Tenuta meccanica doppia: cos’è e quando serve utilizzarla

Le tenute meccaniche doppie sono progettate per garantire la massima sicurezza di tenuta. Le tenute meccaniche doppie infatti eliminano virtualmente qualsiasi perdita di fluido o di gas in pompe o miscelatori.

Le tenute meccaniche doppie forniscono un livello di sicurezza (garantendo zero emissioni) che non è possibile avere con tenute meccaniche singole. Ciò è essenziale quando si pompano o miscelano sostanze pericolose o tossiche. Le tenute meccaniche doppie sono ormai diventate un must-have per alcune applicazioni in molti paesi del mondo. Queste tenute infatti sono sempre più utilizzate dalle aziende per soddisfare gli obiettivi ambientali specifici o requisiti di emissioni. Una tenuta meccanica doppia correttamente installata consente inoltre un controllo pressoché completo dell’ambiente operativo della tenuta e garantisce un film lubrificante tra le facce di tenuta. Questo fattore da solo può incrementare notevolmente la durata della tenuta.

Come funziona una tenuta meccanica doppia

Una tenuta meccanica doppia presenta due tenute primarie con un fluido di barriera o tampone tra le due tenute. Ogni tenuta primaria consiste generalmente in una faccia stazionaria più morbida (es. carbo-grafite) ed una faccia rotante realizzata in materiale duro (es. ceramica o silicio). Questa conformazione permette l’usura della faccia stazionaria (quella più morbida) mantenendo l’integrità della faccia dura durante il servizio.

Quando utilizzare una tenuta meccanica doppia

I produttori di pompe e di tenute meccaniche raccomandano l’utilizzo di tenute meccaniche doppie per diversi motivi:

• Impedire che un prodotto pericoloso possa raggiungere l’atmosfera ed inquinare l’ambiente
• Evitare le perdite di un fluido di processo costoso
• Massimizzare la vita della tenuta meccanica mantenendo un film lubrificante tra le facce di tenuta
• Isolare la tenuta meccanica dall’ambiente esterno
• Fornire un’alternativa quando il fluido di processo non fornisce una lubrificazione stabile e affidabile delle facce di tenuta (es. in presenza di gas, fluidi ad alta viscosità, fanghi abrasivi o fluidi che possono cristallizzare o solidificarsi)
• Creare una tenuta di sicurezza nel caso fallisca la tenuta interna
• Evitare la contaminazione del fluido di processo se dovesse fallire una delle tenute.

Controllo completo dell’ambiente circostante la tenuta

Per prolungare la vita di qualsiasi tenuta, bisogna controllare il film lubrificante che entra in contatto con la faccia di tenuta. Questo stabilisce l’ideale lubrificazione, temperatura e pressione. Una tenuta meccanica doppia permette di controllare tutti questi fattori.

Una tenuta meccanica doppia richiede un fluido tra la tenuta interna e quella esterna. Ogni tenuta doppia deve essere installata con un sistema di controllo ambientale ed un sistema di supporto che introduca un fluido di barriera o tampone tra le tenute primarie. Questo fluido è tipicamente trasportato da un serbatoio (barilotto) per raffreddare e lubrificare le facce di tenuta. L’uso di misuratori livello e pressione sui barilotti è indispensabile per il contenimento e la sicurezza.

A seconda delle pressioni e del tipo di tenuta doppia, un sistema di supporto può essere utilizzato per:

• Controllare la temperatura di esercizio della tenuta meccanica
• Fornire la lubrificazione e/o un fluido pulito tra le facce di tenuta (diverso dal fluido di processo)
• Isolare la tenuta meccanica dalle condizioni atmosferiche
• Controllare la caduta di pressione che si verifica tra le facce di tenuta.

Il fluido può anche essere usato per rimuovere il calore generato per attrito o per la temperatura del fluido di processo. Può essere utile per prevenire problemi di cavitazione ed il funzionamento a secco. Il corretto set-up del fluido può anche dirigere efficacemente il carico idraulico verso la tenuta interna o esterna per soddisfare esigenze operative ed aumentare la durata della tenuta meccanica.

Fluido di barriera vs. Fluido tampone

Ci sono due modalità di funzionamento tra cui scegliere:

1. Fluido di barriera: La pressione del fluido è 1-2 bar superiore alla pressione del fluido pompato

• Utilizzato quando il fluido di processo è altamente pericoloso ed un fallimento della tenuta meccanica primaria potrebbe mettere in pericolo il personale o l’ambiente
• Sostituisce il fluido di tenuta tra la tenuta interna e quella esterna lubrificando le facce di tenuta

2. Fluido tampone: La pressione del fluido è inferiore alla pressione del fluido pompato

• Utilizzato se la contaminazione del fluido di processo è inaccettabile e se il fluido di tenuta fornisce un’adeguata lubrificazione tra le tenute primarie.

Utilizzare un fluido di barriera per:

• Evitare che il fluido di processo possa attraversare le facce di tenuta (soprattutto nelle operazioni slurry, ovvero con materiale abrasivi)
• Prevenire che il fluido di processo diventi appiccicoso generando problemi alle facce di tenuta durante l’avviamento
• Evitare che il fluido di processo possa vaporizzare attraverso le facce di tenuta
• Impedire al fluido di processo di danneggiare le facce della tenuta meccanica interna
• Lubrificare sia la tenuta interna che quella esterna

Spostarsi verso un fluido tampone per:

• Evitare perdite in atmosfera o ambiente circostante
• Evitare che il fluido di processo subisca contaminazioni
• Ridurre lo stress operativo della tenuta interna
• Identificare la possibile rottura della tenuta durante il funzionamento
• Lubrificare le facce interne della tenuta (mentre il fluido di processo lubrifica le facce di tenuta esterna).

Quale fluido scegliere

Esistono una varietà di possibilità per il fluido di barriera o tampone, ma il fattore chiave è la compatibilità con i fluidi pompati.

I fluidi che si possono utilizzare rientrano nelle seguenti categorie:

• soluzioni acqua e glicole
• oli idraulici e lubrificanti a base minerale
• oli idraulici e lubrificanti a base sintetica
• fluidi refrigeranti
• una diluizione del fluido di processo o il fluido di processo stesso

Affronteremo come selezionare il miglior fluido in uno dei prossimi post.

Configurazioni tenuta meccanica doppia

Le tenute meccaniche doppie sono disponibili sia in versioni rotanti che stazionarie.

Ci sono tre configurazioni tipiche:

• Back-to-Back: configurazione utilizzata per applicazioni generali
• Tandem (a volte indicato come ‘Face-to-Back): fornisce maggiore sicurezza nel caso dovesse fallire una tenuta
• Face-to-Face: Stazionaria - sempre meno utilizzata

Non ci sono regole precise per la giusta configurazione di una tenuta meccanica doppia. È qui che gli obiettivi ambientali e di affidabilità della vostra azienda entrano in gioco e dove l’esperienza di uno specialista o del produttore delle tenute può essere preziosa

Per concludere questo articolo, la tenuta meccanica doppia non ha eguali in termini di sicurezza, operatività, assenza di perdite ed emissioni e Life-Cycle Cost (LLC).

Articolo originale in inglese a cura di David Caldwell, A.W. Chesterton Global Product Line Manager