricción y el desgaste.

Si es necesario utilizar carburo de silicio, puede emplear componentes producidos mediante sinterización sin presión o sinterización por reacción.

Además, asegúrese de que haya suficiente lubricante en la cámara de sellado para evitar la fricción en seco. Puede utilizar dispositivos de control de lubricación para añadir lubricante a tiempo.

En condiciones de trabajo con partículas sólidas, se pueden añadir anillos protectores de arena para interceptar las impurezas. También se puede optimizar el sistema de lubricación de la superficie de sellado mediante lubricación con agua o con sólidos. Esto ayuda a formar una película lubricante de baja resistencia al cizallamiento, manteniendo el coeficiente de fricción dentro de un rango aceptable.

Fallo por sobrecalentamiento y corrosión

El sobrecalentamiento y la corrosión siempre actúan conjuntamente para acelerar el fallo de los sellos mecánicos de SiC.

Causas

La mayoría de los casos de sobrecalentamiento se deben a una lubricación y materiales de sellado inadecuados, o a la incapacidad de disipar a tiempo el calor generado por la fricción. Esto también acelera el envejecimiento de las juntas tóricas, comprometiendo la estructura de sellado.

Los medios corrosivos, como los ácidos fuertes, los álcalis fuertes y los disolventes orgánicos, erosionan las piezas de sellado de carburo de silicio. En un entorno altamente oxidante, la corrosión aumenta significativamente si se utiliza carburo de silicio de pureza insuficiente.

Además, en un ambiente con oxígeno insuficiente, el SiC se oxida y produce polvo suelto de SiO en lugar de una película de SiO2. Esto agravará el desgaste por corrosión.

Soluciones

Para evitar el sobrecalentamiento, optimice su sistema de refrigeración. Según la carga térmica, se debe utilizar refrigeración natural, refrigeración por circulación interna o refrigeración por lavado externo para controlar la temperatura del sello. La refrigeración por lavado también puede prevenir la acumulación de impurezas.

Seleccione los materiales de SiC adecuados según la corrosividad del medio. Para medios altamente oxidantes, se prefiere el carburo de silicio sinterizado sin presión o prensado en caliente. En condiciones corrosivas, aplique recubrimientos en la superficie de los anillos de sellado para reforzar su resistencia a la corrosión. No olvide inspeccionar la composición del medio y reemplazar el material degradado a tiempo.

Agarre del par de fricción

Este fallo suele producirse en máquinas de baja potencia y bajo par de arranque, como las bombas centrífugas. El agarrotamiento de las piezas de sellado impide el arranque de la máquina.

Causas

La razón principal es la combinación inadecuada de los materiales de fricción. Por ejemplo, al usar una junta de grafito y carburo de silicio, el anillo fijo de SiC puede adherirse al grafito, creando resistencia al agarrotamiento.

Una discrepancia entre la selección del sello y la potencia del equipo o las condiciones de funcionamiento también puede provocar fallos de bloqueo frecuentes.

Soluciones

Seleccione los componentes de sellado adecuados estrictamente de acuerdo con la potencia del equipo y las condiciones de funcionamiento. Para la selección de materiales de fricción, priorice aquellos con características complementarias.

Además, se requiere un mantenimiento continuo de los sellos mecánicos de carburo de silicio. Limpie regularmente los pares de fricción para eliminar el grafito adherido o las impurezas.

Compruebe el par de fricción antes de arrancar el equipo. Si se produce un agarrotamiento, desmóntelo y límpielo para evitar daños en el equipo por un arranque forzado.

Daños en el sello e instalación incorrecta

La cerámica de carburo de silicio es frágil. Requiere una instalación muy precisa. Una instalación incorrecta es el principal factor humano que provoca daños en el sello, por lo que debe reemplazarse.

Causas

Una instalación irregular del anillo fijo provoca vibraciones entre los anillos giratorio y fijo. Si esto continúa, se producirán astillamientos o roturas en los anillos de sellado.

Soluciones

Inspeccione el sellado antes de la instalación. Elimine las rebabas y manchas de la superficie para garantizar que las superficies de sellado estén limpias.

Durante la instalación, se debe proporcionar una estructura de guía para las juntas tóricas a fin de evitar rayones. Controle estrictamente la nivelación del anillo fijo para reducir las vibraciones durante el funcionamiento.

Conclusión

La falla de los sellos mecánicos de carburo de silicio no es casual, sino que se debe a ciertos detalles que se han pasado por alto. Comprender los patrones de falla y las soluciones para los sellos mecánicos de carburo de silicio es una forma eficaz de prolongar la vida útil de los componentes de sellado.

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Gracias por leer. Espero que este artículo les sea útil.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué tipo de sello mecánico es mejor, el de carburo de silicio o el de carburo de tungsteno?

El carburo de silicio es mejor para entornos corrosivos y de alta temperatura. El carburo de tungsteno es más resistente y mejor para aplicaciones de alta presión.

2. ¿Cuáles son los 2 tipos principales de sellos mecánicos?

Juntas de componentes y juntas de cartucho. Las juntas de componentes requieren alineación manual para su instalación. Las juntas de cartucho vienen preensambladas, lo que simplifica la instalación.

3. ¿Puede un sello mecánico funcionar en seco?

No. La fricción en seco provoca desgaste y agrietamiento térmico.

4. ¿Debo lubricar un sello mecánico?

Sí. Es fundamental formar una película protectora que reduzca la fricción y el desgaste.

5. ¿Qué debo hacer antes de instalar un nuevo sello mecánico?

Primero, inspeccione el sellado para detectar posibles daños. Limpie las superficies para eliminar rebabas o manchas. Asegúrese de que todos los sujetadores y juntas tóricas sean compatibles con su medio específico.

6. ¿Qué tan hermético debe ser un sello mecánico?

Los elementos de fijación deben apretarse para evitar que se aflojen. Sin embargo, evite ejercer una presión excesiva sobre las superficies cerámicas, que son frágiles.

7. ¿Qué tipo de aceite se utiliza para los sellos mecánicos?

Depende del fluido y de la temperatura de funcionamiento. Utilice un fluido de barrera o lubricante limpio y compatible. Generalmente, se utiliza un aceite hidráulico de baja viscosidad o un lubricante sintético especializado.

Referencia

[1] Chen, CY, Wu, BH, Chung, CJ, Li, WL, Chien, CW, Wu, PH y Cheng, CW (2013). Características de baja fricción de superficies nanoestructuradas en carburo de silicio para sellos lubricados con agua. Cartas de Tribología, 51(1), 127-133.

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