Sellos mecanicos

1. “DESCRIPCIÓN Y ANÁLISIS
DE FALLAS PRESENTADAS
EN SELLOS MECÁNICOS DE
BOMBAS CENTRÍFUGAS.”
TESINA
PRESENTA:
HUGO ARMANDO CADENA VELÁZQUEZ
PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA
DE EXPERIENCIA RECEPCIONAL
DIRECTOR DE TRABAJO RECEPCIONAL
ING. CÉSAR IGNACIO VALENCIA GUTIÉRREZ
POZA RICA, VER. MARZO DE 2011.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
ZONA POZA RICA – TUXPAN

2. INDICE
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
JUSTIFICACIÓN 1
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO 2
ENUNCIACIÓN DEL TEMA 3
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO 6
CAPÍTULO II
DESARROLLO DEL TEMA
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN 7
MARCO CONTEXTUAL 9
MARCO TEÓRICO 23
1.0 BOMBAS CENTRÍFUGAS
1.1 TIPOS DIVERSOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS. 23
1.2 PARTES CONSTRUCTIVAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS. 25
1.3 OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS. 27
2.0 EMPAQUETADURAS Y SELLOS
2.1 EMPAQUETADURAS. 51
2.2 SELLOS MECÁNICOS. 53
2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SELLOS MECÁNICOS. 57
2.4 MATERIALES DE LA CARCASA. 60
2.5 MANIOBRAS DE ARRANQUE Y PARADA DE UNA BOMBA
CENTRIFUGA.
61
3.0 ANÁLISIS DE FALLAS
3.1 TIPOS DE FALLAS. 64
3.2 ANÁLISIS DE LAS FALLAS. 66
3.3 TIPOS DE DAÑO A LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS. 87
ANÁLISIS CRÍTICOS DE LOS DIFERENTES ENFOQUES 94
CAPÍTULO III
CONCLUSIONES 97
BIBLIOGRAFÍA 99
ANEXOS 100

3. 1
CAPITULO I - INTRODUCCIÓN
JUSTIFICACIÓN
La productividad operacional en plantas industriales y estaciones de bombeo
depende de la eficiencia con que se manipulen las bombas centrífugas instaladas
siendo esencial eliminar las fallas de sellos mecánicos, tales como: las deficiencias
en el proceso de selección, los errores en el montaje y operación, las fallas en el
manejo de los sellos mecánicos y la baja contabilidad del mantenimiento efectuado.
Los elementos necesarios para optimizar el bombeo y desde luego sus costos, se
presentan en este trabajo recepcional como una metodología simple y fácil de
practicar, basados en el análisis de la información sobre las necesidades de diseño,
los resultados operacionales y la definición de acciones de mejoramiento y/o de
mantenimiento derivadas de la aplicación de los conceptos presentados, con lo cual
se pueden controlar las fallas y por ende, incrementar la productividad y la
disponibilidad de las bombas, disminuyendo sus costos de operación.
El personal destinado a estas labores debe permanecer actualizado en cuanto a
nuevas tecnologías y conocimientos que le permitan desarrollar eficientemente su
trabajo a fin de optimizar el resultado de su acción.
Una adecuada practica, selección y mantenimiento de los sellos mecánicos y sus
derivados, consiste en tener y hacer uso adecuado de los conocimientos
relacionados a los procesos de equipos rotativos donde sea imprescindible su
sellado para evitar posibles fugas que pueden causar daños materiales, físicos y al
medio ambiente; así obteniendo una mayor eficiencia y calidad en los sistemas de
dichos equipos; de allí la importancia de apropiarse de estos para asegurar una
participación con resultados exitosos al logro de los objetivos propuestos.

4. 2
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
Aunque pueden diferir en varios aspectos físicos, todos los sellos mecánicos son
fundamentalmente los mismos en principio. Las superficies obturadoras de todas
clases están localizadas en un plano perpendicular a la flecha y, generalmente,
consisten de dos superficies altamente pulidas que se deslizan una sobre otra,
estando conectadas una a la flecha y la otra a la parte estacionaria de la bomba.
El sello completo se logra en los miembros fijos. Las superficies pulidas o
sobrepuestas, que son de diferentes y se mantienen en contacto continuo por un
resorte, forman un sello hermético entre los miembros giratorio y estacionario con
pérdidas por fricción muy pequeñas.
Cuando el sello es nuevo, el escurrimiento es despreciable y puede de hecho
considerarse que no existe. (Para obtener una reducción de presión entre la presión
interior y la atmosférica fuera de la bomba, se requiere que haya un flujo de fluido
entre las dos superficies. Por ejemplo, este flujo puede ser una gota a pocos minutos
de intervalo o una neblina de vapor que escapa – si se está manejando un líquido
como propano. Así aun cuando el escurrimiento sea inapreciable, hablando
técnicamente, un sello mecánico giratorio no puede eliminarlo completamente.) Por
supuesto, siempre ocurre algún desgaste, y se debe esperar un pequeño
escurrimiento con el tiempo.
La amplia variación en diseño de sellos deriva de los muchos métodos que se usan
para dar flexibilidad a la montura de los sellos. Un sello mecánico es similar a un
cojinete porque requiere un espacio libre de movimiento preciso con una película de
líquido entre las caras. La lubricación y enfriamiento proporcionados por esta película
reduce el desgaste como lo hace también la selección de materiales apropiados para
las caras del sello.
Los sellos para bombas centrífugas no operan satisfactoriamente con aire o gas; si
trabajan “secos”, fallarán rápidamente. Los sellos pueden usarse en bombas que
manejan líquidos que contienen sólidos si éstos se retienen para que no se metan
entre las caras del sello o interfieran con la flexibilidad de la montura.
A partir de la evaluación integral de las fallas presentadas en la operación de los
sellos mecánicos y de las acciones de mejoramiento que se deriven de ellas, se
logrará mantener la operación de las bombas centrífugas en forma más eficiente,
logrando así la productividad operacional del sistema de bombeo.

5. 3
ENUNCIACIÓN DEL TEMA
Los defectos, en apariencia insignificante, en la instalación o en el diseño de los
sellos o la contaminación anormal del líquido pueden ocasionar fallas de los sellos.
Todos los años, las fallas de los sellos mecánicos producen costos de mantenimiento
y pérdidas de producción por miles de millones de pesos.
Se presentan las causas básicas de las fallas de los sellos y los métodos principales
para evitarlas.
Las fallas suelen ser por:
 errores en la instalación;
 problemas por el diseño básico del sello mecánico;
 contaminación anormal del líquido.
Todos los sellos mecánicos son básicamente iguales. Cada sello tiene una cara
selladora estática y una cara dinámica, según su aplicación difieren en tipos de
materiales y durezas. Una variable de sellos tiene una cara selladora de contacto de
un material blando, para desgaste, como el carbón; el otro tiene una cara de material
duro, que puede ser cerámica.
Los sellos pueden ser del tipo equilibrado (balanceado) o desequilibrados. El
equilibrado está diseñado para compensar los cambios bruscos en la presión
hidráulica. Por contraste el sello desequilibrado no los compensa y sólo se justifica
por su menor costo.
Los sellos mecánicos están diseñados para no permitir fugas hasta que se gasten las
caras. Se ha encontrado que muchos sellos no tienen desgaste en las caras al
desmontarlos de la bomba y las fugas empiezan mucho antes de que se desgasten.
Errores en la instalación.
Los errores en la instalación pueden ocurrir sin que el operario se dé cuenta, y los
más comunes incluyen el descuido en proteger las caras de sellado, daño a los
elastómeros y no verificar la posición y las dimensiones críticas del sello. Las caras
de los sellos se pulimentan con una tolerancia de una banda de la luz de helio o sea
0.002 micrones.
Esta tolerancia crítica hace que sean uno de los componentes de mayor precisión en
el trabajo de mantenimiento. Si se cae o se golpea con cualquier objeto, por ejemplo,
en el lugar de la ubicación del sello en la bomba, es casi seguro que permitirá fugas.
Durante la instalación, es fácil que ocurran daños en el elastómero del sello, que
puede ser sello anular ("O" ring), cuña, taza cóncava, etc. Hay que fijarse bien si hay
rebabas o bordes agudos al colocar el sello en el eje o la camisa del eje, en especial

6. 4
los prisioneros, cuñas (chaveteros) y estrías. Nunca utilice una cuchilla para quitar un
sello anular viejo; utilice un pasador delgado o una varilla de madera para no cortar el
elastómero, cualquier corte o melladura en el elastómero al instalar, puede permitir
fugas que parecerán provenir de las caras del sello cuando se arranca la bomba.
Salvo que el sello esté instalado de modo que las caras tengan la carga correcta,
ocurrirán fugas. El operario debe verificar la tolerancia permitida en la instalación del
tipo particular de sello. También se deben tener en cuenta los ajustes finales del
impulsor y de la posición de las placas de apoyo.
Antes de instalar el sello hay que comprobar la desviación radial del eje o árbol con
un micrómetro de esfera; la lectura total del micrómetro no debe exceder de 0.01 por
pulgada de longitud. Además, el movimiento axial no debe exceder de 0.05 mils.
Si no se pueden lograr esas tolerancias, habrá que ajustar o reemplazar los cojinetes
pues, en otra forma, ocurrirán fugas por el sello.
Hay que comprobar la concentricidad y perpendicularidad del eje. A veces, habrá que
rectificar la cara de apoyo del anillo estático para tener la certeza que el componente
fijo quede perpendicular con el rotatorio. Si se aprieta en exceso el retén, puede
haber curvatura en la cara del sello.
Un sello nuevo no debe permitir fugas; si las hay, indica un error en la instalación. La
fuga puede desaparecer poco a poco pero no del todo. Hay que desarmar e
inspeccionar la bomba y volver a instalar o reemplazar el sello. Cuando hay errores,
pueden parecer insignificantes, pero si no se corrigen ocurrirán fugas y se puede
pensar que el sello "no sirve para nada".
Problemas por el diseño de los sellos.
Un sello de diseño deficiente puede permitir la pérdida momentánea de contacto de
las caras y su falla en un momento dado. Cuando las caras pierden contacto por
cualquier razón, cualquier partícula en el líquido para sello se introducirá entre las
caras y se enclavará en una de las caras, ésta funcionará como rueda abrasiva y
destruirá ambas.
El componente rotatorio se conecta con el eje de la bomba, que tiene un movimiento
axial constante entre 0.01 y 0.02 mils. Este movimiento lo pueden producir la
desviación normal, vibración, cavitación, desequilibrio del impulsor, desalineación de
los tubos y acoplamientos y las tolerancias de los cojinetes. Salvo el caso de bombas
con sistemas de apoyo axial mediante crapodinas, que obligan a su refrigeración y
lubricación, deben permitir que el eje tenga un juego axial que va desde 0.8 a 0.1
mils. En tales casos deben utilizarse, sellos mecánicos cuya cabeza dinámica
acompañe al movimiento del eje sin permitir perdida alguna.
El sello debe poder compensar este movimiento axial, lo cual es una de las razones
por las que se necesitan resortes y elastómeros en el sello mecánico. Si se

7. 5
interrumpe esta compensación por cualquier motivo, las caras del sello perderán el
contacto y habrá fuga. Las partículas de sólidos, sin que importe su origen, atrapadas
en los resortes o elastómeros o entre el componente rotatorio y el eje, impedirán la
acción de compensación.
Esto permitirá que se separen las caras por el movimiento natural del eje y la
inutilización del sello.
Hay que determinar si el sello tendrá las características para soportar los factores
desfavorables y si las condiciones de trabajo son las adecuadas, para el
funcionamiento correcto del sello. En general, los sellos anulares se pueden flexionar
algunas centésimas de milímetro y son mejores que otras configuraciones de
elastómero que no permiten tanto movimiento.
Los resortes múltiples pequeños producen una presión más uniforme entre las caras
que un solo resorte grande; sin embargo, como el alambre de este último es más
grueso, puede resistir con más facilidad la corrosión, partículas y sustancias
gomosas. La resistencia a esos factores se puede lograr en los sellos de resortes
múltiples si están instalados de modo que no toquen el líquido bombeado. Pero,
aunque los resortes puedan estar aislados del líquido, el elastómero y el componente
rotatorio sí hacen contacto. Por ello, aunque se crea que el líquido bombeado esté
limpio, una contaminación inesperada puede ocasionar la pérdida momentánea del
contacto entre las caras del sello y ocurrirá una fuga.
El calor generado en las caras del sello puede producir la falla del elastómero o
cambiar la condición del líquido bombeado en la zona del sello, lo que aumentará la
corrosión o producirá cristalización. Por lo tanto, al evaluar cualquier tipo de sello
mecánico se debe tener en cuenta la proximidad del elastómero con las caras del
sello y verificar el flujo recomendado de líquido en su alojamiento.
Además, el calor generado por el sello mecánico está en función de la presión de
cierre contra sus caras. Los sellos mecánicos equilibrados hacen que esa presión
sea mínima y se compense cuando cambia la presión hidráulica, por ello, el sello
equilibrado requiere poco o ningún líquido para lavado y enfriamiento.
Otras ventajas del sello equilibrado consisten en que son más resistentes si se cierra
en forma brusca el tubo de descarga de la bomba, requieren 20% menos caballaje
que el desequilibrado, compensan el golpe de ariete y en que se puede utilizar el
mismo tipo de sello en bombas distintas para diferentes presiones.
Además, hay que comprobar la compatibilidad del líquido para el lugar del
alojamiento del sello con los materiales de construcción de los resortes, el
elastómero, el componente rotatorio y el fijo. Si no se tienen en cuenta esos factores
y ocurre pérdida momentánea de contacto entre las caras del sello, éste se dañará y
ocurrirán fugas.

8. 6
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO
Este trabajo recepcional tiene como finalidad presentar los principales motivos por
los cuales se producen las fallas en los sellos mecánicos de bombas centrífugas y
que a su vez pueda servir de guía y consulta para la comunidad universitaria de la
Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica, así como al personal involucrado en los
sistemas de bombeo centrífugo, especialmente a aquellos que manejan las distintas
técnicas y procedimientos para el mantenimiento de los sellos mecánicos.
La presente tesina se ha estructurado con un marco contextual que proporciona la
información suficiente para ubicarse en el conocimiento de los sellos mecánicos
utilizados en bombas centrífugas.
Posteriormente se realiza el desarrollo del marco teórico, la base del análisis de
daños, el cual se desglosa de la siguiente manera:
En primer lugar se describen las Bombas Centrífugas, en donde se explican
ampliamente los diferentes tipos de bombas centrifugas, las partes constructivas de
las bombas centrífugas y los diversos efectos, nocivos, que afectan el correcto
funcionamiento de las mismas.
En segundo lugar se expone el tema de las Empaquetaduras y Sellos, entendiendo
sus características distintivas, la clasificación de los sellos mecánicos y materiales
que componen las carcasas de las bombas centrífugas.
Finalmente, dentro de éste marco teórico se desarrolla el tema del Análisis de
Fallas en donde se describen los diferentes tipos de fallas, así como los diferentes
tipos de herramientas para realizar el análisis de fallas, terminando por citar los
daños que sufren los sistemas de bombeo al fallar dichos sellos.
Concluye la presente investigación documental con un Análisis Crítico de los
Diferentes Enfoques, para así llegar a las Conclusiones. Presentando además la
Bibliografía consultada y los Anexos específicos a éste trabajo recepcional.

9. 7
CAPITULO II - DESARROLLO DEL TEMA
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN
El diseño convencional de estopero y empaquetadura de pasta son imprácticos para
usarse como un método para sellar una flecha giratoria para muchas condiciones de
servicio. En el estopero ordinario, el sello entre la flecha móvil o el manguito de la
flecha y la porción estacionaria de la caja se obtiene por medio de anillos de
empaque forzados entre las dos superficies y sostenidos firmemente en su lugar por
medio de un casquillo de prensaestopas. El escurrimiento alrededor de la flecha se
controla únicamente apretando o aflojando las tuercas de los pernos del
prensaestopas. Las superficies realmente sellantes consisten de las superficies
giratorias axiales de la flecha o manguito de la flecha y la empaquetadura
estacionaria.
Los intentos para reducir o eliminar cualquier escurrimiento de un estopero
convencional aumentan la presión del prensaestopas. Las empaquetaduras, siendo
de naturaleza semiplástica, adapta su forma a la flecha con más precisión y tiende a
reducir el escurrimiento. Después de un cierto punto, sin embargo, el escurrimiento
continúa, sin importar qué tanto se aprietan los tornillos del prensaestopas. El
caballaje de fricción aumenta rápidamente en este punto; el calor generado no se
puede disipar adecuadamente; y el estopero deja de funcionar.
Aun antes de que se alcance esta condición, los manguitos de flecha pueden
desgastarse y rayarse severamente, de modo que se hace imposible empacar el
estopero satisfactoriamente.
Estas características indeseables prohíben el uso de empaquetadura como el medio
obturador entre las superficies giratorias si el escurrimiento debe mantenerse a un
mínimo absoluto bajo presión severa. Esta condición, a su vez elimina
automáticamente el uso de superficies de sello, porque el empaque semiplástico es
el único material que puede hacerse que se apegue en su forma a la flecha y
compense a su desgaste.
Otro factor que hace insatisfactorios los estoperos para ciertas aplicaciones es el
valor relativamente pequeño de lubricación de mucho líquidos que frecuentemente
manejan las bombas centrifugas como propano y butano. Estos líquidos de hecho
actúan como solventes de los lubricantes normalmente usados para impregnar la
empaquetadura. Por lo tanto, se tiene que introducir en el farol de una caja
empacada, aceite de sello para lubricar la empaquetadura y darle una vida
razonable.
Con estos hechos en mente, los diseñadores de sellos mecánicos tuvieron que tratar
de producir un sello de tipo totalmente diferente con superficies de desgaste distintas
a las superficies axiales de la flecha y la empaquetadura.

10. 8
Esta forma de sello, llamada sello mecánico, es un invento nuevo comparado con los
estoperos ordinarios, pero ya ha encontrado aceptación general en las aplicaciones
de bombeo en las que los inconvenientes de los estoperos empacados han sido
excesivos. En los campos en los que las cajas empacadas han dado buen servicio,
sin embargo, han mostrado poca tendencia a reponerlas con sellos mecánicos.
Como tanto las cajas empacadas como los sellos mecánicos están sujetos a
desgaste, ninguno de los dos es perfecto. Uno u otro da pruebas de ser mejor de
acuerdo con la aplicación. En algunos campos ambos dan buen servicio, y escoger
entre ellos se convierte en asunto de preferencia personal o costo inicial.

11. 9
MARCO CONTEXTUAL.
Casi cualquier proceso industrial emplea máquinas con partes rotatorias. Esto
significa que un amplio número de aplicaciones de varios grados de complejidad
requieren un rotor que atraviesa una carcasa mientras se mantiene la presión interna
y se controla la fuga.
Las siguientes aplicaciones son típicas: la bomba de agua de enfriamiento en un
automóvil, una bomba de presurización en un oleoducto, un tanque mezclador en la
industria de alimentos, la bomba de alimentación de pintura en el área de pintado de
una fábrica de automóviles, así como la bomba de alimentación de agua en una
planta de energía nuclear.
El sistema de sellado en una máquina rotatoria influye directamente en la
confiabilidad de esta y del proceso en general. Desafortunadamente, la importancia
del sistema de sellado comúnmente es despreciada y se considera hasta lo último
durante el diseño de la máquina.
Si este importante elemento de la máquina funciona correctamente, este será
inadvertido, pero tan pronto ocurra una fuga o si el sello falla completamente, su
importancia se vuelve evidente inmediatamente.
Convencionalmente un rotor pude ser sellado con un sello mecánico axial o un sello
radial como la empaquetadura.
En el lado motriz, el sello está generalmente expuesto a la presión atmosférica, lo
que significa que el sello debe ser capaz de soportar la presión del fluido líquido o
gas que se encuentra dentro de la máquina.
SELLO MECÁNICO
Esencialmente el sello mecánico consiste de dos superficies anulares de rozamiento
que están empujándose una contra otra. Una superficie de rozamiento está fija a la
parte estática de la máquina, mientras que la otra esta fija al rotor y gira junto con
este. El fluido a ser sellado penetra entre ambas superficies de rozamiento formado
una película de lubricación la cual fluye entre las superficies constantemente. La
presión a sellar se reduce linealmente a través de las superficies de rozamiento.
En su forma más simple, un sello mecánico consiste de un anillo fijo sobre el rotor, el
cual es empujado contra la carcasa de la máquina (figura A).

12. 10
1 – Fluido a sellar
2 – Anillo
3 – Carcasa de la máquina
4 – Separación de sellado
5 – Fuerza axial
6 – Fuga
FIG A: Versión simple de un sello axial
Empaquetadura
Para una empaquetadura (figura B), uno o más anillos son dispuestos dentro de la
caja de sellado y comprimidos axialmente con una brida. Un pequeño espacio de
forma cilíndrica se forma entre el diámetro interior de los anillos de empaquetadura y
el rotor, con lo cual la presión a sellar es reducida a lo largo de este espacio hasta él
nivel de la presión atmosférica.
El fluido contenido en la máquina o bien un fluido externo más limpio fluye a través
de este espacio lubricando y enfriando las superficies de contacto y fugando en
forma líquida o gaseosa a la atmósfera.
1 – Anillo de empaquetadura
2 – Brida
FIG B: Sellado con empaquetadura
Sellos radiales de labio
Los sellos radiales también forman una restricción axial. Un labio de sellado (figura
C) fabricado de algún elastómero o algún plástico por ejemplo: poli-tetrafluoro-etileno
(PTFE) es empujado en dirección radial sobre el rotor mediante un resorte que ejerce
tensión.
Los sellos de labio son generalmente aplicados a bajas presiones y, temperaturas y
requieren un fluido (generalmente agua o aceite) para lubricarse y enfriarse.
Existen otros tipos de sellos radiales, tales como los laberintos y bujes de restricción.

13. 11
1 – Fluido a sellar
2 – Atmósfera
3 – Rotor
4 – Sello de labio
5 – Resorte
6 – Carcasa
FIG C: Sellado con un sello de labio
Sellado hermético con acoplamientos magnéticos
Una forma muy diferente de sellar un rotor es dividir este en dos y, entonces emplear
magnetos para transmitir la potencia entre ambas mitades. El fluido a sellar es
contenido herméticamente dentro de la máquina mediante una carcasa que permite
el flujo del campo magnético (figura D).
Esta solución se conoce como acoplamiento magnético. Esta solución de sellado es
técnicamente mas complicada y requiere chumaceras adicionales para soportar el
peso del rotor y de la unidad magnética.
FIG D: Bomba con acoplamiento magnético
Sellos Mecánicos Lubricados con Líquido y Sellos Mecánicos Lubricados con
Gas.
Como se mencionó anteriormente: un sello mecánico consiste esencialmente de una
restricción axial donde se reduce la presión del fluido a ser sellado generalmente
hasta la presión atmosférica) a través de la separación de sellado.
Se distingue entre sellos mecánicos lubricados con líquido y sellos mecánicos
lubricados con gas de acuerdo al estado físico del fluido a ser sellado.
La separación de sellado se establece entre dos superficies anulares de rozamiento,
las cuales están alrededor y perpendiculares al rotor las cuales están completamente
juntas o bien ligeramente separadas una de otra por la película del fluido líquido o
gaseoso a sellar.

14. 12
ESTRUCTURA BÁSICA Y FORMA DE OPERACIÓN.
Componentes
La figura E muestra un sello mecánico rotatorio sencillo donde se muestran los
elementos más importantes de un sello. La cara y el asiento son los elementos más
importantes ya que en ellos están las superficies de rozamiento.
En la ilustración la cara esta fija al rotor y el asiento está fijo a la carcasa del equipo.
1 – Carcasa del equipo
2 – Rotor
3 – Fluido a sellar
4 – Atmósfera
5 – Cara
6 – Asiento
7 – Separación de sellado entre las superficies
de rozamiento
8 – Resorte
9 – Elemento de sellado dinámico
10 – Elemento de sellado estático
FIG E: Sello mecánico sencillo de resorte cónico, cuyo sentido de enrollamiento depende del
sentido de rotación del rotor del equipo
Elementos de empuje
Las caras de rozamiento deben ser empujadas una contra otra en dirección axial. En
este ejemplo, la fuerza necesaria es generada por un resorte sencillo tipo cónico.
Otras formas son: un resorte sencillo ondulado o bien varios resortes distribuidos
alrededor de una circunferencia (figura F).
a – Resorte ondulado (sinoidal)
b – Resorte sencillo cilíndrico
c – Grupo de resortes
FIG F: Tipos de resortes

15. 13
Elementos de sellado secundario
Las uniones entre la cara y el asiento con los elementos de la máquina donde se fijan
(rotor o carcasa), deben ser sellado.
En el ejemplo mostrado el asiento se fija a la carcas del equipo y esta unión se sella
mediante un elemento de sellado estático, mientras que la unión entre la cara y el
rotor se sella mediante un elemento de sellado dinámico. Este elemento de sellado
es “dinámico” porque se mueve axialmente sobre el rotor junto con la cara del sello.
Los elementos de sellado ilustrados son de sección transversal circular, conocidos
como “o’rings”.
Adicionalmente a su función de sellado, los elementos de sellado secundario
funcionan como elementos de ajuste y centrado. El elemento de sellado de la cara
ajusta y centra esta sobre el rotor, mientras que el elemento de sellado del asiento
ajusta y centra este en la carcasa del equipo.
Fuerza de cierre y fuerza de apertura
La cara del sello es empujada contra el asiento mediante la fuerza mecánico de
compresión del resorte y por la fuerza hidráulica generada por la presión del fluido a
sellar. La suma de estas dos fuerzas se conoce como fuerza de cierre. En condición
despresurizada la fuerza del resorte mantiene en contacto las superficies de
rozamiento una contra otra. En operación dinámica, el fluido penetra entra las
superficies de rozamiento y establece una separación de sellado. La presión del
fluido es reducida en la superficie de rozamiento. La presión en la separación de
sellado genera una fuerza de apertura que contra actúa con la fuerza de cierre.
Momento de torsión
El rozamiento entre las superficies de sellado causa un momento de torsión,
parcialmente debido al rozamiento entre las superficies y la película del fluido y
parcialmente debido al rozamiento directo entre las superficies. Este momento tiene
que ser transmitido al rotor y a la carcasa del equipo. En el ejemplo de la figura E el
momento de torsión es transmitido del rotor al resorte cónico mediante la
interferencia que se logra entre el diámetro interior del resorte y el rotor, luego el
resorte transmite el momento a la cara del sello a través de una ranura. En el
asiento, el elemento de sellado secundario proporciona una fuerza de apriete entre
en asiento y la carcasa del equipo, evitando que el asiento gire debido al rozamiento
y por lo tanto el momento de torsión con la cara.
Sentido de rotación.
Debe atenderse el sentido de enrollamiento del resorte tal que el sentido de rotación
lo mantenga con interferencia con el rotor.
Materiales
Los sellos mecánicos son fabricados de materiales especiales tales que sean
resistentes a la abrasión, temperatura, presión y ataques químicos.

16. 14
Materiales para las caras
Los materiales de las caras deben cumplir con las siguientes características:
• Bajo coeficiente de rozamiento,
• Suficiente dureza para soportar la abrasión y tener un mínimo desgaste,
• Alta conductividad térmica para eliminar el calor generado por el
rozamiento,
• Bajo coeficiente de expansión térmica para reducir los esfuerzos
mecánicos,
• Alto módulo de elasticidad para reducir las deformaciones
Los materiales comúnmente empleados para fabricar las caras de los sellos
mecánicos son:
- Carbones artificiales
- Metales
- Carburos
- Óxidos metálicos
SELLOS DE EMPUJE Y SELLOS DE FUELLE
Elemento de sellado secundario dinámico
Uno de los más comunes tipos de sellos es el conocido como sello de empuje, donde
el elemento de sellado secundario se mueve axialmente junto con la cara del sello.
Otro grupo de sellos es aquel donde el desplazamiento axial de la cara es soportado
por un fuelle, mientras que la parte que hace el sellado secundario permanece
estática. Este tipo de sellos es adecuado en servicios con contenido de sólidos.
FIG G: Sello de fuelle de elastómero
La figura G muestra un sello mecánico de fuelle de elastómero rotatorio con un
resorte sencillo colocado en su diámetro exterior.
Sellos de fuelle metálico
La figura H muestra dos sellos mecánicos de fuelle metálico rotatorio. El fuelle
metálico actúa como un resorte.
Los tipos de sellos de fuelle metálico son aplicados en servicios donde los sellos de
fuelle de elastómero no son recomendables, tales como temperaturas extremas.

17. 15
FIG H: Sello de fuelle metálico soldado (Izquierda)
Sello de fuelle metálico rolado (Derecha)
Sellos mecánicos rotatorios y sellos mecánicos estacionarios
Los sellos mecánicos también se clasifican como sellos rotatorios y sellos
estacionarios. En los primeros la unidad de empuje está fija al rotor y gira junto con
este, en los segundos, la unidad de empuje se fija a la carcasa del equipo.
En la figura I se ilustra un sello mecánico estacionario para altas velocidades
periféricas. Los sellos mecánicos rotatorios son aplicados en velocidades periféricas
menores a 25 m/s.
FIG I: Sello mecánico estacionario para altas velocidades (1). Velocidad periférica de hasta 50
m/s; el anillo de bombeo integrado (2) genera un lujo de fluido para enfriar las caras del sello
Sellos mecánicos presurizados en su diámetro exterior y sellos mecánicos
presurizados en su diámetro interior
Esta clasificación se refiere al arreglo del sello mecánico con respecto al lado donde
actúa la presión del fluido.

18. 16
Para sellos mecánicos presurizados por su diámetro exterior, la presión del fluido a
ser sellado actúa desde el diámetro exterior de las caras. La fuga se mueve
radialmente del diámetro exterior al interior de las cara. Los ejemplos anteriores, así
como la mayoría de las aplicaciones son sellos de este tipo. La ventaja de este
arreglo es que la presión del fluido así como la presión de apertura generada por la
película lubricante contra actúan una contra otra minimizando la cantidad de fuga.
Fluido buffer contra los sólidos
En los sellos mecánicos presurizados en su diámetro interior, tanto la presión del
fluido de proceso como la del fluido auxiliar (buffer) actúan desde el diámetro interior
de las caras del sello. La fuga fluye radialmente desde el diámetro interior hacia el
diámetro exterior de las caras, siendo por lo tanto mayor que en los sellos
presurizados desde su diámetro exterior.
Cuando existe presencia de sólidos en el fluido de proceso, debe emplearse un
sistema de fluido auxiliar buffer a mayor presión que la del fluido a sellar, esto evitará
que los sólidos pases entre las superficies de sellado y las dañen.
Sellos mecánicos sencillos y sellos múltiples
Los sellos mecánicos descritos anteriormente son sellos sencillos, en los cuales el
fluido a sellar penetra entre la separación de sellado, lubricando las superficies de
sellado, evitando su contacto. Lo que significa que los sellos sencillos solo pueden
operar con fluidos con características lubricantes y que fluyan fácilmente.
Fluidos no adecuados para los sellos sencillos
Los sellos sencillos no pueden ser aplicados para sellar fluidos con las siguientes
características:
- Alta viscosidad
- Contenido de sólidos
- Peligrosos o explosivos
- Químicamente agresivos
- De presión de vapor cercana a la de operación
Sello mecánico en arreglo doble
Los fluidos con las características descritas anteriormente son sellados con sellos
mecánicos en arreglo doble, los cuales operan con un sistema de fluido buffer a
mayor presión (2 o 3 bar) que la del producto, evitando que este dañe los
componentes del sello. La fuga normal es de fluido buffer hacia el lado producto y
hacia la atmósfera, por lo que debe emplearse un fluido limpio, con propiedades
lubricantes, compatible con el fluido de proceso y no peligroso para el ambiente.
Arreglo tándem
El arreglo tándem se define como dos sellos colocados en la misma orientación
(figura J). El sello interno (lado producto) opera a la presión del fluido de proceso,
mientras que el sello externo (lado atmosférico) opera a presión atmosférica. La fuga
normal del sello interno se colecta en el sistema termosifón de lubricación del sello
externo.

19. 17
Los sellos en arreglo tándem se aplican cuando: la fuga del fluido de proceso puede
ser enviada a un sistema de venteo aprobado.
1 Sello Mecánico interno
(lado producto)
2 Sello Mecánico externo
(lado atmosférico)
3 Cámara de sellado
4 Fluido de enjuague
(quench)
5 Inyección/circulación del
fluido de proceso (producto)
FIG J: Dos sellos mecánicos en arreglo Tandem
La presión del fluido de proceso es muy grande tal que debe abatirse en dos o tres
fases de sellado la presión del fluido de proceso es negativa (vacío). Entonces el
sistema de lubricación del sello externo también proporcionará la lubricación y
enfriamiento necesarios a las caras del sello interno.
Sellos mecánicos en cartucho
El término sello en cartucho es empleado para describir los sellos que forman una
unidad completamente ensamblada lista para ser instalada en el equipo (figura K).
Las ventajas de un sello en cartucho son:
- Fácil y rápida instalación
- Pueden ser probados en fábrica
- Los componentes delicados (caras y empaques) son protegidos contra
daños durante transporte y almacenamiento.
FIG K: Sello mecánico en cartucho

20. 18
Durante la transportación e instalación, los elementos de fijación (espaciadores)
mantienen sin movimiento relativo los conjuntos dinámico y estático del cartucho.
Estos espaciadores deben ser removidos del cartucho o girados 180° una vez que el
cartucho se fijo adecuadamente a la carcasa y al rotor del equipo y antes de iniciar
su operación.
Sellos mecánicos lubricados con gas
Los sellos mecánicos lubricados con gas (sellos de gas) son una moderna tecnología
de sellado que pueden aplicarse en arreglo sencillo para el sellado de gases o bien
en arreglo doble para sellado de líquidos en equipos rotatorios.
Esta tecnología brinda ventas económicas de operación y mantenimiento debido a su
bajo nivel de fuga de gas de sellos, operación sin desgaste de sus caras y bajo
consumo de potencia.
Los sellos de gas en arreglo sencillo son aplicados en sopladores, ventiladores y
turbinas de vapor, reemplazando a los sistemas de sellado de poca eficiencia tales
como laberintos, anillos de restricción e incluso sellos mecánicos lubricados con
líquido, por ejemplo sellos lubricados con aceite de compresores rotatorios.
Los sellos mecánicos de gas pueden aplicarse en bombas e incluso en agitadores y
reactores.
Diseño de los sellos de gas
Para un adecuado diseño de un sello mecánico de gas se deben tomar en cuenta las
variables que influyen sobre la geometría de la separación de sellado y por lo tanto
en la cantidad de fuga, tales como la geometría y cantidad de ranuras
aerodinámicas, el factor de empuje, la geometría y materiales de las caras
(incluyendo cualquier deformación causada por las condiciones de operación), la
velocidad, la presión a ser sellada, las características físicas del gas, de tal forma
que se obtenga una mínima y óptima geometría de separación de sellado y por lo
tanto una mínima cantidad de fuga, así como que la película de gas sea estable y las
caras se mantengan sin contacto durante las fases de operación del sello.
APLICACIÓN DE SELLOS MECÁNICOS
Parámetros de operación
Los parámetros de operación de un sello mecánico son:
- Fluido a sellar
- Presión
- Temperatura
- Velocidad de rotación de las caras
- Requerimientos técnicos asociados con el equipo y las instalaciones

21. 19
Sellado de diferentes tipos de fluidos
Generalmente el sellado de fluidos químicamente agresivos es con sellos en arreglos
dobles o tándem, tal que el sello interno en contacto con el fluido sea fabricado en
materiales resistentes químicamente. En un arreglo tándem, la fuga del sello
primario, la cual puede ser tóxica o contaminante, debe ser removida mediante el
fluido de enjuague.
Si se requiere protección al ambiente se deben usar sellos mecánicos en arreglo
doble presurizados, los cuales operan con un fluido buffer limpio, con propiedades
lubricantes, compatible con el fluido de proceso y no peligroso par el medio
ambiente, a una presión mayor (2 o 3 bar) que la que actúa en la cavidad para el
sello en el equipo.
Sellado de fluidos conteniendo sólidos
Para el sellado de fluidos conteniendo sólidos, las características de éstos, tales
como tipo, tamaño y concentración son importantes y deben analizarse para diseñar
y aplicar el tipo de sello correcto.
Para resistir a la abrasión de los sólidos, deben emplearse materiales duros para las
caras del sello, como el carburo de silicio. Los materiales suaves como el carbón
grafito no son adecuados para estos servicios debido a que los sólidos, además de
producir abrasión, se incrustan en la superficie de estos materiales, dañando
severamente las caras del sello.
Sellado de fluidos de alta viscosidad
Una de las características de este tipo de fluidos es que tienen pobres propiedades
lubricantes o bien ninguna lubricidad. En estas condiciones solo pueden aplicarse
sellos en arreglo doble presurizados ya sea de gas o de líquido. El fluido de
lubricación debe ser compatible con el proceso y no peligroso para el medio
ambiente.
Sellado de fluidos gaseosos
Antiguamente el sellado de equipos que manejan gases se hacía con sellos de
líquidos en arreglo doble. El uso de operación en seco (sin lubricación) está limitado
a bajas presiones y velocidades. Actualmente con la tecnología de sellos de gas, los
equipos que manejan gases limpios y no peligrosos para el ambiente, tales como
ventiladores, sopladores y turbinas de vapor, son sellados con sellos de gas en
arreglo sencillo, con la ventaja de menores fugas comparadas con las de laberintos o
bujes de restricción.
Sellos de gas para altas presiones
Para aplicaciones en altas presiones, los materiales de los sellos de gas deben ser
de un alto módulo de elasticidad.
Por lo que el carbón no puede ser usado en estas condiciones. La deformación de
las caras debe ser analizada y realizarse diseños que no permitan deformaciones
mayores a 5 micrones (µm), para mantener la geometría adecuada de la separación
de sellado y que esta ocurra a velocidades periféricas a partir de 0.5 m/s y se
mantenga estable durante todas fases de operación del sello.

22. 20
TECNOLOGÍAS PARA EL FUTURO
Los límites de operación para la aplicación de los sellos mecánicos se extienden con
el avance de la tecnología, requiriéndose sellos que operen en presiones,
temperaturas y velocidades extremas, así como en fluidos con difíciles
características físicas y químicas de controlar.
Nuevos métodos de cálculo y diseño se están usando para crear modelos
matemáticos que resulten en nuevos diseños de operación segura y confiable.
El uso de sellos mecánicos de gas se hace cada vez más necesario y común debido
a que estos pueden operar a grandes velocidades y presiones (con factores de
carga-velocidad de hasta 5000 bar-m/s).
Por ejemplo se están desarrollando diseños para sellar gases a presiones de haste
450 bar en velocidades de hasta 200 m/s.
Además de la modernización de los métodos de cálculo, también el uso de modernos
materiales se hace cada vez más patente, como por ejemplo el carbón tipo diamante
(DLC) con el cual se recubren las caras de carburo de silicio de los sellos de gas
para reducir el coeficiente de rozamiento durante las fases de contacto (inicio de
operación y paro).
Sistemas de monitoreo y diagnóstico
La forma más común de verificar si el desempeño del sello es correcto es
monitoreando la cantidad de fuga. Pero esta es imprecisa Se han desarrollado
sistemas de diagnóstico para detectar pequeñas averías en el sello antes de que
resulten en grandes fallas. Estos sistemas miden las variaciones de temperatura y
presión en las caras del sello. Las señales pueden ser enviadas a una computadora
para ser registradas y comparadas con los valores normales preestablecidos
pronosticando el tiempo de vida del sello.

23. 21
TÉRMINOS TÉCNICOS Y ABREVIACIONES
API (American Petroleum Institute), Instituto Americano del Petróleo.
API610, Estándares para bombas centrífugas para refinerías de petróleo.
API682, Estándares para sistemas de sellado para bombas centrifugas para las
industrias química y petroquímica.
Restricción axial, separación entre dos superficies anulares a través de la cual fluye
un fluido y se reduce su presión
Aglomerante, compuesto para proporcionar estabilidad estructural de los carburos,
óxidos metálicos y carbones artificiales
Carburo, compuesto de un metal, boro o silicón con carbón
Carburo metálico, fundición dura de aleaciones o carburos metálicos sinterizados
como carburo de tungsteno o carburo de titanio
Coeficiente de rozamiento, la relación de la fuerza necesaria para deslizar dos
superficies una contra otra con respecto a la fuerza de empuje (f = FR /F) necesaria
para mantenerlas en contacto, donde FR y F son perpendiculares
DLC (Diamond Like Carbon), carbón tipo diamante
Arreglo doble, arreglo de dos sellos orientados en sentido opuesto o encontrado o
en serie, para operar con un fluido buffer a mayor presión que la del producto
Elastómero, hule flexible de muy bajo modulo de elasticidad y alta resilencia que
puede recuperar su geometría original después de haber sido comprimido
Análisis de Elementos Finitos, Método de cálculo numérico para modelar en
computadora el comportamiento de cuerpos sometidos a esfuerzos.
Rango de rozamiento, en tecnología de sellado es el término usado para definir el
consumo de potencia por el rozamiento de las caras
Sello hermético, es aquel que elimina completamente la fuga (por ejemplo: sellos
estáticos, juntas y el acoplamiento magnético)
Coeficiente Joule Thomsom, es la relación entre la presión y el cambio de
temperatura cuando el flujo de un gas pasa por una restricción
Factor de empuje, relación entre el área activa de presión y el área de rozamiento.
Si el factor de empuje es igual o mayor que 1 el sello mecánico es no balanceado
hidráulicamente, si es menor a 1 el sello se define como balanceado hidráulicamente

24. 22
Matriz, estructura de material duro cuyos espacios vacíos son llenados con un
aglomerante
Módulo de elasticidad, relación entre el cambio de longitud con respecto al esfuerzo
aplicado, determina la capacidad del material a ser deformado temporal o
permanentemente por efecto de aplicar una fuerza de compresión o tensión.
Valor pH (potencial hidrógeno), grado de acidez (pH = 0 a 6) o alcalinidad (pH = 8 a
14) o neutro (pH = 7) de una compuesto
PTFE, Material plástico compuesto por poli-tetra-fluoro-etileno, químicamente inerte a
todo tipo de fluidos.
Restricción radial, pequeño espacio entre dos superficies cilíndricas que restringe el
flujo de un fluido reduciendo su presión
Presión de rozamiento de las superficies, es la presión a la cual están sometidas
las superficies de rozamiento y es igual a la suma de la presión hidráulica del fluido
más la presión que ejercen los o el elemento de empuje
Arreglo tándem, arreglo de dos sellos orientados en la misma dirección.
Normalmente para operar el sello externo a presión atmosférica
Restricción en sellos mecánicos: restricción del flujo y de la presión

25. 23
MARCO TEÓRICO
1.0 BOMBAS CENTRÍFUGAS.
Una bomba centrifuga es una máquina de consta de un conjunto de paletas
rotatorias encerradas dentro de una caja comúnmente llamada carcaza. Las paletas
le dan energía al liquido por medio de la fuerza centrifuga; por lo tanto, una bomba
centrifuga en su forma más simple está formada por dos partes principales.
a) Una parte rotatoria que incluye un impulsor y una flecha.
b) Una parte estacionaria compuesta de una carcasa, estoperos y
chumaceras.
FIG. 1: Esquema de una bomba centrífuga.
Los detalles constructivos de cada una de estas partes se verá en un próximo
capítulo.
1.1. Tipos de bombas centrifugas.
El desarrollo obtenido en la maquina motriz (motor eléctrico, motor de combustión
interna, turbina de vapor, turbina de gas) que le da movimiento a las bombas
centrifugas, ha ocasionado un adelanto muy grande en los diseños, velocidades y
tamaños de las bombas así como también en su capacidad.
Es por esto que cuando se trata de hacer una clasificación de las bombas centrifugas
es necesario especificar sobre qué punto en especial está basada dicha clasificación,
Difusor
Salida
Empaquetadura
Anillo de descaste
Entrada
Voluta
Eje
Ro
de
te

26. 24
pues es posible hacer la clasificación en función de: el número de pasos, del diseño
mecánico de la cubierta de la posición de la flecha, de la velocidad, del liquido
bombeado, etc.; por lo tanto, pasamos a clasificar las bombas centrifugas que mas
se usan en la industria mexicana.
1.1. a. Clasificación de las bombas centrifugas en función del número de
pasos.
a) De un paso. Es aquella bomba en la que la altura de elevación que alcanza
con un solo impulsor.
b) De varios pasos. Cuando la altura de elevación no se alcanza con un solo
impulsor, es necesario poner otro u otros impulsores de tal manera que la
descarga del 1º sea la succión del 2º; la descarga del 2º sea la succión del
3º. Y así sucesivamente hasta alcanzar la altura deseada.
1.1. b. Clasificación de las bombas centrifugas en función del diseño mecánico
de la cubierta.
a) Con cubierta de seccionamiento axial. Las bombas con cubierta o cuerpo
de seccionamiento axial, son aquellas en las que dicho cuerpo esta
seccionado a todo lo largo de la flecha.
b) Con cubierta de seccionamiento radial. Las bombas con cubierta o
cuerpo de seccionamiento axial, son aquellas en las que dicho cuerpo esta
seccionado a todo lo largo de la flecha.
1.1. c. Clasificación de las bombas centrifugas en función de la posición de la
flecha.
a) De flecha horizontal.
b) De flecha vertical.
A estas bombas se les conoce simplemente como bombas horizontales o
bombas verticales.
1.1. d. Clasificación de las bombas centrifugas en función del servicio.
Dentro de esta clasificación tenemos:
a) Bombas para agua.
b) Bombas para aceite.
c) Bombas para caldera.
d) Bombas para extracción de condensados.
e) Bombas de trasiego.
f) Bombas de achique.
g) Bombas para inyección de reactivos.

27. 25
1.1. e. Clasificación de las bombas centrifugas en función de la altura de
elevación.
Atendiendo a la altura de elevación las bombas centrifugas pueden dividirse en:
a) Bombas de baja presión.
b) Bombas de presión media.
c) Bombas de alta presión.
1.2. Partes constructivas de las bombas centrifugas.
Debido a la gran variedad de fabricantes de bombas centrifugas y a que cada uno de
ellos le pone el nombre que quiere a determinada parte de la bomba, hay partes que
tienen dos o más nombres. A continuación se da una relación de los nombres de las
partes de la bomba con los que se conoce más comúnmente. En las figuras 2, 3 y 4,
se encuentran marcadas las partes con el numero que en la lista tienen asignado.
FIG. 2: Bomba horizontal de voluta de doble acción de un solo paso.
1. Cuerpo, carácter, cubierta, carcaza,
volunta, caracol, caja
1. A.- Cubierta (Parte inferior)
1. B.- Cubierta (Parte superior)
5. Campana, tapa de la succión
6. Anillo del impulsor
7. Tapa del estopero, caja de empaques
8. Empaque.
2. Impulsor, impelente, hélice 9. Manga de la flecha, laina, camisa.
3. Flecha de la bomba. 10. Vaso de descarga de la bomba, tazón.
4. Anillos de la caja, anillo de la cubierta,
anillo estacionario, anillo de la campana
11. Chumacera o balero interior, chumacera
o balero lado cople.

28. 26
12. Chumacera o balero exterior, chumacera
o balero lado opuesto al cople
26. Medio cople bomba
27. Cuña del acoplamiento.
13. Prensa estopa, prense. 28. Bujes del acoplamiento.
14. Tuerca de la manga de la flecha 29. Tuerca del acoplamiento.
15. Tuerca del balero
16. Tuerca del impulsor
30. Tornillos del cople, pernos del cople
31. Buje de la campana.
17. Farol, linterna 32. Tapa de registro para inspección
18. Portabalero interior, caja baleros lado
cople
19. Cuña del impulsor
33. Collar de tope, cuña seccionada, anillo
seccionado, seguro o candado del impulsor.
34. Espaciador de los baleros.
20. Portabalero exterior, caja baleros lado
opuesto al cople
35. Cubierta tubular de la flecha, tubo
interior, guardad de la flecha, chaqueta.
21. Tapa de cojinete (interior), tapa interior
de la caja de baleros
36. Tubería de descarga.
22. Tapa de cojinete (exterior) tapa exterior
de la caja de baleros.
23. Buje del tazón, chumacera
37. Cojinete de conexión, cople - chumacera
de la chaqueta.
38. Copa de engrase
24. Reten deflector de aceite.
25. Medio cople motor
39. Tubo para el sello
FIG. 3: Vaso de bomba vertical difusora de
foso lleno.
FIG. 4: Vista de una bomba de flecha vertical
de succión en el extremo con una cubierta de
doble voluta.

29. 27
1.3. OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS.
En una bomba centrifuga, el líquido penetra al impulsor o rodete por el centro y es
arrastrado por los álabes del impulsor aumentando su presión y su velocidad. En su
movimiento de rotación el rodete impulsa al líquido en forma continua hacia la
carcaza en tanto que una nueva cantidad de líquido penetra al rodete a través de la
tubería de succión.
La mayor parte de la energía del liquido que abandona al rodete es energía cinética,
por lo que en toda bomba centrifuga se procura conservar esta energía para
transformarla en energía de presión lo cual se logra disminuyendo la velocidad del
liquido.
Para seleccionar una bomba centrifuga es necesario conocer: el gasto y la altura de
elevación.
1.3. a. Altura de elevación.
La carga total contra la cual debe operar una bomba está formada por los siguientes
componentes:
a) Carga estática
b) Diferencia de presiones que existen en el líquido
c) Carga de fricción
d) Pérdidas de entrada y salida
e) Elevación correspondiente a la velocidad.
1.3. b. Carga estática
La carga estática total de un sistema es la diferencia de nivel entre el nivel del líquido
de descarga y el nivel del líquido de succión tal como se ve en las figuras 5, 6 y 7 en
las que:
hs = Carga estática de succión.
hd = Carga estática de descarga.
ht = Carga estática total.
1.3. c. Diferencia de presiones que existen en el líquido.
Si el nivel del líquido de succión o el de descarga o ambas están a otra presión que
no sea la atmosférica tal como se ve en la figura 6, la carga total contra la que va a
trabajar la bomba se verá afectada por la diferencia de presiones existentes.

30. 28
1.3. d. Carga de fricción
La carga de fricción es la carga equivalente que es necesaria para vencer las
pérdidas de fricción por el flujo del líquido a través de la tubería, válvulas, codos, etc.
Esta carga varia con:
1) La cantidad de líquido bombeado.
2) El tamaño, tipo y condición de la tubería y accesorios.
3) El tipo de líquido bombeado.
FIGURA 5.- Alturas de elevación,
depósitos abiertos.
FIGURA 6.- Alturas de elevación, depósitos
cerrados.
FIGURA 7.- Alturas de elevación.
1.3. e.- Pérdidas de entrada y salida
Como su nombre lo indica, estas pérdidas se tienen al pasar el líquido del depósito
que lo contiene a la tubería de succión de la bomba y de la tubería de descarga de la
bomba al depósito de descarga. La magnitud de estas pérdidas depende del diseño
de la entrada y salida del líquido siendo menores cuando en la entrada se tiene una
boca acampanada y en la descarga un cono largo.

31. 29
Estas pérdidas algunas veces son consideradas como parte de las perdidas de
fricción de la tubería de succión y descarga; sin embargo, es preferible considerarlas
separadas para no pasarlas por alto y poder ver claramente si una o ambas perdidas
son excesivas.
1.3. f.- Elevación correspondiente a la velocidad
La elevación correspondiente a la velocidad es la energía cinética o de movimiento
en un líquido en cualquier punto y se puede calcular por medio de la siguiente
igualdad.
2
2
v
V
h
g

en la que h: elevación correspondiente a la velocidad y cuya unidad es el metro.
V: La velocidad en m/seg.
g: Aceleración debida a la gravedad e igual a 9.81 m/seg2
.
1.3.1 Funcionamiento de las cubiertas
El impulsor de una bomba centrifuga descarga líquido a una velocidad que
dependerá de la del impulsor y generalmente es una velocidad alta. El objeto de la
cubierta de la bomba es reducir esta velocidad y convertir la energía cinética en
energía de presión ya sea por medio de una voluta o un conjunto de alabes
difusores.
Las bombas de voluta reciben este nombre debido a la forma al envolver al impulsor.
Una bomba centrifuga del tipo difusor se ilustra en la figura 8, y en ella se puede
observar que tiene la ventaja de balancear las reacciones radiales en el rotor, cosa
que no sucede en las bombas de voluta sencilla; sin embargo, cuando la bomba no
. . . . . . . . . . . . . (1)
FIGURA 8.- Bomba tipo difusor

32. 30
trabaja a plena capacidad , el liquido en movimiento choca con los alabes fijos del
difusor, ya que no se corresponden al Angulo de los alabes y el Angulo por el cual
sale el liquido del impulsor, lo que produce turbulencias que reducen la altura total de
elevación generada.
1.3.1. a.- Cubiertas divididas
Una cubierta dividida es la que está hecha de dos o más partes, y podemos tener:
cubierta dividida axialmente y cubierta dividida radialmente.
a) Cubierta dividida axialmente.
Si las cubiertas divididas axialmente se sujetan a altas presiones, tienden a “soplar”
por la junta de la división, lo que provoca escurrimientos; esto es posible evitarlo
disminuyendo el espesor del empaque a medida que la presión aumenta y
reforzando con costillas interiores y exteriores a la cubierta, así como también
aumentando el diámetro y número de los tornillos que sujetan a las tapas entre sí.
Este tipo de cubiertas se usa para presiones máximas de 112/kg/cm2
basadas en
una operación de 3600 r.p.m.
Estas cubiertas divididas axialmente deberán de tener unas guías cónicas para poder
armarlas con precisión después de haberlas abierto.
b) Cubiertas divididas radialmente.
Las cubiertas divididas radialmente se usan desde hace muchos años en bombas de
varios pasos y se conocen con el nombre de “cubierta de anillos” o tipo “dona” y en
ellas dos o más impulsores se metían dentro de un cuerpo en cuyo interior estaban
colocados los alabes del difusor y los conductos del líquido para pasar del primer
impulsor al segundo, tercero, etc.
En diseños posteriores, las secciones de cada uno de los pasos así como también
las secciones de succión y descarga se mantenían unidas por medio de largos
pernos que los atravesaban. En estas bombas se tiene problemas en el desarmado y
armado ya que las secciones de succión y descarga tienen que abrirlas cada vez que
se repara la bomba. Para resolver este problema se diseñó una bomba de doble
cubierta, la cual mantuvo las ventajas del diseño de cubierta radialmente dividida y
resolvió el problema de desarmarlas.
El principio básico de este diseño consiste en encerrar las partes móviles de una
bomba centrifuga de varios pasos en una cubierta interior y construir una segunda
cubierta alrededor de ella. El espacio entre las dos cubiertas se mantiene a la presión
de descarga del último peso de la bomba.
El diseño de la cubierta interior puede ser axialmente dividida o radialmente dividida.
Para evitar el escurrimiento, si la cubierta esta axialmente dividida, esta se encuentra

33. 31
encerrada en un barril solido de acero fundido o forjado en el quela presión del
liquido es mayor que la presión interna promedio en la bomba, lo que hace que la
cubierta interior esté sujeta a compresión y la unión axial permanezca apretada.
La bomba de doble cubierta, con la interior radialmente dividida, es una bomba con
cubierta de anillos, la que después de armada se coloca dentro de una cubierta de
forma cilíndrica de acero forjado, en la que la succión y descarga forman una sola
unidad con dicha cubierta y el conjunto interior de la bomba se puede sacar sin tener
que desembridarla de la tubería.
Tiene la ventaja de tener todas las juntas de alta presión y entre pasos del tipo de
anillo que es el que más fácilmente se mantiene apretado bajo altas presiones.
1.3.2 Impulsor
El impulsor es la parte vital de una bomba centrifuga pues hace girar la masa del
liquido con la velocidad periférica de lo extremos de lo alabes determinando así la
presión de trabajo de la bomba. En función de la entrada del líquido al impulsor, este
se divide en:
a) Simple succión
b) Doble succión
En el de simple succión, el líquido entra por un solo lado del impulsor como lo
muestra la figura 9, mientras que en el de doble succión, el agua entra por dos lados
o lo que es lo mismo son dos impulsores de una sola succión colocados uno contra
el otro como se ve en la figura 10.
FIGURA 9.- Flujo en impulsor
de simple succión.
FIGURA 10.- Flujo en impulsor
de doble succión.
Para una bomba de un solo paso con cubierta axialmente dividida se prefiere un
impulsor de doble succión ya que teóricamente se encontrara balanceado evitando la
necesidad de utilizar un cojinete de carga axial.
Para bombas pequeñas con cubierta radialmente dividida, se prefiere un impulsor de
una succión por ser más fácil de fabricar ya que es demasiado angosto y seria
problemático, en un espacio tan pequeño, hacer dos entradas de líquido.

34. 32
FIGURA 11.- Diferentes tipos de impulsores
En función del diseño mecánico, lo impulsores se dividen en:
a) Abiertos
b) Semi-Abiertos
c) Cerrados
Un impulsor abierto es aquel que consta únicamente de los alabes que están sujetos
a un cubo central que sirve para montar en la flecha.
Un impulsor semi-abierto es aquel que además de los álabes tiene una pared por un
lado, lo que le da mayor resistencia.
El impulsor cerrado es aquel que consta de paredes laterales que encierran
totalmente a los alabes, desde el ojo de la succión hasta la periferia.
1.3.3 Anillos de Desgaste.
Los anillos de desgaste son una junta de escape entre el impulsor y la cubierta;
dependiendo de la parte en que se encuentra instalado el anillo de desgaste se
denominará:
a).- Anillo de desgaste de la caja, carcasa o cubierta.
b).- Anillo de desgaste del impulsor.
En las bombas, se puede tener anillos de desgaste de la caja, anillos de desgaste del
impulsor o ambos anillos de desgaste.
Existen varios diseños para los anillos de desgaste y la selección del tipo más
apropiado dependerá del líquido por manejar, la diferencia de presiones entre la junta
de escurrimientos y el diseño de cada bomba. Los anillos de desgaste más
comúnmente usados son los del tipo plano y los del tipo “L” ilustrados en la figura 12
y 13 respectivamente.

35. 33
FIGURA 12.- Anillos tipo plano. FIGURA 13.- Anillos tipo “L”.
Existen otros tipos de anillos de fricción cuyo uso es menos frecuente; ellos son los
anillos del tipo de laberinto o también llamados anillos de interferencia y los anillos de
escalón, los cuales se encuentran representados en las figura 14.
FIGURA 14.- Anillos de desgaste en laberinto.
Los anillos de desgaste lavados con agua a presión han tenido un gran auge en los
últimos años. En ellos se lleva liquido limpio (a una presión mayor que la del lado de
descarga de los anillos), por medio de una tubería y se distribuye a través de un
orificio practicado en el anillo fijo.
Para que este lavado fuera ciento por ciento eficiente en bombas que mueven agua
cruda para servicio o en aquellas que el líquido contiene arena, seria necesario que
la cantidad de líquido inyectado fuera lo suficiente como para que llenara el espacio
comprendido entre los dos anillos en toda su periferia. En la figura 15, puede verse
una bomba con este tipo de anillo.

36. 34
FIGURA 15.- Anillo de escalón. FIGURA 16.- Anillo “lavado”
Tratándose de bombas verticales que manejan líquidos que contienen arena o
mugre, este se queda en el espacio entre anillos cuando la maquina esta fuera de
servicio y aun en lugares muy próximos a este espacio ya que es la parte mas baja
de la bomba. Al arrancar la bomba toda esta mugre o arena es arrastrada dentro de
los anillos causando desgaste. Para evitar este desgaste, en bombas medianas y
grandes, se utiliza un anillo de tipo de retención como lo muestra la figura 16.
Los materiales de que están hechos estos anillos de desgaste son combinaciones
de:
a) Bronce con otro bronce distinto.
b) Hierro fundido con bronce.
c) Acero con bronce.
d) Metal monel con bronce
e) Hierro fundido con hierro fundido
FIGURA 17.- Anillo de retención.
La tolerancia o espacio libre entre anillos normalmente viene dado por el fabricante
de la bomba, ya que dependerán del material de que están hechos los anillos del
líquido manejado, la temperatura y la viscosidad del líquido. Sin embargo podemos
generalizar diciendo que el diámetro interior del anillo rozante de la caja es igual al
diámetro exterior del anillo del impulsor mas 0.002 “por cada pulgada de diámetro.

37. 35
Esto quiere decir que si el diámetro exterior del anillo rozante del impulsor es de 3”
deben dar 3.006” de diámetro interior al anillo de la caja; si el diámetro exterior es de
4” el diámetro interior debe ser de 4.008” si el diámetro exterior es de 5”, el diámetro
interior debe ser de 5.010” y así sucesivamente.
Naturalmente, las recomendaciones del fabricante por lo que respecta al material y la
tolerancia de los anillos rozantes deberán aceptarse como buenas.
1.3.4 Flechas
La función básica de la flecha de una bomba centrifuga es transmitir los movimientos
que se presentan al arrancar y durante la operación mientras sostiene al impulsor y a
todas sus partes giratorias de la misma.las fuerzas que actúan sobre las flechas son:
a) La torsión debida al movimiento que le proporciona la maquina motriz.
b) El peso de las partes que van unidas a la flecha.
c) Las fuerzas hidráulicas como radiales como axiales.
Todas estas fuerzas deben de tomarse en cuenta para el diseño de una flecha, ya
que la deformación de la flecha siempre debe ser menor al espacio libre más
pequeño que haya entre las partes giratorias y las estacionarias.
FIGURA 18- Flecha de la bomba centrífuga.
FLECHA
IMPULSOR
CARCAZA
RODAMIENTOS EMPAQUE

38. 36
La mayoría de las flechas, se protegen contra la erosión, corrosión y desgaste por
medio de mangas conocidas también con el nombre de lainas.
Como al meter estas mangas en flechas de bombas pequeñas se tienen varios
problemas (entre los que destacan los de espacio suficiente) en este tipo de
unidades se utilizan flechas de un material resistente a la corrosión y al desgaste, tal
como el acero inoxidable.
1.3.5 Mangas en las flechas (Lainas).
La función más común de una manga de flecha es proteger a la flecha del desgaste
producido por el empaque, el estopero o en el sello mecánico. Es por esto que las
mangas de flecha que tienen otras funciones reciben nombre específicos para indicar
un propósito. Así por ejemplo, una manga de flecha usada entre dos impulsores de
una bomba de varios pasos, (junto con el casquillo o chumacera) para formar una
junta de escurrimiento entre los pasos se llamara manga de entrepasos o manga
reparadora.
Existen varias maneras de fijar las mangas exteriores en las bombas centrifugas y
son:
a).- Con tuerca en la flecha que aprisiona la manga. Se evita la rotación
de la manga con cuña que generalmente es prolongación de la cuña
del impulsor (contacto directo de impulsor y manga).
b).- En forma similar ala anterior, solo que entre el impulsor y la manga
existe una tuerca que oprime al impulsor, por lo quela cuña de la
manga será una cuña independiente y la manga estará en contacto
con la tuerca del impulsor.
c).- Manga con rosca interior. La rosca interior de esta manga, está hecha
de tal manera que al rodar la bomba, la manga tendera a apretarse.
Esta manga se enrosca en una cuerda que está hecha en la flecha.
d).- Manga con rosca exterior. Para fijar esta manga es necesario tener
una tuerca fija en la flecha. Lo cual se hace por medio de un perno
remachado que atraviesa tanto la tuerca como la flecha.
Con objeto de evitar el escurrimiento del líquido entre una manga exterior y la flecha
es necesario colocar un empaque generalmente hecho de hule, teflón o aluminio.
Los materiales de que están hechas las mangas de flecha deben de admitir un
acabado muy fino, de preferencia un pulimento de espejo, porque en caso contrario,
al estar en contacto con el empaque generara una gran fricción y aumento de
temperatura.
Generalmente se hacen mangas de bronce duro, acero al cromo o aceros
inoxidables, pero tratándose de condiciones muy severas, las mangas llevan un
tratamiento de endurecimiento en el exterior.

39. 37
1.3.6 Estoperos o cajas de empaque.
Los estoperos o cajas de empaque, tienen la función principal de proteger la bomba
contra escurrimiento los puntos en que la flecha atraviesa la cubierta, cuando se trata
de bombas cuya presión es superior a la atmosférica; y si la presión en el interior del
estopero es inferior a la atmosférica; y si la presión en el interior del estopero s
inferior a la atmosférica, evita la entrada de aire a la bomba, tal como sucede en una
bomba de vacío.
El estopero es un hueco cilíndrico en cuyo interior se alojan varios anillos de
empaque que van alrededor de la manga. Cuando el estopero tiene un sello de
líquido se utiliza un anillo perforado conocido con el nombre de “farol o jaula” que
separa los anillos del empaque. Este empaque se comprime para dar el ajuste
deseado por medio de una prensa estopas.
El fondo del estopero puede formarlo la misma cubierta, un buje al fondo o un anillo
conocido como “asiento del empaque” y están fabricados de una sola pieza y
detenidos por medio de una junta amachimbrada que evita que gire.
El farol se usa en bombas que manejan líquidos inflamables o químicamente activos
y peligrosos, ya que evita que el líquido bombeado salga al exterior.
Generalmente viene seccionado en dos mitades para facilitar su instalación. Algunas
veces este farol es utilizado para introducir un lubricante que evitara el desgaste de
la manga.
FIGURA 19.- Caja de empaque.

40. 38
Con objeto de eliminar el calor generado por la fricción del empaque con la manga y
obtener una vida más prolongada del empaque, las bombas tienen chaquetas de
agua en los estoperos.
Existen empaques de distinto material cada uno de ellos se adapta a determinado
servicio. Las más comúnmente usadas son:
a) Empaque de asbesto.
b) Empaque metálico.
El asbesto es el material de empaque más común, para servicio general en
presiones inferiores de 14 kg/cm2
. La empaquetadura de asbesto esta prelubricada
con grafito o un lubricante inerte.
La empaquetadura metálica está formada de cordones metálicos o lámina delgada
alrededor de un alma de asbesto o plástico y está impregnada de un lubricante o
grafito. Las láminas pueden ser de babbitt, aluminio o cobre.
Muchos otros tipos de empaquetadura se suministran de acuerdo con
especificaciones del cliente, por ejemplo empaquetadura de cáñamo en cuerda o
trenza encebado o grafitado, empaquetaduras de teflón y otras muchas
características y aplicaciones vienen dadas en los catálogos de los fabricantes de los
mismos.
Las empaquetaduras se suministran en forma de rollo continuo, en forma de espiral o
en anillos preformados. Cuando se usa empaquetadura en forma de espiral o rollo
continuo es necesario cortar los anillos un poco mas chicos dejando un espacio libre
entre los extremos, el cual es llenado al momento de la expansión. El corte que se
hace en estos anillos debe ser diagonal.
De ser posible, deben usarse anillos ya preformados que se meten al tamaño exacto
y por juegos; con ellos se asegura un ajuste perfecto ala manga y ala caja de
empaque, obteniéndose igual cantidad de empaque a todo lo largo del estopero.
Algunos juegos se suministran con dos o más diferentes clases de empaque, por
ejemplo alternando anillos suaves y duros.
1.3.6. a. Prensa – Estopas.
La función del prensa–estopas, es apretar el empaque para hacer que selle tanto en
la caja de empaques como en la manga.
Los prensa–estopas pueden tener varias formas y se encuentran:
a) Prensa – estopas sólidos.
b) Prensa – estopas divididos.

41. 39
Los prensa - estopas divididos están hechos en mitades de tal manera que se puede
sacar de la flecha sin desmantelar la bomba, lo que proporciona un espacio mayor
cuando se trata de reempacar. Las dos mitades se mantienen juntas con tornillos.
Cuando el liquido bombeado es un liquido inflamable, generalmente se utiliza un
prensa – estopas conocido con el nombre de “sofocante” el cual consta de una
cámara en la que Se introduce agua que se mezcla íntimamente con el escurrimiento
que tiene la caja de empaques, bajando su temperatura si el liquido es volátil,
absorbiéndolo.
Generalmente los prensa – estopas se hacen de bronce, aunque también las hay de
hierro colado o acero recubiertos con bronce.
1.3.7 Sellos Mecánicos.
Al estudiar los estoperos o cajas de empaques, dijimos que los sellos en la manga y
en la caja de empaque se obtiene por medio de anillos de empaques forzados entre
las dos superficies y sostenidos por una prensa – estopas. También se vio que para
reducir el escurrimiento, bastara con aumentar la presión del prensa – estopa, pero
que era conveniente no suprimir en su totalidad el escurrimiento. Sin embargo
después de haber apretado el empaque hasta un punto determinado, el
escurrimiento continúa sin importar que se apriete aun más. Este apriete, causa
mayor fricción; el calor generado no se elimina tan rápidamente como se produce y el
estopero deja de funcionar. Aun antes de que se llegue a esta condición las mangas
pueden rayarse que es imposible volver a empacar si no se cambian dichas mangas.
Por este motivo, cuando se trata de evitar totalmente el escurrimiento por estar
manejando un líquido toxico, o se tengan presiones demasiado altas sencillamente
que el liquido manejado actué como solvente de los lubricantes normalmente
utilizados para lubricar la empaquetadura no es conveniente tener este tipo de sello
totalmente y que en la actualidad se conoce como “Sello Mecánico”.
Aunque los sellos mecánicos pueden variar en su construcción según el fabricante,
todos ellos están basados en el mismo principio: “todas las superficies que hacen el
sello” se encuentran localizadas en un plano perpendicular a la flecha y constan de
dos superficies pulidas a espejo una de las cuales gira junto con la flecha deslizando
sobre la otra que es estacionaria”.
Las superficies que hace el sello son materiales distintos y se mantienen en contacto
debido a la presión que ejercen uno o varios resortes; debe haber una película de
liquido entre las dos superficies que les proporcionaran lubricación y enfriamiento, al
mismo tiempo que reduce el desgaste.
Los sellos mecánicos no deben usarse en maquinaria que maneje aire o gas (por
ejemplo en sopladores o turbinas) ya que si trabajan “secos fallaran rápidamente.

42. 40
FIGURA 20.- Diferentes tipos de sellos mecánicos.
Sin embargo, es posible utilizar este tipo de sello, en bombas que manejen líquidos
que contienen sólidos en suspensión, Siempre y cuando estos se retengan para
evitar que penetren entre las caras en contacto o vayan a obstruir el funcionamiento
del resorte.
En un sello mecánico existen tres partes en donde debe existir un buen sello, de lo
contrario, este sello mecánico no trabaja como tal y dejara salir líquido, estas partes
son:
a) Entre el elemento estacionario y la cubierta.
b) Entre el elemento giratorio y la flecha o la manga de la flecha.
c) Entre las caras giratorias y estáticas
Para obtener el primer sello se usan anillos en forma de “0” de un material capaz de
absorber y tomar todos los desperfectos de la superficie por sellar, por lo que
generalmente son de hule, teflón o cualquier otro material similar. Para obtener el
segundo sello, se usan anillo de hule fuelles de hule o empaques metálicos que
generalmente son de aluminio.
Finalmente el tercer sello se obtiene con un buen pulimento y apriete entre las caras
en contacto que generalmente son de acero endurecido y carbón, acero endurecido y
porcelana o bronce endurecido y porcelana.
Las partes de que consta un sello mecánico son: (Ver figura 21)

43. 41
Parte giratoria Parte estática
FIGURA 21- Sello mecánico tipo “U”
1. Manga o laina.
2. Asiento del resorte.
3. Pernos.
4. Resorte.
5. Caja del resorte.
6. Empaque en “u”.
7. Caja giratoria.
8. Cara estacionaria (carbón).
9. Empaque del carbón.
10.Empaque de la brida.
11.Brida del sello.
12.Empaque auxiliar.
13.Tornillos del prensa – estopas.
14.Prensa – estopas auxiliar.
15.Tuercas del prensa – estopas.
1.3.8 Cojinetes.
La función de los cojinetes en las bombas es mantener el rotor en correcto
alineamiento con las partes estacionarias. Los cojinetes que le dan colocación radial
al rotor se conoce con el nombre de cojinetes radiales o de alineación y los que fijan
al rotor axialmente se les conoce con el nombre cojinetes axiales, de empuje o de
aguante.
En las bombas horizontales, con cojinetes a cada lado, estos se designan por la
colocación y tenemos:
a) Cojinetes interiores o de lado cople. (L.C)
b) Cojinetes exteriores o del lado opuesto al cople. (L.O.C).
Este tipo de bombas generalmente el cojinete de aguanta va colocado del lado
opuesto al cople (L.O.C) y el cojinete radial se coloca en el lado cople (L.C).
Tratándose de bombas verticales se sigue la misma nomenclatura.
Los cojinetes están montados en una caja que se fija a la carcasa o formando parte
de ella; esta caja además de soportar los cojinetes se utiliza para contener el aceite
lubricante.

44. 42
Al girar la flecha sobre el cojinete, se genera calor, el cual es disipado por radiación,
por enfriamiento a través de un enfriado o por medio de una chaqueta de agua de
enfriamiento colocada dentro de la misma caja del cojinete.
Los cojinetes pueden ser rígidos o autoalineables; estos últimos son aquellos que
como su nombre lo indica, automáticamente se ajustan a un cambio en la posición de
la flecha. En cojinetes de babbitt (conocidos con el nombre de chumaceras), el
nombre de auto- alineables se aplica a aquellos que tienen ajuste esférico en la caja.
En cojinetes resistentes a la fricción (comúnmente conocidos con el nombre de
baleros), los auto – alineables son aquellos cuya pista exterior esta máquina
interiormente en forma esférica, permitiendo que la pista interior se mueva
libremente. Existe otro tipo dentro de los mismos baleros autoalineables en los que la
pista exterior esta maquinada para que al entrar en la caja tenga un ajuste esférico.
1.3.8. a. Principios básicos de los cojinetes.
Como el coeficiente de fricción de rodamiento es menor que el coeficiente de fricción
de deslizamiento, no es posible considerar un balero en la misma forma que una
chumacera. En el balero, la carga se lleva en un punto de contacto de la bola con la
pista, sin rozamiento o deslizamiento, sino que lo hace por rodamientos sobre la pista
y además el punto de contacto está cambiando constantemente por lo que el calor
generado no es una cantidad apreciable. En la chumacera, hay un rozamiento
constante de una superficie sobre otra y la fricción debe de reducirse por medio de
un lubricante, ya que de lo contrario, el calor generado aumentara hasta el grado de
hacer que la chumacera quede inservible.
1.3.8. b. Cojinetes resistentes a la fricción (Baleros).
Teóricamente los baleros operados e una velocidad constante, no requieren
lubricación. Sin embargo no existe una velocidad absolutamente constante y cada
variación por muy pequeña que sea, hace que las bolas de un balero se atrasen o
adelanten en la pista causando un deslizamiento casi in apreciable pero existente.
Además, debido ala carga que soporta los baleros, las bolas sufren una ligera
deformación modificando su asiento de un punto a una pequeña superficie que
ocasiona deslizamiento. Es por esto que a los baleros hay que darle lubricación, los
baleros de aguante se construyen para resistir cargas por puro movimiento rodante
en un contacto angular. Como esta carga axial se repartirá en partes iguales, en
cada una de las bolas, por lo que el espacio entre ellas debe de ser y permanecer
exactamente igual; esto se lograra por medio por medio de una jaula de reten o
puente, la cual no recibe carga, pero al contacto entre ella y la bola produce fricción
de deslizamiento generando calor. Esta es la razón por la que los baleros de empuje
siempre están de una caja con chaqueta de agua.

45. 43
FIGURA 22.- Rodamientos rígidos de bolas.
Los baleros más comúnmente usados en bombas centrifugas son:
1. Rígidos de una o dos hileras de bolas, que tienen gargantas profundas sin
orificio para la entrada de las bolas. Debido a la profundidad de las gargantas,
al tamaño de las bolas y al íntimo contacto entre bolas y gargantas, este tipo
de rodamiento tiene gran capacidad de carga incluso en sentido axial; por
consiguiente este balero es muy adecuado para resistir cargas en todas
direcciones. Su diseño le permite soportar un empuje axial considerable, aun
funcionando a altas velocidades.
2. Doble hilera autoalineable; las bolas tiene un camino esférico común en la
pista exterior que lo hace auto – alineables por lo que resulta insensible a
ligeras fallas de alineación en la flecha originadas por errores en la
cimentación, montaje de los baleros, torceduras de la flecha, etc. Por el mismo
motivo, el rodamiento no puede ocasionar flexiones en la flecha, lo cual es de
gran importancia en bombas que requieren alta velocidad.
3. De contacto angular con una sola hilera de bolas en el cual, la presión ejercida
por las bolas esta dirigida en Angulo agudo con respecto al eje. Como
consecuencia de este disposición, el rodamiento es especialmente apropiado
para resistir gran carga axial, debiendo montarse el mismo en contra posición
con otro rodamiento que pueda recibir la carga axial existente en sentido
contrario.

46. 44
1.3.8. c.- Lubricación de baleros
La mayoría de las bombas centrifugas para servicio en una refinería, se surten son
cojinetes lubricados con aceite; sin embargo, en las bombas para uso marino, la
preferencia es por bombas lubricadas por grasa.
En los baleros lubricados por grasa, la grasa empacada dentro del balero, es
arrojada hacia afuera por el movimiento de rotación de las bolas creando una ligera
succión en el carril interior. La grasa expulsada se enfría por el contacto con la caja y
así es llevada nuevamente al carril interior formándose una corriente continua de
grasa para lubricar y enfriar el balero. Este método de lubricación requiere mínima
atención y ha probado ser muy satisfactorio.
Como las cajas de baleros en las bombas verticales requieren sellos para evitar el
escape del lubricante generalmente se prefiere la grasa, porque disminuye la
velocidad de escurrimiento.
Un balero completamente lleno de grasa evita la circulación apropiada en si mismo y
en su caja. Por lo tanto, se recomienda dejar un espacio vacío en la caja. Una
cantidad excesiva de grasa hace que se caliente el balero y la grasa fluirá hacia
afuera para aliviar la situación; a menos que el exceso de grasa pueda escapar el
balero fallara muy pronto.
Los baleros lubricados con aceite, requieren un método adecuado para mantener un
nivel apropiado en la caja. Este nivel debe estar cerca del centro la bola más baja,
cuando la unidad esta parada. Algunas veces se utilizan anillos lubricadores para
abastecer de aceite a los baleros desde el depósito en la caja, otras veces se utilizan
aceiteras de nivel constante y otras veces los dos sistemas.
1.3.8. d. Cojinete de manga (chumacera)
Aunque los cojinetes sencillos de chumacera cilíndrica o de manga han sido
substituidos por baleros, en la mayoría de los diseños de las bombas todavía tiene
un gran campo de aplicación; algunas razones por las que se siguen usando son: su
economía de construcción; en trabajo pesado con diámetro de flechas de tales
proporciones no consideradas fácilmente baleros de esa medida; en bombas
verticales sumergidas en el que el cojinete está en contacto con el agua etc.
La mayor parte de las chumaceras se lubrican con aceite y el material de que están
hechas pueden variar; sin embargo, las chumaceras de babbitt son las preferidas
para el servicio de trabajo pesado. La chumacera consta de una capa de babbitt de
3.175 milímetros de espesor o más que está anclada en la concha de la chumacera
(que es de fierro fundido) por medio de ranuras de cola de pato. Para asegurar una
adherencia perfecta, las conchas primeramente se estañan y posteriormente se
vacía el babbitt a la temperatura de fusión del estaño.

47. 45
Raras veces se usan chumaceras en bombas horizontales domo impulsor volante;
más bien se usan en aquellas diseñadas con cojines en ambos extremos. Para este
tipo de bombas puede haber los siguientes arreglos de las chumaceras:
a) Chumacera radial en un extremo, y chumacera radial axial en el otro.
b) Dos chumaceras radiales, uno en cada extremo y un balero de carga axial
en uno de los extremos.
c) Dos chumaceras radiales con bordes o caras en los extremos actuando en
combinaciones con topes.
La lubricación en las chumaceras puede ser de dos tipos:
a) Por medio de anillo
b) Forzada por medio de la bomba
En una chumacera lubricada por el sistema del anillo, el anillo corre sobre la flecha
en una ranura cortada en la parte central de la mitad superior de la chumacera y al
hacerlo levanta aceite que deposita en la caja de la chumacera. El aceite se separa
en la parte superior de la flecha de la bomba, fluye entre el claro de la chumacera y
la flecha se descarga en los extremos de la chumacera. Este sistema de lubricación
es satisfactorio solamente velocidades de operación relativamente bajas.
La circulación forzada por medio de bomba puede ser ejecutada con una bomba de
engrane, conectada directamente al extremo exterior de la flecha de la bomba, por
medio de un acoplamiento flexible. La bomba toma el aceite de la caja de la
chumacera o de un depósito independiente y lo descarga a presión a través de un
enfriador. Del enfriador al aceite fluye a las chumaceras y por gravedad regresa al
depósito cerrando así el circuito.
1.3.9 Acoplamientos.
Las bombas centrifugas están conectadas ala maquina motriz (motor eléctrico, motor
de combustión interna, turbina de motor o de gas) por medio de acoplamiento,
excepto las bombas conectadas en forma compacta en la que la flecha de la
maquina motriz y de la bomba en la misma.
Los acoplamientos pueden ser:
a) Rígidos.
b) Flexibles.
Un acoplamiento que no permite movimiento axial o radial entre las flechas de la
bomba y la maquina motriz se llama acoplamiento rígido. Conecta las dos flechas
sólidamente y en efecto las convierte en una sola flecha. Este tipo de acoplamiento
es usado principalmente en bombas verticales.

48. 46
FIGURA 23.- Diferentes tipos de acoplamientos.
Un acoplamiento flexible es un dispositivo que conecta dos flechas y que transmite el
movimiento de rotación de la maquina motriz a la maquina impulsada, en nuestro
caso ala bomba, pero aceptando un pequeño desalineamiento que puede ser
angular, paralelo a una combinación de ambos. Es por esto que falsamente se cree
que no es necesario alinear perfectamente una bomba con su máquina motriz; sin
embargo el desalineamiento es siempre indeseable y no deberá tolerarse
permanentemente, ya que causa chicoteo en las flechas aumenta el empuje en los
cojinetes de la bomba y de la maquina motriz dando resultado un mantenimiento
excesivo y falla del equipo.
El acoplamiento flexible debe permitir un desplazamiento lateral de las flechas, para
que sus extremos puedan acercarse o alejarse por aumento o disminución en la
temperatura, o desplazamiento de los centros magnéticos de los motores eléctricos,
y moverse así sin aumentar el empuje en los cojinetes.
1.3.9. a. Acoplamientos rígidos.
Entre los acoplamientos rígidos tenemos:
1. De abrazaderas.- Que consiste básicamente en una manga dividida provista
de tornillos, de manera que pueda presentarse en los extremos adjuntos de
las dos flechas y formar una conexión solida. Generalmente se incorporan
cuñas axiales y circulares en el acoplamiento de abrazaderas para que la
transmisión del torque y del empuje no se haga solamente dependiendo de la
fricción de la sujeción, (figura 24).

49. 47
FIGURA 24.- Acoplamiento de abrazaderas
2. De compresión.- En el que la porción central del acoplamiento esta formado
por una manga ranurada en cuyo interior se alojan las flechas de la maquina
motriz y la bomba y el diámetro exterior es cónico del centro hacia ambos
extremos. Las dos mitades del acoplamiento tienen un diámetro interior con la
misma conicidad que la de la manga. Cuando se apriete una a la otra con los
tornillos, la manga ranurada se comprime contra las dos flechas y la sujeción
por fricción transmite el movimiento sin el uso de cuñas, (figura 25).
3. De tuerca.- En este tipo de acoplamiento el extremo de la flecha de la bomba
lleva una cuerda en la que entra una tuerca que es el centro del acoplamiento.
A ambos lados de esta tuerca se encuentran bridas, la de la bomba se fija por
medio de una cuña y la de la maquina motriz se fija por cuña y pasador. Al
acoplarse las bridas y la tuerca por medio de tornillos, queda rígida la unión,
(figura 26).
Un croquis de cada uno de estos tipos se anexa a continuación.
FIGURA 25.- Acoplamiento
de presión
FIGURA 26.- Acoplamiento
de tuerca

50. 48
1.3.9. b. Acoplamientos flexibles.
Entre los acoplamientos flexibles tenemos:
1.3.9. b.1. Acoplamiento de pasador y amortiguador. En un cople flexible con
pasadores sujetos a una de sus mitades, las cuales atraviesan los amortiguadores
que se montan en la otra mitad del acoplamiento en la otra flecha.
Los amortiguadores están hechos de hule o de otro material comprensible para dar la
flexibilidad necesaria. Los pernos impulsores tienen un ajuste de deslizamiento con
los amortiguadores, por lo que las pequeñas variaciones longitudinales se
contrarrestan, mientras los errores de angularidad se contrarrestan por la flexibilidad
del hule.
Una modificación al acoplamiento de pasador, es el conocido con el nombre de
acoplamiento LOVEJOX o de estrella, y consiste en dos cubos con bridas, montados
en las flechas motriz y conducida con patas salientes o mordazas en las bridas.
Estas mordazas encajan en un elemento central en forma de estrella generalmente
hecho de hule que absorbe pequeños desalineamientos, (ver figura 27).
FIGURA 27.- Acoplamiento lovejoy o de estrella.
1.3.9. c. Acoplamientos flexibles totalmente metálicos.
Un acoplamiento totalmente metálico es aquel que tiene todas sus partes de metal.
La flexibilidad de estos acoplamientos depende de placas metálicas o de resorte,
mien tras que en otros acoplamientos dependen del desplazamiento angular que es
posible hace con dos estrías conectadas con una manga también estriada.
Un caso típico de acoplamiento metálico, es el acoplamiento "FAST" que se
representa en la figura 28. En la cubierta exterior del acoplamiento, se ve que cada
uno de los extremos está provisto de unos engranes con dientes cortados en su
interior, los cuales encajan con los engranes de las mitades motriz y conducida. El

51. 49
movimiento se transmite a través de los dientes de los engranes, mientras que el
movimiento por deslizamiento axial y la capacidad para ligeros ajustes de posición,
se deriva de cierta libertad de acción que existe entre los dos juegos de dientes. Para
evitar que los engranes se peguen (lo que ocasionaría que trabajara como
acoplamiento rígido) se les pone aceite, el cual, baña constantemente los engranes
al circular dentro de la cubierta exterior.
Otro tipo de acoplamiento todo metálico, es el acoplamiento flexible "FALK"
representado en la figura 29.
El cual consiste de dos cubos de acero con bridas y un resorte especial de acero
templado que forma una rejilla cilíndrica completa y una cubierta de acero como tapa.
La periferia de los cubos está ranurada para que se introduzca el resorte. Las
ranuras se ensanchan hacia el interior en forma de arco con la curvatura de tal forma
que los puntos de apoyo se acercan uno a otro al aumentar la carga.
FIGURA 28.- Acoplamiento fast. FIGURA 29.- Acoplamiento FALK.
De hecho, las ranuras están formadas de manera que el esfuerzo en el resorte
permanece constante durante toda la acción de acoplamiento. Para una carga ligera
(ver figura 30), los resortes se acomodan en las ranuras en sus extremos exteriores
con una pequeña superficie de contacto que es la que transmite el movimiento.
Durante la carga normal (B) la superficie en contacto aumenta y la distancia entre los
soportes disminuye. Durante una carga excesiva o sobre-carga, los resortes se
apoyan en toda la longitud de la ranura aumentando al máximo la superficie en
contacto como se muestra en la figura C. Este tipo de acoplamiento está lubricado
con grasa.

52. 50
c
FIGURA 30.- Resorte acoplamiento FALK.
Otro tipo de acoplamiento flexible puede ser el comúnmente conocido como "barra
cardan" o flechas de transmisión flexible. Estas usan juntas universales en cada
extremo de una flecha tubular con una punta ranurada que permite absorber las
variaciones por temperatura que pueda haber entre las unidades motriz y conducida.
FIGURA 31.- Acoplamiento instalado FIGURA 32.- Cubierta estacionaria.
Todos los acoplamientos deben de estar protegidos por unas cubiertas estacionarias
que rodean al cople y que se conocen con el nombre de "guardas", las que
generalmente están hechas de malla o lámina de acero sujetas a la base de la
bomba o a la cimentación de la misma y cuyo objeto es proteger al operador cuando
la máquina se encuentra en servicio.

53. 51
2.0 EMPAQUETADURAS Y SELLOS.
2.1 EMPAQUETADURAS.
Se llaman empaquetaduras o cierres, a ciertos dispositivos cuyo fin es proporcionar
un cierre que reduzca la cantidad de líquido que se pierde por fugas entre una parte
en movimiento y otra fija de un equipo.
No obstante, y cuando las características del líquido que se bombea lo permitan, esa
empaquetadura no está diseñada para crear una total estanqueidad, ya que estas
mismas fugas sirven para lubricar las partes móviles y fijas en contacto.
Las formas más simples de empaquetaduras están formadas por varios anillos de un
material flexible insertados dentro de una cámara circular que se llama caja de
empaquetaduras, figura 33. Un anillo circular que se mantiene mediante pernos
ajustables, ejerce presión contra los anillos, apretándolos fuertemente contra el eje.
Si el líquido que se maneja no es apto para la lubricación, ésta se consigue mediante
un aceite que se suele introducir hacia la mitad de la caja de prensaestopas o de
empaquetaduras y es el que lubrica el eje.
Este aceite cumple uno o más de los siguientes puntos:
a) Como lubricante cuando el líquido bombeado no puede hacerlo
b) Como un medio para limpiar partículas abrasivas.
c) Para eliminar líquidos corrosivos que pudieran fugar
d) Como refrigerador de las empaquetaduras cuando se manejan líquidos
calientes; en este caso el aceite circula y se enfría a fin de ir eliminando
calor.
e) Evita que el aire o agua pueda entrar en la carcasa si la presión en su
interior es inferior a la atmosférica.
En algunas condiciones, el líquido que escapa a través de los anillos de la
empaquetadura, puede hacer las mismas funciones que el aceite de lubricación y
luego es devuelto a la línea de aspiración con lo que se reducen las pérdidas y se
reduce el empuje axial.
Para productos petrolíferos y agua se usan anillos de asbesto grafitado.
Otras veces se emplean metales blandos como plomo o aluminio, o materiales
sintéticos, como plásticos, teflón, caucho.
Para controlar las fugas de empaquetaduras hay que tener en cuenta las siguientes
reglas:

54. 52
FIG 33: Diferentes tipos de cierre con empaquetadura
a) Las empaquetaduras nuevas se hinchan cuando su humedecen o
calientan, por lo que hay que aflojar el casquillo de cierre para
disminuir la presión.
b) No incrementar la presión en la empaquetadura bruscamente,
apretando los pernos del casquillo por igual.
En las plantas de refino, en las petroquímicas y en la mayoría de las químicas, las
empaquetaduras están prácticamente en desuso y sustituidas por cierres mecánicos.
En las plantas donde los líquidos trasegados contienen gran cantidad de partículas
abrasivas (papel, alúmina, etc.) se usan empaquetaduras, ya que bajo estas
condiciones operativas, la vida de los cierres mecánicos se acortaría sensiblemente.
Para evitar el derrame del líquido de la bomba a la empaquetadura, se le inyecta un
líquido, que puede ser exterior al sistema, o mediante recirculación de la descarga de
la bomba, que asegure la refrigeración y lubricación de la empaquetadura en su
contacto con la camisa del eje.
A veces no existe aportación de líquido mediante conexión exterior sobre la caja de
empaquetaduras y simplemente se aprovecha la sobrepresión de la cámara del
impulsor respecto a la atmósfera, dejando escurrir al líquido para que, a través de la
empaquetadura, salga al exterior en forma de gotas, con lo que se restringe el
escape de líquido y se asegura la refrigeración y lubricación de las estopas.
Si el líquido a bombear tiene partículas abrasivas que pudieran dañar a la
empaquetadura y camisa, se utiliza una recirculación intercalando un separador
ciclónico de partículas o se instala una conexión exterior de líquido limpio y
compatible con el líquido bombeado.
Cuando la tensión de vapor del líquido bombeado esté próxima a la atmosférica 0,7
kg/cm2
, si se utiliza recirculación o salida directa restringida del líquido desde la
cámara de la bomba al exterior a través de la empaquetadura, el líquido en su intento
de salir a la atmósfera se calentará sensiblemente, debido al roce de la estopa con el
eje, lo que se traduce en un aumento de la tensión de vapor del líquido que puede

55. 53
superar a la atmosférica, por lo que el carácter lubricante y refrigerante del líquido
quedaría inhibido, ya que pasaría a la fase de vapor; la vida de la empaquetadura se
acortaría prematuramente y la camisa de la empaquetadura sería refrigerada
mediante inyección de agua.
Para conseguir un escape aceptable de líquido, se pueden seguir dos caminos:
a) Instalar pocas estopas y aumentar la tensión sobre el prensaestopas.
b) Instalar un gran número de estopas y someter al prensaestopas a una
baja tensión.
En el primer caso el salto de presión desde la cámara del impulsor a la atmósfera se
realiza con poco número de estopas; si se desea restringir el derrame, habrá que
aumentar sensiblemente el apriete sobre el prensaestopas, por lo que el rozamiento
entre empaquetadura y eje sería muy alto y al cabo de cierto tiempo éste quedaría
muy rebajado como consecuencia del desgaste; la vida de la empaquetadura sería
muy corta.
En el segundo caso el problema apuntado quedaría solventado, pero la longitud de la
caja de empaquetadura sería inviable si el número de estopas es muy elevado, por lo
que hay que llegar a una solución de compromiso instalando un máximo de siete
estopas.
Cuando el líquido a manejar es tóxico o inflamable, interesa colocar un quench
(inyección exterior) en la parte exterior de la caja de empaquetadura que sirve para
arrastrar a zona segura el líquido de goteo que escurre a través de la
empaquetadura.
2.2 SELLOS MECÁNICOS.
Los sellos mecánicos están sustituyendo paulatinamente a los sistemas de
empaquetaduras; su principal ventaja sobre éstas radica en la reducción de las fugas
o pérdidas. Su uso por ahora está limitado para bombas en las condiciones de
temperatura y presión inferiores a 250ºC y 35 kg/cm2
, aún cuando su diseño y
duración van mejorando continuamente.
Los anillos de las empaquetaduras se construyen con diferentes tipos de materiales
según el servicio que deban prestar. Cualquier fuga de un producto que hierva por
debajo de 95ºC se puede perder.
Los productos pesados pueden ir a un sumidero y ser recuperados, pero la solución
más económica es impedir que escapen de la máquina y se pierdan.
Además de las limitaciones de temperatura y presión, los cierres mecánicos solo se
pueden emplear en bombas centrífugas y no en las alternativas. Cuando una bomba
que tenga cierres mecánicos está en reserva, conviene mantenerla a su presión de
aspiración.

56. 54
FIG 34: Cierres mecánicos de una superficie de contacto
La principal desventaja de los cierres mecánicos, figura 34, es su mayor coste inicial
y el hecho de que una vez que empiezan a perder líquido no hay forma de cortar la
fuga.
Para cortarla hay que parar la bomba y la reparación lleva un tiempo mayor que el
que se necesitaría para reparar un cierre de empaquetaduras, por lo que el uso de
cierres mecánicos está justificado sólo cuando se pretenda una reducción de
pérdidas de líquido.
2.2. A. DISEÑO DE CIERRES MECÁNICOS.
Un cierre mecánico consta de un anillo que gira con el eje mantenido por la presión
de un muelle contra anillo o asiento estacionario que suele ser de carbón.
El eje a la salida precisa de unas ciertas tolerancias para evitar fricciones con la
carcasa, por lo que a través del espacio así originado una fracción del líquido
bombeado se va a derramar al exterior, siendo necesaria una cierta hermeticidad
entre el eje y la carcasa, que se consigue mediante el cierre mecánico o la
empaquetadura.
La parte rotatoria del cierre y la estacionaria, tienen unas superficies de contacto
perfectamente pulimentadas para que exista una holgura del orden de cien milésimas
de milímetro. La parte giratoria se suele hacer de acero inoxidable.
Las dos partes se deben mantener siempre muy juntas para evitar la acumulación de
óxidos, polvo, etc.
El cierre, figura 35, consta de dos partes, una fija, solidaria a la carcasa con juntas de
estanqueidad, y otra giratoria solidaria al eje.