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Cálculo de presión de la cámara de sello

Nov 17, 2023 | Articulo

En ocasiones es necesario determinar la presión de la cámara de sello para calcular el calor generado por el sello mecánico, determinar las tasas de flujo de purga del sello mecánico o completar un análisis de diseño de sello mecánico. La presión de la cámara de sello será determinada por el diseño del impulsor y/o el diseño de la bomba centrífuga. Una manera sencilla de determinar la presión que actúa sobre la cámara de sello es la siguiente:

Nomenclatura:  

PS = Presión de Succión                                 PD = Presión de Descarga

PB = Presión de la Cámara de Sello (Caja de Empaque)        PV = Presión del Recipiente

Orificios de balance en el impulsor

Los orificios de equilibrio se utilizan para reducir la carga axial de empuje en el eje y mejorar la vida útil del cojinete de empuje. Los orificios de equilibrio también reducen la presión que actúa sobre la cámara de sello. Dependiendo del tamaño y la cantidad de orificios de equilibrio en el impulsor, la presión que actúa sobre la cámara de sello puede variar desde la Presión de Succión (PS) hasta la Presión de Succión (PS) más el 10% de la Altura Total Desarrollada (TOH). Por seguridad, utilice la Ecuación 1 para calcular la presión que actúa sobre la cámara de sello a menos que el OEM especifique lo contrario. Los fabricantes de bombas que utilizan impulsores con paletas reversas y orificios de equilibrio normalmente ajustan el impulsor con un espacio determinado entre la parte trasera del impulsor y la cubierta trasera.

Ecuación 1: 

PB = PS + 0.1(PD – PS)

Ejemplo:

Una bomba de una sola etapa de succión final con un impulsor y orificios de balance tiene una presión de succión de 5 psi y una presión de descarga de 95 psi. ¿Cuál es la presión de la cámara de sello?

   PB= 5 psi + .10 (95 (PD)-5 (PS))                 PB = 14 psi

Paletas traseras en el impulsor

Algunos OEM utilizan paletas traseras en el lado opuesto del impulsor para reducir la presión que actúa sobre la cámara de sello. Este arreglo producirá una presión ligeramente más alta que un impulsor con orificios de equilibrio en el impulsor. Los impulsores con orificios de equilibrio normalmente se ajustan con un espacio específico entre la parte delantera del impulsor y la voluta de la bomba para reducir la recirculación de succión.

Ecuación 2:

PB=PS+0.25(PD-PS)

Ejemplo: Una bomba de una sola etapa de succión final con impulsor/paletas traseras tiene una presión de succión de 10 psi y una presión de descarga de 110 psi. ¿Cuál es la presión de la cámara de sello?

PB= 10 psi + .25 (110 (PD ) -10 (PS))           PB = 35 psi

Impulsor cerrado con anillos de desgaste y orificios de balance

Este diseño de impulsor se encuentra normalmente en bombas centrífugas fabricadas según las normas American Petroleum Institute (API). Dependiendo del fabricante original (OEM), la presión que actúa sobre la cámara de sello puede variar desde la Presión de Succión (PS) hasta la Presión de Succión (PS) más el 25% de la Altura Total Desarrollada (TOH). Por seguridad, utilice la Ecuación 3 para calcular la presión que actúa sobre la cámara de sello a menos que el OEM especifique lo contrario.

Ecuación 3:

PB = PS + 0.25 (PD – PS)

Impulsor cerrado con anillos de desgaste y sin orificios de balance

Este diseño de impulsor se encuentra normalmente en una bomba API o en aquellas bombas diseñadas para servicio pesado. Dependiendo del fabricante original (OEM), los orificios de balance se omiten en un esfuerzo por aumentar la eficiencia de la bomba. La presión de la cámara de sello es muy cercana a la presión de descarga de la bomba. Por seguridad, utilice la Ecuación 3a para calcular la presión que actúa sobre la cámara de sello a menos que el OEM especifique lo contrario.

Ecuación 3(a):

PB = PD

Ejemplo: Una bomba API de una sola etapa de succión final con impulsor cerrado, anillos de desgaste y sin orificios de equilibrio, tiene una presión de succión de 25 psi y una presión de descarga de 175 psi. ¿Cuál es la presión de la cámara de sello?

PB = 175 psi

Bomba de turbina vertical

En una bomba de turbina vertical (VTP), la cámara de sello se encuentra en la descarga de la bomba. La mayoría de los fabricantes de bombas verticales colocan un casquillo de juego cercano en la parte inferior de la cámara de sello en un intento por reducir la presión de la cámara de sello a la Presión de Succión (PS) más el 25% de la Altura Total Desarrollada (TOH).

Sin embargo, debido al desgaste del casquillo o al diseño del casquillo con ranuras en espiral, la presión de la cámara de sello puede ser la misma que la Presión de Descarga (PD).

La presión de la cámara de sello también puede verse afectada por el uso de planes de purga API como el Plan 13 y el Plan 14. Por seguridad, utilice la Ecuación 4 para calcular la presión que actúa sobre la cámara de sello a menos que el OEM especifique lo contrario.

Ecuación 4:

PB = PD

Bomba de doble aspiración

Basándose en el diseño de la bomba, las cámaras de sello con pernos están sujetas a la presión de Succión (PS). Utilice la Ecuación 5 para calcular la presión que actúa sobre la cámara de sello.

Ecuación 5:

PB = PS

Ejemplo: Una bomba de doble aspiración de una sola etapa con impulsor cerrado tiene una presión de succión de 10 psi y una presión de descarga de 145 psi. ¿Cuál es la presión de la cámara de sello?

  PB = 10 psi

Bomba de dos etapas

En este diseño de bomba, una cámara de sello está sujeta a la Presión de Succión (PS) como se muestra en la Ecuación 6. Mientras que la otra cámara de sello está sujeta a la Presión de Succión (PS) más el 50% de la Altura Total Desarrollada (TDH) como en la Ecuación 6a.

Ecuación 6:

PB = PS

Ecuación 6(a):

PB = P5 + 0.5 (PD – PS)

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