Sello hidrostático

Un sello hidrostático es un sello mecánico sin contacto que funciona bajo un equilibrio de fuerzas . A diferencia de los sellos hidrodinámicos tradicionales , los sellos hidrostáticos tienen dos zonas de presión diferentes que se utilizan para establecer una zona de presión equilibrada entre las dos caras del sello. ^{[ 1 ]} El sistema de dos presiones hace que el sello sea único, ya que los sellos mecánicos típicos tienen una sola zona de presión que provoca una acumulación de presión que eventualmente causará el mal funcionamiento del sello. Una vez que la presión se ha equilibrado en la cara del sello, se libera un fluido incompresible entre las dos caras del sello. El fluido crea una película alrededor de la cara del sello que actúa como lubricante y como medio para la sustancia que fluye a través del sello. Los sellos hidrostáticos se han utilizado en la industria aeronáutica; sin embargo, su uso comercial ha sido muy limitado debido a la escasa investigación existente sobre ellos.

Una vez aplicada la presión y el sello se cierra, se libera un líquido viscoso entre las dos caras del sello y se forma una película delgada que ayuda a crear un cierre hermético. Si se aumenta la presión dentro del sello y hay un exceso de presión entre las placas, las dos caras se separan y el sello comienza a abrirse. Por el contrario, si se reduce la presión y no hay suficiente presión dentro del sello, las dos caras del sello se cierran y comienza a formarse el cierre hidrostático. ^{[ 2 ]} El caudal del sistema también se puede controlar con gran precisión limitando la cantidad de presión dentro del sello. Se pueden modificar las zonas de presión para crear un equilibrio dentro del sistema que permita una menor fuga en el sistema general.

La doble zona de presión de los sellos ayuda a mantener una presión constante dentro del sistema. Esta presión constante estabiliza el sello e impide que las dos caras entren en contacto. Ambas caras del sello cuentan con ranuras de control que las estabilizan axialmente . El más mínimo movimiento axial provocará que las dos caras se toquen y se produzca la erosión del sello. ^{[ 3 ]}

La placa frontal posterior consta de una pequeña abertura que aloja el sistema de inyección, el cual alimenta el sistema con fluidos incompresibles . Una vez dentro del sello, el fluido forma una fina película alrededor de todo el sistema interno. Tras la formación de esta película, el fluido fluye fuera del sello hacia la placa frontal posterior, lo que enfría el sistema y evita la acumulación de calor excesivo. ^{[ 4 ]} Este ciclo de fluido se repite continuamente mientras el sello está en funcionamiento.

Los sellos hidrostáticos se desarrollaron por primera vez a principios de la década de 1960 para controlar el sellado del aire de los compresores en la industria aeronáutica. Recientemente, los sellos hidrostáticos se han utilizado exclusivamente en la industria de los compresores, ya que los sellos hidrodinámicos tienen una aplicación mucho mayor. El sello hidrostático también tiene un gran potencial en la industria química, puesto que puede utilizarse para el transporte y el sellado de productos químicos . Sin embargo, la industria química ha establecido regulaciones muy estrictas y el sello no puede utilizarse para ciertos productos químicos debido a las constantes fugas. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

Los sellos hidrostáticos deberían durar varios años sin que sus componentes se deterioren gracias a su estructura general. No debe haber contacto entre las dos caras del sello, ya que de lo contrario su estado se deteriorará. Los sellos hidrodinámicos actuales se deterioran con el tiempo porque sus dos caras están siempre en contacto.

Además, cualquier desalineación de las caras del sello hará que se froten, lo que comenzará a deformarlas y eventualmente hará que todo el sello se vuelva estructuralmente inestable. Izchak Etsion, investigador del Centro de Investigación Lewis , realizó un experimento para probar qué sucede con un sello hidrostático cuando sus caras están desalineadas. Etsion descubrió que las altas presiones dirigidas hacia la cara exterior del sello causarían inestabilidad estática, mientras que las altas presiones en la cara interior del sello harían que el sello se volviera más estable. ^{[ 6 ]} Además, la desalineación axial también haría que el eje horizontal se desplazara en la dirección vertical; esta desalineación resultaría en un sello defectuoso si la fuerza de restauración no es lo suficientemente grande como para corregir el desplazamiento de los componentes.