1. Informazioni generali

Le tenute meccaniche frontali sono dispositivi utilizzati per evitare il passaggio di fluido contenuto in un apparecchio attraversato da un albero in rotazione.

La tenuta meccanica frontale è composta da due parti: una vincolata all’albero rotante e l’altra alla parte stazionaria dell’apparecchio contenente il fluido. L’anello rotante e quello stazionario mantengono il contatto grazie al carico meccanico garantito da molle o da un soffietto metallico e dalla spinta idraulica generata dalla pressione del fluido da tenere.

Il dimensionamento degli anelli di tenuta è tale da permettere al fluido di processo di entrare tra le superfici di tenuta stesse, creare un meato liquido tale da raffreddare e lubrificare le stesse.

I motivi per i quali la tenuta meccanica frontale è il dispositivo scelto dai costruttori di pompe rotative e agitatori sono: le tenute meccaniche non necessitano di regolazioni periodiche, non causano usure alla macchina, le perdite fisiologiche sono trascurabili, l’affidabilità nel tempo è superiore ad altri dispositivi, è in grado di operare con limiti operativi molto elevati e superiori ad altri dispositivi di tenuta. La tenuta meccanica frontale è il dispositivo di tenuta standardizzato dalla norma API682 per il mercato dell’oil & gas e dalla norma UNI.

2. Applicazioni e Tipologie di Tenute Meccaniche

Principalmente su pompe rotative centrifughe o volumetriche e sugli alberi di agitatori per evitare che il fluido di processo fuoriesca dall’apparecchio.

Sono tenute meccaniche frontali composte dalla sola unità rotante e quella stazionaria, con alloggiamenti che devono rispettare specifiche dimensioni e tolleranze.

Le tenute a cartuccia funzionano come quelle a componenti ma vengono fornite complete di camicia d’albero e flangia di bloccaggio, facilitando l’installazione e riducendo le possibilità di errori.

Sono le tenute con molle nella parte stazionaria della tenuta, normalmente utilizzate quando le velocità di rotazione sono elevate.

Una tenuta bilanciata ha un rapporto tra superficie di spinta e superficie di strisciamento inferiore a 1, generando meno attrito e calore, limitando la possibilità di evaporazione del meato liquido.

3. Selezione e Configurazione

La pressione, la temperatura, la natura del fluido di processo e la velocità di rotazione dell’albero influenzano il funzionamento della tenuta meccanica.

La tenuta può essere singola, doppia, montata internamente o esternamente, contrapposta o in tandem, con molle rotanti o stazionarie, in base alle condizioni operative, alla natura del prodotto e al tipo di apparecchio su cui deve essere installata.

Entro certi limiti di pressione, temperatura e velocità dell’albero Fluiten è in grado di proporre soluzioni adatte al funzionamento a secco. Oltre questi limiti bisogna prevedere un flussaggio di liquido da fonte esterna. Per evitare la perdita del liquido di flussaggio verso l’atmosfera è necessario installare una seconda tenuta meccanica, l’insieme diventa una tenuta doppia.

Inizialmente la natura del fluido da tenere determina la configurazione (tenuta singola o doppia) più idonea. Il secondo passaggio è la verifica dei parametri operativi: Pressione, Temperatura e Velocità di rotazione dell’albero guidano verso la scelta del modello e dei materiali più adatti all’applicazione. Il terzo passaggio vede la verifica delle dimensioni disponibili e la scelta verso soluzione “a componenti” o “a cartuccia” in relazione alla richiesta del cliente finale o alle norme di riferimento.  La selezione della tenuta viene normalmente effettuata da tecnici specializzati.

Una tenuta bilanciata ha un rapporto tra superficie di spinta e superficie di strisciamento inferiore a 1, generando meno attrito e calore, limitando la possibilità di evaporazione del meato liquido.

4. Manutenzione e Problemi comuni

Si, il meato liquido necessario per la lubrificazione ed il raffreddamento sono causa di possibili gocciolamenti che spesso non sono visibili perché evaporano in atmosfera.

Bisogna selezionare una doppia tenuta per permettere un flussaggio di liquido ausiliario da fonte esterna con pressione maggiore rispetto alla pressione del fluido di processo. In questo modo il meato liquido tra le superfici di tenuta viene creato con il liquido ausiliario detto “barriera”. Le perdite in atmosfera o nel processo saranno quelle del liquido di barriera stesso.

La temperatura tra le superfici di tenuta incrementa in pochi secondi causando deformazioni delle superfici di tenuta surriscaldamento delle guarnizioni secondarie che perdono le proprie caratteristiche di elasticità. Tutto questo causa perdite oltre i limiti fisiologici.

L’assenza o l’instabilità di film liquido tra le superfici di tenuta è la causa principale di failure di una tenuta meccanica. Diversi sono i motivi che conducono verso questa causa (vedi bollettino…). Altri motivi, riconducibili al principale, sono: i materiali non compatibili col processo, tenuta non adatta alle condizioni operative, errore di montaggio, errori legati all’avviamento della macchina, stress meccanici eccessivi e causati dalla macchina o dall’impianto.

Perdita superiore a quella fisiologica (valore indicativo > 2 gocce/min). Eccessivo surriscaldamento della zona in cui la tenuta è installata, rilascio eccessivo di grafite.

Se non gravemente danneggiate, le tenute possono essere riparate, con sostituzione o lappatura delle superfici di tenuta, sostituzione delle guarnizioni secondarie e delle molle o di altre parti metalliche usurate. La riparazione risulta conveniente con tenute di valore tale per cui la riparazione conviene rispetto all’acquisto di una nuova tenuta.

5. Specifiche Tecniche e Normative

È necessaria in caso di elevati limiti di PxV, liquidi vicini alla tensione di vapore, e per applicazioni secondo la norma API682 nel settore Oil & Gas.

È il prodotto tra la pressione del fluido da tenere e la velocità di rotazione dell’albero (bar x m/sec). Con l’aumentare del PxV aumenta il calore generato dalle superfici di tenuta.

Definisce le dimensioni di ingombro delle tenute “a componenti” per alberi da 10 a 100 mm, consentendo l’intercambiabilità tra tenute normalizzate dei vari produttori.

No. Per garantire un perfetto adattamento tra le superfici di contatto, per la formazione del meato liquido, queste devono essere perfettamente piane e con una rugosità molto bassa. L’accoppiamento tra materiali di differente durezza in cui uno dei due con caratteristiche “autolubrificanti” come la grafite permette il perfetto adattamento tra le due superfici. L’utilizzo della grafite tollera inoltre transitori in cui il film liquido per diversi motivi legati alla macchina o all’impianto fosse instabile o assente per brevi periodi. L’utilizzo di due materiali duri non tollera funzionamenti a secco.

Sono configurazioni di supporto che assicurano la pulizia, il raffreddamento e la lubrificazione delle superfici di tenuta, cruciali per il funzionamento e la longevità delle tenute.

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