Mecanismos: sellos mecánicos

Por lo que parece, mantener los líquidos parece un trabajo sencillo. Su único refrigerador probablemente tenga una docena o más de ejemplos triviales de líquidos conservados con éxito donde pertenecen, ya sea la tapa de plástico de las sobras de la noche anterior o la parte superior de la jarra de leche. Pero más profundo en los intestinos del frigorífico, como dentro del compresor o donde se conecta el conducto para el congelador, existen mecanismos más complejos e interesantes para almacenar fluidos. Esa es la tarea de los sellos, el siguiente tema de nuestra serie sobre dispositivos.

Empacarlo

Uno de los sellos más simples es empaquetar o comprimir cualquier material flexible en un espacio para controlar el flujo de fluido. El empaque probablemente se remonta al menos a la época en que la gente comenzó a hacer que los botes fueran más complicados que una simple canoa de excavación, en respuesta al hecho de que es muy difícil evitar que el agua fluya entre dos piezas de madera. Las juntas de los barcos se sellan con fibras como cáñamo y algodón empapadas en brea o alquitrán durante milenios.

Caja de llenado del eje de la hélice marina. El prensaestopas comprime los sellos contra el eje, controlando el flujo de agua hacia la sentina. Fuente: Engineman 1 & C

Un sello más complejo, en forma de una caja de llenado alrededor del timón de un timón interior, extendió el concepto de calafateo a un entorno más dinámico. Un timón es un eje vertical que penetra en la parte inferior del casco de un barco y conecta el timón sumergido a un timón u otro timón. Para evitar el flujo de agua a través de una herida tan abierta, se construyó una caja de llenado dentro del casco alrededor del eje y se empaquetó con fibras de cuerda viejas, trapos, trozos de terciopelo, cualquier cosa fibrosa y comprimible. Impregnado con grasa o grasa para lubricación y resistencia al agua, el relleno se comprimió con un casquillo alrededor del eje, que se apretó bajo presión de tornillo o con cuñas. Las cajas de llenado todavía se utilizan hasta el día de hoy para todo tipo de ejes que penetran en el casco de un barco, incluso donde el eje de la hélice sale de la popa, en cuyo caso el conjunto se denomina casquillo severo.

La tradición marítima se mantuvo comprimida. Aunque están lejos de ser perfectos, los sellos de paquete de compresión son baratos y fáciles de procesar, por lo que todavía reciben servicio hasta el día de hoy. Los sellos de compresión se utilizan en bombas de agua y como sello alrededor del eje de la bomba para mantener el fluido del proceso controlado. Si bien los materiales utilizados han progresado mucho, con empaques de grafito y teflón altamente creados que reemplazan el cannabis y la manteca, la técnica básica sigue siendo la misma: apriete el empaque lo más fuerte posible alrededor del eje para dificultar el flujo del fluido. Difícil, pero no imposible: el empaque de compresión siempre gotea un poco. Por lo tanto, las juntas empaquetadas requieren un mantenimiento constante, incluido el ajuste frecuente del prensaestopas para mantener la compresión y posiblemente el reemplazo del empaque viejo con material nuevo.

Sellado del acuerdo

Los costos de mantenimiento sostenidos y la tendencia de los paquetes de compresión a desgastar el eje que envuelven con tanta fuerza son dos de las mayores desventajas de estos sellos, por lo que se inventaron otros tipos de sellos para ejes rotativos. El motor de su automóvil tiene muchos sellos, pero los que pueden causarle un mal día cuando un mecánico le dice que ha "roto un sello" son los sellos del cigüeñal. Suelen haber dos, uno donde el cigüeñal sale del cárter por la parte trasera para conectarse a la transmisión, y otro en la parte delantera, donde sale la polea del cigüeñal que acciona la bomba de agua, el alternador y otros accesorios del motor. Se necesitan sellos alrededor del cigüeñal porque el cárter está lleno de aceite; los sellos mantienen el aceite dentro del motor, lo que permite que el cigüeñal gire y haga funcionar el automóvil.

Los sellos de aceite del cigüeñal se conocen como ejes radiales o sellos de labio, donde un material flexible se forma en un anillo que llena un espacio entre la parte estacionaria (el cigüeñal en nuestro ejemplo) y un eje giratorio (el muñón del cigüeñal). Como materiales de empaque de compresión, los sellos de labios se fabricaban una vez con sustancias naturales como el cuero, pero hoy en día se utilizan sustancias elastoméricas como Viton y Buna N. La mayoría de los sellos de aceite modernos también son mecanismos compuestos, con el elastómero unido a un recipiente de metal que puede presionarse en una cavidad en un cigüeñal en interferencia.

Sello radial típico. Tenga en cuenta la diferencia en el ángulo de los labios entre los lados húmedo y seco. Fuente: SKF

Los ejes radiales parecen bastante simples, pero existen varios factores críticos en el diseño de un sello que funcione. Además de opciones como la compatibilidad del material con los fluidos del proceso y las clasificaciones térmicas, la geometría del labio flexible es crucial para el diseño. Visto en sección transversal, el labio forma un perfil triangular con el ápice tocando el eje en un solo punto de contacto. El ángulo del labio en el lado húmedo del sello debe ser más pronunciado que el ángulo en el lado seco, de modo que la presión hidráulica del fluido de proceso (aceite en nuestro ejemplo del cigüeñal) tiende a forzar el sello más apretado alrededor del eje. La presión del fluido del proceso también es una consideración importante: si se excede, el labio puede deformarse lo suficiente como para aumentar el área de contacto, lo que provoca un desgaste prematuro y fallas. Es por eso que se nos advierte que demasiado aceite en un motor puede ser tan malo como muy poco: más volumen significa más presión, lo que conduce al síntoma clásico de "sello fundido" de fugas de la parte delantera o trasera del motor.

Para fluidos de proceso viscosos como la grasa, un simple sello de labio elastomérico puede ser suficiente. Pero los fluidos más delgados generalmente necesitan una fuerza ambiental adicional para ayudar a mantener el labio en contacto firme con el eje. Es probable que dichos sellos incorporen un resorte de manguera en el labio para precargar el sello en el eje y ayudar a compensar cualquier irregularidad en el eje. Los resortes de liga también ayudan a compensar cualquier oscilación radial de un eje.

Acabamos de mencionar algunos de los cientos de tipos de sellos para aplicaciones dinámicas y estáticas aquí. Sin embargo, la ingeniería detrás de ellos es bastante interesante, especialmente cuando te das cuenta de que todo comenzó con una caja de trapos grasientos.

Fuente de la imagen destacada: American High Seals

  • salec dice:

    Una fuerza de compresión mayor requerida para un sello más apretado es también la fuerza normal de fricción, por lo que básicamente si un sello no tiene fugas, disipará la energía y se calentará (lo que a su vez podría afectar un sello). Por lo tanto, como muchas otras cosas, una cantidad permisible de fugas es un compromiso.

    • Ostraco dice:

      Motor Vankela.

  • w8lid dice:

    Creo que olvidó mencionar sellos mecánicos reales, conoce el tipo con una cara estacionaria de carburo de silicio y una cara rugiente de grafito con resorte. Aunque una huella digital en las superficies de contacto puede destruir el sello, son muy efectivas cuando se instalan correctamente.

    Probablemente también valga la pena mencionar el sello del laberinto. Está a la altura del embalaje en términos de simplicidad. Funciona haciendo que su fluido navegue alrededor de muchos ángulos y reduciendo la presión alrededor de cada uno hasta el punto que no puede atravesarlo.

    Ambos tipos de sellado son muy comunes en conjuntos rotativos y vale la pena analizarlos.

    • w8lid dice:

      Autocompletar golpes de nuevo, se supone que debe girar la cara, no la cara rugiente.

      • Marcos dice:

        A veces, en realidad, se trata de lo mismo.

    • Cuerpo digital dice:

      Sí, los sellos laberínticos también se usan comúnmente en turbocompresores

  • Miroslav dice:

    Muy interesante. Aprendí algo nuevo hoy.

    • danjovic dice:

      Puedo decir lo mismo. ¡Gracias por el artículo!

  • Ren dice:

    Interesante, gracias!

  • Quinn Dunki dice:

    Vale la pena señalar que la tecnología de ejes ha evolucionado conjuntamente con la tecnología de sellos para llegar a donde estamos. Un área de cierre de eje moderno se vuelve real y se muele hasta obtener un acabado muy suave que ayuda a los sellos a prevenir fugas y durar más. Un sello moderno de alta tecnología no valdría nada en un timón del siglo XIX porque los ejes eran rugosos y curvos.

    Todo es un sistema.

    • Miroslav dice:

      Observación muy interesante sobre una combinación de técnicas nuevas y antiguas.

      Acabo de ver algunos scooters africanos hechos de madera. Por supuesto, alguien comentó que necesitan bicicletas reales. Pero si los obtuvieran, los caminos en mal estado los destruirían rápidamente y la población local no podría repararlos.

      Así que cada técnica necesita apoyo, es decir, técnica / sociedad, o no es sostenible.

      • F dice:

        https://bikesnotbombs.org/

    • John Prune dice:

      La parte del eje en la que trabaja el sello se conoce como sello de aceite, si el suelo está rasgado por la grava en el sello, esto se puede reparar fácilmente con spedisleeve, una tierra de reemplazo increíblemente delgada, estas cosas me han ahorrado una cantidad de tiempo fenomenal y dinero en los últimos años.

      • TGT dice:

        Y hay un viejo truco que consiste en cortar una forma de gancho de un cartón de leche de plástico que puede rodear el espacio entre el sello y el eje para extraer el polvo y la grava y ajustarlo nuevamente. Mucho más fácil que reconstruir las horquillas de suspensión delantera y conducir con sellos nuevos.

  • Mechanicus dice:

    ¡Bona Dan!

  • Matt Cramer dice:

    Uh-oh ... es eso [Bill Herd]¿El coche Z con el sello de desastre falló?

  • TGT dice:

    Encontré algunos interesantes. Las motocicletas BMW utilizan un sello principal trasero de teflón con ranuras en espiral en la superficie que se empareja contra el cigüeñal. La dirección de la espiral provoca la fricción de la superficie del eje girado para bombear aceite de regreso al cárter en lugar de fluir hacia afuera. Asumieron que de esta manera se podría aplicar menos presión y por lo tanto menos fricción en el eje, reduciendo el desgaste de ambas partes. Funciona bastante bien, pero uno viejo puede colapsar y dejar entrar aire cuando los pistones se elevan y crear un cárter vacío, produciendo un ruido parecido al de un bastón llamado "golondrinas de pavo". Es un dolor de cabeza diagnosticar si no sabe lo que está buscando.

    En el Honda CX500 se ensambla un sello mecánico en el extremo del árbol de levas, que también opera la bomba de agua. Así que aquí hay un problema de ingeniería: tiene una pared de aluminio perforada por un eje. En un lado hay aceite de motor de baja presión y brocas mecánicas. Por otro lado hay una turbobomba y una mezcla de agua y anticongelante a alta presión y alta temperatura. ¿Cómo se evita que destruya todo el motor cuando falla el sello radial?

    Honda diseñó un sello de dos partes, más un canal vacío en el medio con un drenaje. El sello interno es un sello radial normal, diseñado para soportar cargas radiales. El sello externo de la turbobomba es en realidad axial, similar a un cojinete de empuje. Está diseñado para ser presionado aún más fuerte por la presión del agua y del vapor. Para eso necesita piezas de cerámica, porque el caucho simplemente no funcionaría. Por lo que tiene un pequeño anillo de cerámica que parece un palo de menta. Tienes que ponerlo junto con un lavavajillas como lubricante, y cualquier aceite de menta causará una fuga, por lo que debes lavarlo en acetona y llevarlo. guantes. La pequeña cámara entre los dos sellos tiene un orificio de drenaje que a menudo necesita ser inspeccionado y limpiado, porque si se obstruye, harás un batido con el aceite de tu motor y generalmente romperás todo. Si el orificio está libre y tiene fugas de anticongelante, sabrá que el sello del lado de la bomba ha fallado. ¿Aceite de motor? El sello del árbol de levas. Es una solución bastante robusta con elegantes modos de falla y señales de diagnóstico.

    • Ren dice:

      El motor del John Deere 4010 (circa 1960) tiene pequeños agujeros en el lateral del bloque. El anticongelante (refrigerante) saldrá por estos orificios si falla el sello del primer cilindro al bloque del motor. Después de que se rompe el sello secundario, el refrigerante ingresará al cárter.

    • Ejecutor dice:

      Robusto y elegante, sí. Pero el tiempo lo necesita. Y si eras el orgulloso propietario del modelo GL o Turbo, reemplazarlo era un esfuerzo serio. Recuerdo la primera vez, con las mangas arremangadas, un nuevo sello en la mano, y luego descubrí que tenía que desmontar la mitad de la bicicleta para alcanzarlo.

      • TGT dice:

        Si. Reemplacé uno recientemente. La estrategia es hacer un gran trabajo arreglando todas las cosas en esa contraportada cuando llegue el momento de una cadena de tiempo de reemplazo. Cadena, tensor, sellos de la bomba de agua y ese aterrador mecanismo de embrague de arranque. Quizás el estator también. Pero sobre todo ese maldito embrague inicial; uno nuevo se pone en marcha inmediatamente tan pronto como vuelva a colocar el motor en el bastidor.

        Es bueno que el motor funcione como el miembro inferior del marco, por lo que puede soltarlo en lugar de intentar sacarlo de un marco tradicional. Pero todavía apesta un poco.

    • pietdevries dice:

      No sé si Honda fue el primero, pero dudo que sea una construcción muy común para bombas de motor. Una combinación del sello del eje radial descrito por Dan y el sello mecánico real del título, que él no hizo, pero que sí hizo en los comentarios. Prácticamente el sello mecánico (después de los primeros minutos) no tiene fugas (en un sistema de agua de enfriamiento de circuito cerrado sin contaminantes, para una bomba de agua de mar que puede insertarlo en la arena, no duran mucho) y el sello de aceite puede caer en un semana. Recientemente cambié ambos sellos por una bomba después de 12000 horas de funcionamiento (no continuas) y aún se sellaron perfectamente.

      La mayoría de las veces, el tubo de bocina contiene actualmente múltiples disposiciones de sellado, pero llega a ejes radiales con capotas para crear contrapresión de aceite, por lo que el sello siempre tendrá la misma presión en ambos lados (porque el calado del barco es variable).

      • Ren dice:

        "Así que el sello siempre tendrá la misma presión en ambos lados (porque el calado del barco es variable)".

        ¡Más aún en un submarino!
        B ^)

        • Fred dice:

          Por un lado de todos modos. El lado humano tolera una presión mucho menos variable.

    • dwywit dice:

      Suena muy similar a la pared de aceite / refrigerante Yamaha yz450 de mi hijo. Un eje impulsado por el cigüeñal se empuja fuera del cárter para empujar el refrigerante. El problema es que el eje está soportado solo en un extremo (el cárter), por lo que el extremo exterior del eje de la bomba de agua tiende a ... oscilar ligeramente, lo que destruye el sello de la bomba de agua.

      Afortunadamente, es una solución bastante simple, pero no una solución a largo plazo, ya que el eje se apoya solo en un extremo, lo que significa que el extremo exterior del eje de la bomba de agua tiende a balancearse ligeramente, lo que destruye el sello de la bomba de agua. .

      Enjabonar, enjuagar, repetir. Sí, es realmente una bicicleta de carreras, por lo que * se supone que * debes reconstruirla después de cada carrera. pero aún .....

      • pietdevries dice:

        En el caso de la bomba que acabo de revisar, toda la carcasa está atornillada al costado del motor, con un eje dentado pegado al cárter impulsado por el engranaje allí. Luego, el eje de la bomba está soportado por dos cojinetes, por lo que está correctamente centrado en su sello. Entonces, el truco es simplemente que la carcasa esté correctamente alineada y fijada con los pasadores adecuados, de modo que el engranaje siempre esté en la posición correcta. Y el eje no se balancea.

  • Eduardo dice:

    Nos alegró recibir un visto bueno en HD para nuestro registrador recientemente (https://la-tecnologia.com/2018/02/16/underwater-logging-for-science/) pero en realidad nos sorprendió que usaran una imagen de la electrónica en el post cuando probablemente la innovación más significativa fue inventar una carcasa de bricolaje barata que utilizó la presión profundamente para aumentar la fuerza del sello: https://edwardmallon.files.wordpress.com/2018/02/fig6_logerhousings640px .jpg

    Es sorprendente cuántos dispositivos subacuáticos todavía utilizan mecanismos de tornillo de cuerpo completo que tienen el doble problema de no adaptarse a la presión del agua y de ejercer mucha tensión cortante en las superficies del anillo cuando están cerradas.

  • Roberto dice:

    https://www.parker.com/literature/ORD%205700%20Parker_O-Ring_Handbook.pdf

  • echodelta dice:

    Todas nuestras arandelas precargadas tienen un sello y dos cojinetes. Cuando el sello se rompe, los cojinetes se aceleran rápidamente. Compuesto por una araña de aluminio sobre piezas de acero en un espacio cerrado húmedo.

  • Michael Wilding dice:

    Tener un buen sello es como un beso de una rosa;)

    • Ren dice:

      ¿Sellado con un beso?

      • Saabman dice:

        Mejor que un sello soplado: -o

        • Filtrar dice:

          [youtubehttps://wwwyoutubecom/watch?v=3dfRZktrIlo&w=560&h=315%5D[youtubehttps://wwwyoutubecom/watch?v=3dfRZktrIlo&w=560&h=315%5D[youtubehttps://wwwyoutubecom/watch?v=3dfRZktrIlo&w=560&h=315%5D[youtubehttps://wwwyoutubecom/watch?v=3dfRZktrIlo&w=560&h=315%5D

          Eso es solo un helado.

  • Galane dice:

    Muchos motores de automóviles utilizaron lanzadores de aceite simples en la década de 1950. Sin sello, solo un anillo elevado en el cigüeñal con una ranura circundante en el bloque y una tapa de cojinete, con un orificio de drenaje en la tapa. El aceite que salía de la parte trasera del cojinete principal trasero fluía de regreso a la jarra y luego se arrojaba a la ranura para fluir de regreso a la bandeja.

    Ponga demasiado aceite y algo se filtrará por la parte trasera del motor. Si no cambiaba el aceite con bastante frecuencia (entonces no había tipo de detergente) y el drenaje se obstruiría, lo que provocaría que se agotara una gran cantidad de aceite.

  • Cuerpo digital dice:

    Finishedus terminó el cambio de empaque del cabezal en 1.9 l turbo diesel Con una relación de compresión de 19,5: 1, se enfrenta a muchas fuerzas mecánicas y explosivas para sellar gases y fluidos calientes.

  • NiHaoMike dice:

    Ahora que muchos autos nuevos tienen dirección de servicio eléctrico y bombas de agua eléctricas, y algunos están reemplazando el alternador con un tipo magnético constante insertado en la CVT, ¿no eliminaría eso uno de los sellos grandes?

  • steve dice:

    ¡No lo sabía en absoluto! Gracias por la genial escritura.

Manuel Gómez
Manuel Gómez

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