Sellos axiales

En los cierres axiales, uno de los componentes de la pareja en contacto por fricción/deslizamiento se encuentra dispuesto de forma axial contra el otro. La superficie de contacto en este caso es una superficie anular lisa que separa el espacio interior del exterior. Dentro de unos límites, los anillos pueden moverse radialmente entre sí sin influir en la efectividad de sellado. Las compensaciones de desgaste se producen mediante desplazamiento axial de, al menos, uno de los anillos. La geometría del anillo permanece inalterada, de modo que pueden utilizarse materiales duros. Los cierres axiales se denominan generalmente sellos mecánicos.

Una pareja de anillos deslizantes se compone de un anillo deslizante fijo y otro giratorio; sus superficies de contacto se caracterizan por ser extremadamente lisas (<1 µm). Esto hace que la ranura de sellado alrededor de todo el perímetro sea lo suficientemente pequeña para prevenir fugas, sin importar la posición relativa de los anillos. Los mismos anillos deslizantes están sellados contra determinadas piezas de la carcasa por medio de elementos de sellado secundarios estáticos.

La velocidad relativa de los anillos entre sí genera fricción. La cantidad de calor generado depende de las condiciones de fricción en la ranura de sellado y de la velocidad del eje. Las temperaturas elevadas del medio a sellar pueden producir cargas térmicas adicionales. Por lo tanto, a menudo es necesario proteger las propiedades tribológicas de la pareja de anillos con un lubricante adecuado.

Formación de una capa lubricante
En el caso de cierres lubricados es necesario facilitar la descarga mecánica mediante la aplicación de una presión hidrostática o hidrodinámica. Dependiendo de la diferencia de presión que se debe soportar y de la velocidad del eje, puede generarse fácilmente una presión hidrodinámica en la ranura de sellado si el diseño constructivo y la elección del fluido son adecuados. En una aproximación inicial, la evolución de la presión puede parecer lineal, véase Fig. 2.

El factor de carga K es la relación entre la superficie A2 expuesta a la presión a soportar y la superficie de sellado común de ambos anillos deslizantes A1, véase Fig. 3. Se trata de un importante criterio para determinar las fuerzas de cierre hidrostáticas, que evitan que los anillos de deslizamiento se eleven debido a las fuerzas de apertura en la ranura de sellado.

Se diferencia entre sellos mecánicos cargados con K > 1 (en la práctica 1,1 y 1,2) y sellos mecánicos descargados con K < 1 (en la práctica 0,6 y 0,9). Al reducirse los valores K se aumenta la seguridad contra sobrecargas térmicas, aunque, sin embargo, se deben tomar medidas para evitar que las superficies de deslizamiento se eleven.

Sobre los anillos de deslizamiento actúan las presiones de los espacios a sellar; en los puntos de sellado se genera la evolución de la presión correspondiente. Otras fuerzas resultan de la fricción en las juntas tóricas, en las superficies de sellado y en la protección contra torsión. Si las diferencias de presión en las superficies de deslizamiento son reducidas, las fuerzas de cierre se reforzarán además por la acción de los resortes, que puede depender o no de la dirección de la rotación. El funcionamiento seguro del sello mecánico queda garantizado si las fuerzas de cierre superan siempre ligeramente a las fuerzas de apertura.

Las fuerzas arriba citadas, así como los gradientes de temperatura en los componentes, deforman los anillos deslizantes. Estas deformaciones influyen en la geometría y, con ello, en la evolución de la presión de la ranura de sellado. Para conseguir unas condiciones estables en las superficies de deslizamiento, es esencial el uso de anillos deslizantes rígidos fabricados con materiales duros, especialmente si la tarea de sellado es muy exigente.

Parámetros que influyen en la selección del sello
La selección de la configuración del cierre, los materiales y los dispositivos periféricos depende de distintos parámetros. La presión y la temperatura del medio a sellar, así como el diámetro y la velocidad del eje a sellar, son factores importantes para el diseño si se desea obtener una seguridad fiable. Una cifra frecuentemente utilizada para la evaluación es el producto resultante de la presión y la velocidad de deslizamiento, o "p x·v".

Otros factores a tener en cuenta son el lugar de emplazamiento y las características del producto, tales como el ataque químico, la tendencia a la aglomeración y el porcentaje de sólidos. Si se trata de productos con altos porcentajes de sólidos o lechadas, estos incluso serán decisivos para el diseño del sello.