Análisis de Falla Evaluación de componentes del sello
Análisis de Falla Evaluación de componentes del sello
FSA Knowledge Series
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Este entrenamiento de la “Fluid Sealing Association Knowledge Series” proporciona ejemplos de los daños físicos en componentes de sellos mecánicos y el modo de falla señalado por su condición. Se incluyen evaluaciones de:
▪ Patrones de desgaste en la cara del sello
▪ Revisión de las caras del sello
▪ Degradación de los elastómeros
▪ Falla en los mecanismos de arrastre
Contenido
▪ Patrones de desgaste en la cara del sello
▪ Revisión del desgaste en la cara del sello
▪ Degradación de elastómeros
▪ Falla de mecanismos de arrastre
Patrones de Desgaste en Sellos
Desgaste Normal Huella de desgaste nivelada, centrada, y no mucho más ancha que el ancho de la cara de desgaste (el sello esta funcionando correctamente y en correcta posición respecto al eje)
Patrones de Desgaste en Sellos
Patron de desgaste en la cara
▪ La huella de desgaste es más angosta que la cara de desgaste
▪ Indica una deflexión de la cara resultado en la disminución del contacto en el área de sellado
▪ Causas Posibles:
➢ Resultado del Calor, Presión o geometría en el material de la cara
▪ Soluciones posibles:
➢ Reducir la presión en la cámara del sello
➢ Seleccione un diseño de sello con los limites de presión adecuados
Patrones de Desgaste en las Caras del Sello
Patrón de desgaste ancho
▪ La huella de desgaste es más ancha que la cara de desgaste
▪ Indica el “runout” de eje/manga
▪ Causas Posibles:
➢ Rodamientos desgastados
➢ Manga descentrada
➢ Equipo desalineado
➢ Rodamientos dañados
➢ Deflexión del eje
➢ Eje doblado
➢ Cavitación de la bomba
▪ Soluciones posibles:
➢ Planifique la reparación del equipo
➢ Seleccione un sello diseñado para movimiento radial excesivo
Patrón de Desgaste de la Cara del Sello
Sin patrón de Desgaste
▪ Si no hay evidencia de desgaste en las caras del sello (falta de contacto entre caras) es posible tener altas fugas.
▪ Causas Posibles:
➢ La cara rotativa está atascada y no se ajusta con el asiento, posiblemente debido una instalación incorrecta (Sello de componentes)
➢ El Elemento rotativo no está girando con el eje
▪ Soluciones posibles:
➢ Corregir la instalación
➢ Elimine el deslizamiento del elemento rotativo
➢ Corregir la interferencia entre el elemento rotativo y la cámara de sellado o la brida
Patrón de Desgaste de la Cara del Sello
Patrón de desgaste intermitente
▪ Las caras del sello no están totalmente en contacto/sellado
▪ Indica distorsión de la cara/Fuera de planicidad
▪ Causas Posibles:
➢ Esfuerzos variables en la cara (diseño & cargas operacionales, materiales, etc.)
➢ Planicidad de la cara fuera de especificación
▪ Soluciones posibles:
➢ Asegurar la planicidad de las caras del sello
➢ Revisar la planicidad en la cubierta del equipo
➢ Asegure que la cara estacionaria no este rota y apretar los birlos contra la brida uniformemente,
➢ Considere un diseño de sello con una cara estacionaria de montaje flexible
Patrón de Desgaste en las Caras del Sello
Patrón de desgaste no uniforme
▪ Este ejemplo muestra una huella de desgaste no-concéntrica, donde la cara de desgaste está girando manera excéntrica respecto a la cara estacionaria
▪ Causas Posibles:
➢ Brida descentrada
➢ Cámara de sellado descentrada
▪ Soluciones Posibles:
➢ Realinear el equipo
➢ Revisar el centrado de la Brida
➢ Revisar alguna obstrucción alrededor del sello
Patrón de Desgaste en las Caras del Sello
Patrón de desgaste profundos en cara dura
▪ Indica que la cara de desgaste se entierra sobre la cara de asiento
▪ Causas posibles:
➢ Material de la cara de desgaste muy duro, respecto al material de la cara de asiento
➢ Abrasivos arrastrados por el proceso acumulados entre las caras y pegados en la cara suave
➢ Lubricación inadecuada
▪ Soluciones posibles:
➢ Proporcionar un “flush” adecuado para excluir los abrasivos de la cámara de sellado
➢ Cambiar el diseño del sello (doble vs sencillo)
➢ Usar caras duras
➢ Evitar la cristalización del fluido de sellado
Revisión de la Cara del Sello
Patrón de calentamiento
▪ Indica una pobre lubricación en las caras de sellado
▪ Causas Posibles :
➢ Trabajo en seco posiblemente debida a:
▪ Instalación vertical donde el fluido de sellado no llega a la cámara de sellado
▪ Perdida de flush
▪ Aire acumulado en la cámara de sellado
➢ Pobre lubricación entre las caras de sellado posiblemente debida a:
▪ Vaporización del fluido de sellado
▪ Presiones o velocidades excesivas
▪ Enfriamiento inadecuado
Revisión de la Cara del Sello
Patrón de calentamiento
▪ Soluciones posibles:
➢ Reduzca la temperatura mediante un “flushing” o enfríe la cámara de sellado
➢ Incremente la presión en la cámara de sellado para obtener un margen de presión de vapor mínimo de 175 kpa(25 psi)
➢ Cambiar el material de las caras del sello
➢ Cambiar el diseño del sello
➢ Eliminar el trabajo en seco venteando las instalaciones verticales removiendo el aire acumulado y asegurando que exista presencia de fluido en la cámara de sellado previo al arranque
Evaluación de la Cara del Sello
Cara dura con fracturas
▪ Indica choque/falla térmica o mecánica
▪ Causas posibles:
➢ Choque térmico: un sello operando en seco se calienta y agrieta, o tal vez por un rápido enfriamiento por un flush o proceso en frío
➢ Choque mecánico: Cara sobre cargada posiblemente debido a:
▪ Deslizamiento de la manga sobre el eje
▪ Manga/Cambio de alojamiento en posición relativa posiblemente debido a:
▪ Falla/Movimiento de rodamientos
▪ Crecimiento térmico excesivo
▪ Atascamiento/Limpieza del equipo
Evaluación de la Cara del Sello
Cara dura con fracturas
▪ Soluciones posibles:
➢ Maneje las caras del sello con cuidado
➢ Evite sobre apretar las unidades fijas
➢ Evite trabajar en seco
➢ Proporcione enfriamiento desde el arranque
➢ Cambie los materiales de las caras
Evaluación de la Cara del Sello
Astillamiento de bordes
▪ Indica una falla mecánica del material
▪ Causas Posibles:
➢ “Flasheo” del fluido de sellado, provoca que las caras de abran y cierren entre burbujas/ “Flasheo” del fluido de sellado
➢ Cavitación de la bomba provocada por ajustes inadecuados de la bomba o sistema para el fluido bombeado
➢ Choque del tipo mecánico ocasionadas por vibraciones provenientes de otro sistema
➢ En fuelles metálicos soldados, daño en la puede ser resultado de una oscilación de los anillos del sello
➢ Deflexión del eje
Evaluación de la Cara del Sello
Astillamiento de bordes
▪ Soluciones Posibles:
➢ Regrese el equipo a las especificaciones del fabricante
➢ Evite la cavitación
➢ Enfríe la cámara de sellado y proporcione una presión adecuada en la cámara para evitar “Flasheo”
➢ Cambie los materiales de las caras
➢ Mejore la lubricación de las caras
➢ Use un diseño de sello que incluya un amortiguador de vibración
Evaluación de la Cara del Sello
Desprendimiento de Material
▪ Indica la pérdida del recubrimiento o revestimiento de la cara
▪ Causas Posibles:
➢ Pobre compatibilidad del revestimiento con la base del material de la cara (ejemplo: revestimiento se expande a una tasa diferente que el material base)
➢ Ataque químico
➢ Ataque térmico
➢ Pobre adhesión del revestimiento con la base del material de la cara
▪ Soluciones posibles:
➢ Proporcione el enfriamiento adecuado
➢ Evalúe el cambio de los materiales de las caras
Evaluación de la Cara del Sello
Astillamiento de la cara del sello
▪ Indica que se excedieron los limites de material de los sellos
▪ El desconchado y Astillamiento usualmente ocurre en la cara de desgaste.
▪ La corrosión y el desprendimiento pueden ocurrir en todas las superficies expuestas del anillo del sello
▪ Causas Posibles:
➢ Exceder los limites PV(presión, velocidad, la viscosidad, y tipo de fluido influye en este tipo de falla)
➢ Incorrecta selección del material para las propiedades del fluido
Evaluación de la Cara del Sello
Astillamiento de la cara del sello
▪ Causas Posibles:
➢ Los cambios rápidos de temperatura en el fluido de sellado provocan una rápida descompresión del fluido en los poros de la cara de sellado
▪ Soluciones posibles:
➢ Proporcionar un enfriamiento adecuado
➢ Cambio de materiales
➢ Evite cambios rápidos de temperatura (trabajo en seco) cuando se utilicen fluidos barrera viscosos
Evaluación de la Cara del Sello
Patrón de líneas en la cara del sello
▪ Indica un contacto pobre o nulo entre caras, generando erosión debido al alto flujo a través de las caras y/o presencia de abrasivos en el fluído.
▪ Regularmente se ven en los puntos más cercanos al fluido presurizado, creando espacios entre los anillos del sello cuando se deja el equipo disponible y presurizado
▪ Causas Posibles:
➢ La superficie de soporte del anillo de sello esta desnivelada, provocando distorsión(daño en la superficie, contaminación, torque excesivo en la brida, o la línea divisoria en el caso de las carcasas de bombas axialmente partidas este dispareja)
Evaluación de la Cara del Sello
Patrón de líneas en la cara del sello
▪ Causas Posibles:
➢ La cara rotativa está suelta (fricción en los empaques secundarios, resortes atascados, residuos incrustados, instalación inadecuada (sellos de componentes)
➢ El movimiento del eje excede la capacidad del sello
➢ El sello ha excedido su vida útil, tiene desgaste y no existe carrera de los resortes
▪ Soluciones posibles:
➢ Revisar la superficie del asiento que proporciona soporte a la cara para evitar distorsiones
➢ Corrija otras causas potenciales de separación entre las caras (ver a arriba)
Evaluación de la Cara del Sello
Desgaste Abrasivo
▪ Indica que el fluido de proceso abrasivo está migrando entre las caras
▪ En sellos bi-partidos, podría indicar una desalineación de la separación de la cara rotativa
▪ Causas Posibles:
➢ Falla de la cara resultado de condiciones de “flush” inadecuadas, o trabajo en seco de 2 caras duras
➢ Pérdida de “flush”
➢ Fricción de los empaques secundarios
➢ Atascamiento de los resortes
➢ Residuos incrustados
➢ Materiales de las caras muy suaves
Evaluación de la Cara del Sello
Desgaste Abrasivo
▪ Soluciones posibles:
➢ Elimine los abrasivos mediante el uso de un separador de sólidos si aplica
➢ Use un “flush” externo si el fluído de proceso permite dilución.
➢ Use 2 caras duras
➢ Si el desgaste abrasivo ocurre en las 2 caras duras evite una condición de trabajo en seco a través de un cambio en la operación de la bomba
➢ En sellos bipartidos, la alineación de la cara bi-partida debe ser revisada y ajustada de ser requerido
Evaluación de la Cara del Sello
Erosión de anillo primario rotativo
▪ Es el resultado de un “flush” con contenidos abrasivos el cual se dirige sobre la cara del sello, o a una velocidad excesiva del “flush” que entra en la cámara de sellado. Si la cara del sello está girando, entonces se generará una ranura alrededor. Si el anillo es estacionario, entonces el daño se limitará a un solo punto sobre la circunferencia
▪ Causas Posibles:
➢ La cara seleccionada es muy suave
➢ Pérdida de “flush”
➢ “Flush” inefectivo
Evaluación de la Cara del Sello
Erosión de anillo primario rotativo
▪ Soluciones posibles:
➢ Si el anillo dañado esta hecho de carbón, reemplácelo con material de caras duras si es apropiado
➢ Redirija el “flush” lejos del anillo
➢ Si la causa es velocidad excesiva, entonces agregue orificio para restringir caudal del “flush”, o use una “flush” distribuida
Elastomeros
▪ Los elastómeros pueden ser utilizados como O-Rings, fuelles, tipo bota, empaques y en otros sellos secundarios. Evalúe que no existan las siguientes condiciones:
➢ Hinchazón
➢ Cortes y/o abrasión
➢ Endurecidos y/o rotos
➢ Extruidos
Elastomeros
Hinchazón
▪ Causas Posibles:
➢ Incompatibilidad química
▪ Soluciones posibles:
➢ Seleccione un elastómero que sea compatible con el producto bombeado
Elastomeros
Cortes y muescas en los O-rings
▪ Causas Posibles:
➢ Bordes filososos en el equipo o compenentes del sello
▪ Soluciones posibles:
➢ Retrabaje las superficies de contacto para cumplir con las especificaciones de rugosidad del fabricante del sello
➢ Remueva los bordes filosos y retire todo el material levantado previamente por los prisioneros
➢ De ser posible, cubra temporalmente las secciones roscadas del eje del equipo y provea chaflanes en el eje o manga
Elastomeros
Fuelles elastómeros duros o rotos
▪ Causas Posibles:
➢ Incompatibilidad química
➢ Exceso de calor
▪ Soluciones posibles:
➢ Enfríe la cámara de sellado
➢ Seleccione un elastómero con mayor rango de temperatura
➢ Seleccione un elastómero que sea químicamente compatible con el producto bombeado
Elastomeros
O-ring extruido
▪ Causas Posibles:
➢ Presión excesiva
➢ Temperatura excesiva
➢ Claros muy grandes o fuera de especificación que permiten la extrusión
➢ incompatibilidad química
➢ Exceso de vibración
▪ Soluciones posibles:
➢ Reduzca la presión
➢ Enfríe la cámara de sellado
➢ Utilice un anillo de respaldo
➢ Cambie el diseño del sello o las dimensiones
Elastomeros
O-ring extruido
▪ Soluciones posibles:
➢ Cambie el material del o-ring a uno más duro después de consultar con el fabricante del sello
➢ Seleccione un elastómero que sea químicamente compatible con el producto bombeado
➢ Elimine las fuentes de excesivas vibración
Elastomeros
Deformación permanente por compresión
▪ Causas Posibles:
➢ Exceso de calor
➢ incompatibilidad química
➢ Sobre compresión
▪ Soluciones posibles:
➢ Enfríe la cámara de sellado
➢ Cambie el elastómero
➢ Reduzca la presión
Elastomeros
Daño mecánico y desgaste
▪ Causas Posibles:
➢ Movimiento excesivo
➢ Rugosidad incorrecta en las superficies de sellado
▪ Soluciones posibles:
➢ Elimine la condición de runout
➢ Revise la rugosidad de la superficie del eje o manga
Elastomeros
Ampolla y/o ruptura
▪ Causas Posibles:
➢ Descompresión explosiva (después de un período de servicio bajo altas presiones, si la presión se reduce muy rápidamente los gases atrapados se expanden, explotan y rompen el elastómero
▪ Revise la alineación y condición física del equipo rotativo, instalación, cavitación, niveles de vibración y limites de operación del sello
Mecanismos de Arrastre
Contacto de partes rotativas con componentes
estacionarios
▪ Examine si existe coloración térmica provocada por algún rozamiento sobre los diámetros exteriores, corrosión química y picaduras
▪ Revise la alineación del equipo, sellos y dimensiones de la cámara de sellado, instalación, ajustes de prisioneros, limites de temperatura, acumulación de residuos y niveles vibración
Mecanismos de Arrastre
Corrosión de partes metálicas
▪ La fuente de la corrosión podría ser química o galvánica
▪ Cambie la metalurgia del sello si es necesario
Mecanismos de Arrastre
Fatiga en los resortes producto de movimiento axial indebido o ataque químico
▪ Revise la alineación del equipo
▪ Cambie la metalurgia, diseño de los resortes, o diseño del sello
Mecanismos de Arrastre
Desgaste en pernos de arrastre
▪ Desgaste y/o cortes pueden ser evidentes en las piezas de arrastre, eje o manga
▪ Revise la alineación del equipo, runout de la flecha, vibración y limitaciones de torque en el diseño del sello
Mecanismos de Arrastre
El coquizado es la acumulación de una capa de residuos o lodos del producto de proceso en el lado atmosférico del sello
▪ Resultado de una falla química o térmica de un hidrocarburo utilizado como fluido de sellado a medida que pasa a través de las caras del sello
▪ El coque pueden atascar la unidad de compresión del sello mecánico así como desgastar las caras de carbón; se puede acumular en la carcasa del elemento rotativo y dentro de la brida
▪ Use una lavado a vapor en el lado atmosférico del sello, inyecte de una fuente limpia y a una temperatura adecuada, cambie los materiales de las caras, o cambie de fluido refrigerante con mayores limites de temperatura
