Defectos de sellado en maquinaria rotativa: guía práctica
Defectos de sellado son los daños, el desgaste o los fallos absolutos que afectan a los componentes de estanquidad cuya función es mantener el lubricante dentro y los contaminantes fuera de la maquinaria rotativa. Las familias más comunes son los cierres de labio (cierres radiales de eje), los cierres frontales mecánicos, los cierres laberínticos y las juntas tóricas, y sus defectos se manifiestan en forma de fugas de aceite o grasa, entrada de suciedad y humedad, aumento de la fricción y el calentamiento y, en algunos casos, contribución a la corrosión. vibración por rozamiento o inestabilidades transmitidas por fluidos. Las juntas pueden parecer piezas menores, pero su fallo conlleva graves consecuencias: la pérdida de lubricación provoca una rápida fallo del rodamiento, la contaminación se acelera desgaste, en las bombas de proceso, un fallo del cierre puede significar una pérdida de producto, una liberación al medio ambiente o un auténtico riesgo para la seguridad.
1. Por qué las juntas importan más de lo que parece
Una junta es el límite del sistema de lubricación y, en la maquinaria de proceso, el límite de contención. Como es pequeña y barata en relación con el rotor o los rodamientos que protege, es fácil pasarla por alto; sin embargo, muchas averías de rodamientos no empiezan en el rodamiento, sino en la junta que debía protegerlo. Tratar el estado de la junta como parte integrante de monitorización de condición, en lugar de un consumible que hay que sustituir después de que se produzcan fugas, es una de las ventajas de fiabilidad más baratas que existen.
2. Tipos comunes de juntas y sus defectos
Retenes de labio (retenes radiales de eje)
Juntas elastoméricas con un labio flexible que entra en contacto con el eje giratorio.
Defectos comunes:
- Desgaste del labio: La fricción desgasta gradualmente el material del labio hasta que se pierde el contacto de estanquidad.
- Endurecimiento: El calor o el envejecimiento endurecen el elastómero, restando flexibilidad y conformabilidad al labio.
- Agrietamiento: Las grietas se forman en el labio por la edad, el ataque químico o el exceso de descentramiento del eje.
- Desgarro labial: daños por una instalación torpe, defectos del eje o vibraciones excesivas.
- Pérdida del muelle anular: el pequeño muelle que mantiene el contacto del labio se rompe o se cae.
Síntomas: fugas de aceite o grasa en la salida del eje, contaminación visible en la zona del rodamiento, aumento de la temperatura del rodamiento a medida que se pierde lubricante y aumento de la vibración del rodamiento a medida que la contaminación se asienta.
Juntas frontales mecánicas
Se utilizan en bombas y aplicaciones de alta presión, con dos caras lapeadas de precisión que giran una contra otra.
Defectos comunes:
- Desgaste de las caras: las caras de contacto se desgastan y aumentan las fugas.
- Daños en las caras: arañazos, astillas o grietas térmicas en las caras de sellado.
- Fallo de la junta tórica: las juntas secundarias se deterioran.
- Fallo del muelle: los muelles que proporcionan la presión frontal se rompen o debilitan.
- Coquización y depósitos: la acumulación de material impide el contacto adecuado de la cara.
Síntomas: fugas visibles en la junta, emisión de vapor o vaho al sellar fluidos calientes, ruido de chirrido por el contacto de la cara, alta temperatura de la junta y vibración por inestabilidad del contacto de la cara.
Juntas laberínticas
Juntas sin contacto muy utilizadas en turbinas y compresores.
Defectos comunes:
- Desgaste de los dientes: dientes laberínticos desgastados o rotos por los roces.
- Aumento de la holgura: el desgaste o el crecimiento térmico abren la holgura y erosionan la eficacia de la estanquidad.
- Frotamientos: El contacto por vibración excesiva o movimiento del eje daña los dientes.
- Depósitos: la acumulación de carbono o cal altera las holguras.
Síntomas: aumento de las fugas medible como pérdida de caudal o de presión, disminución de la eficacia por fugas internas, vibraciones por rozamientos que en algunos casos pueden desencadenar remolino de vapor, y pruebas físicas de contacto, como marcas de desgaste o decoloración por calor.
Juntas tóricas y juntas estáticas
- Deformación remanente por compresión: deformación permanente por compresión sostenida.
- Ataque químico: Los fluidos incompatibles degradan el elastómero.
- Extrusión: la junta tórica se sale de su ranura bajo presión.
- Daño térmico: envejecimiento por calor, endurecimiento y agrietamiento.
3. Causas del fallo de las juntas
Desgaste normal
- Las juntas de contacto tienen una vida limitada que se rige por el desgaste por fricción.
- La vida útil típica del retén es de unas 5.000-20.000 horas de funcionamiento.
- La vida útil del cierre mecánico es de unas 10.000-50.000 horas, dependiendo de la aplicación.
- El índice de desgaste depende del acabado de la superficie del eje, la velocidad y la lubricación.
Daños en la instalación
- El labio de la junta se ha cortado o dañado durante el montaje.
- La junta no está bien asentada en su alojamiento.
- Los defectos de la superficie del eje desgarran el labio de la junta.
- La contaminación se introduce durante el montaje.
Condiciones de funcionamiento
- Excesiva excentricidad del eje: excentricidad o vibración más allá de la capacidad de la junta.
- Alta temperatura: degrada los materiales elastoméricos.
- Incompatibilidad química: los fluidos de proceso atacan el material de la junta.
- Entorno abrasivo: Las partículas dañan las caras de las juntas.
- Funcionamiento en seco: La pérdida de lubricación de la junta provoca un rápido desgaste.
Problemas mecánicos
- Vibración excesiva de desequilibrio o desalineación.
- Defectos del eje como arañazos o estrías que mordisquean el labio de la junta.
- Fallo del rodamiento que permite un movimiento excesivo del eje.
- Crecimiento térmico que perturba el ajuste de la junta.
4. Detección de defectos de sellado
Indicadores visuales
- Fuga: aceite, grasa o fluido de proceso visible en la junta.
- Tinción: decoloración alrededor de la junta por filtración.
- Goteo: acumulación de fugas activas debajo del equipo.
- Nebulización: una fina pulverización por fuga de la junta de alta presión.
Indicadores operacionales
- Pérdida de lubricante: necesidad recurrente de rellenar aceite o grasa.
- Contaminación: suciedad o humedad en análisis de aceite muestras.
- Problemas con los rodamientos: Desgaste prematuro de los cojinetes debido a contaminación o pérdida de lubricante
- Aumento de temperatura: calentamiento de los rodamientos por lubricación inadecuada.
Efectos de la vibración
- Los roces de las juntas pueden crear vibraciones inducidas por la fricción.
- Los componentes de alta frecuencia surgen del contacto de las juntas.
- En casos graves, subsincrónico La inestabilidad de la junta genera vibraciones.
- Los efectos secundarios incluyen la vibración de los rodamientos por contaminación o pérdida de lubricación.
Los síntomas de vibración son sutiles y de banda ancha, en lugar de estar ligados a una única línea nítida, por lo que son más útiles leídos en comparación con un equipo en buen estado base en un espectroun aumento progresivo en la región de alta frecuencia o subsincrónica, en lugar de un salto a 1×, es la firma típica relacionada con las juntas.
5. Consecuencias del fallo de la junta
Efectos inmediatos
- Pérdida de lubricante que requiere reposición frecuente.
- La entrada de contaminación degrada el lubricante restante.
- Pérdida de producto o liberación al medio ambiente en las juntas de proceso.
- Riesgos de seguridad por suelos resbaladizos o liberación de materiales tóxicos
Daño secundario
- Fallo de rodamiento: Una lubricación inadecuada o la contaminación destruyen los rodamientos.
- Desgaste acelerado: La contaminación abrasiva acelera el desgaste en todas partes.
- Corrosión: la entrada de humedad provoca óxido y corrosión.
- Enganche daños: El lubricante en aerosol contamina los elementos de acoplamiento elastoméricos.
6. Prevención y mantenimiento
Selección adecuada
- Elija un tipo de junta adecuado a la aplicación: su presión, temperatura, velocidad y entorno químico.
- Utilice el tamaño y la especificación de junta correctos.
- Respetar el requisito de acabado de la superficie del eje, normalmente por debajo de 0,8 µm Ra para juntas de labio.
- Adapte el elastómero al fluido y a la temperatura (nitrilo, Viton, PTFE, etc.).
Prácticas de instalación
- Limpie todas las superficies antes del montaje.
- Utilice herramientas de instalación adecuadas: instaladores de juntas, nunca martillos.
- Lubrique los labios de la junta antes del montaje.
- Proteja el labio mientras lo desliza sobre el eje, utilizando un manguito de instalación.
- Verifique la escuadría y el correcto asentamiento.
Prácticas operativas
- Mantener una buena Equilibrado y alineación para reducir el movimiento del eje y las vibraciones.
- Mantenga las temperaturas de funcionamiento dentro de la clasificación de la junta.
- Asegúrese de que la lubricación llega realmente a la junta.
- Evite contaminar la zona de sellado con materiales incompatibles.
Sustitución preventiva
- Sustituya las juntas durante el mantenimiento programado en lugar de esperar a que fallen.
- Los intervalos de sustitución habituales son de dos a cinco años, o según la recomendación del fabricante.
- Coloque siempre juntas nuevas cuando abra un alojamiento de rodamientos.
- Guarde los kits de juntas en el inventario de piezas de repuesto.
7. Consideraciones especiales
Equipos de alta vibración
- Un movimiento excesivo del eje destruye rápidamente las juntas.
- Para lograr una vida útil aceptable de la junta, es necesario abordar la causa principal de las vibraciones.
- Las juntas de alta resistencia o con muelle ayudan en aplicaciones de alta vibración.
Entornos extremos
- Alta temperatura: Utilice elastómeros de alta temperatura o sellos mecánicos.
- Abrasivo: colocar manguitos protectores del eje y juntas del expulsor para excluir las partículas.
- Corrosivo: utilizar materiales resistentes a los productos químicos y superficies revestidas.
- Vacío: utilizar juntas especiales de baja emisión de gases.
8. Resolución de problemas con las juntas
Fallo prematuro del sello
Áreas de investigación:
- Verificar el estado de la superficie del eje: rugosidad, arañazos, corrosión.
- Compruebe la excentricidad del eje, ya que una excentricidad excesiva mata las juntas rápidamente.
- Mida los niveles de vibración, ya que una vibración elevada acorta la vida útil de la junta.
- Confirme que la temperatura de funcionamiento está dentro de la clasificación de la junta.
- Comprobar la incompatibilidad química.
- Examine las prácticas de instalación utilizadas.
- Compruebe que el tipo y el tamaño de la junta son correctos para el servicio.
Fuga persistente
Posibles causas y soluciones:
- Daños en el eje: una ranura desgastada en el lugar de la junta → repare el eje o monte un manguito de reparación.
- Descentramiento excesivo: Excentricidad del eje → corregir la excentricidad o utilizar un sello de mayor capacidad
- Orientación incorrecta: la junta colocada al revés → vuelva a instalarla correctamente.
- Labio dañado: Daños en la instalación → sustituir y utilizar la técnica adecuada
- Presión incorrecta: presión superior a la clasificación de la junta → utilice una junta clasificada por presión o reduzca la presión.
9. Problemas de vibración relacionados con las juntas
Fricción e inestabilidad del sello
- Las juntas de contacto pueden generar fricción stick-slip.
- Puede contribuir a vibraciones o ruidos de baja frecuencia.
- Las juntas de funcionamiento en seco son especialmente propensas a las vibraciones por fricción.
- Los sellos sin contacto (laberinto) pueden crear inestabilidades aerodinámicas.
Fricción del sello
- El movimiento excesivo del eje hace que la junta entre en contacto duro con el eje.
- El contacto genera calor y daña la junta rápidamente.
- El calentamiento asimétrico puede producir curvatura térmica del eje en el eje.
- El resultado suelen ser vibraciones y ruidos de alta frecuencia, un pariente cercano del roce del rotor.
10. Impacto en la fiabilidad de la máquina
Integridad del sistema de lubricacion
- Las juntas son el límite crítico del sistema de lubricación.
- El fallo del sello provoca la pérdida de lubricante y la entrada de contaminantes.
- El resultado es un rápido deterioro de los rodamientos.
- Esto puede provocar un fallo total de la máquina.
Protección ambiental
- Las juntas evitan las fugas de fluidos de proceso de bombas y compresores.
- Los fallos pueden causar contaminación ambiental.
- Los materiales tóxicos o inflamables plantean graves problemas de seguridad.
- Las fugas pueden crear problemas de cumplimiento de la normativa.
11. Tecnologías modernas de sellado
Diseños avanzados
- Juntas multi-labio: varios labios de sellado para mayor redundancia.
- Sellos del expulsor: La acción centrífuga aleja los contaminantes de la junta.
- Cierres magnéticos: un fluido magnético mantenido en su lugar por un campo magnético.
- Juntas de gas seco: juntas sin contacto para compresores de alta velocidad.
- Juntas de cartucho: unidades premontadas que simplifican la instalación.
Monitorización de condiciones
- Sistemas de detección de fugas del sello.
- Control del flujo de líquido de lavado en cierres mecánicos.
- Control de la temperatura en la ubicación del sello.
- Control de vibraciones para detectar a tiempo problemas relacionados con las juntas.
12. La conexión de vibración en la práctica - y el Balanset-1A
Lo más eficaz que puede hacer un equipo de mantenimiento para prolongar la vida útil del retén es mantener el eje en reposo. Dado que la mayoría de los fallos prematuros de los retenes se deben a un movimiento excesivo del eje debido a desequilibrio, desalineación o rodamientos desgastados, el control de esas causas de fondo protege la junta de forma mucho más fiable que la mejora de la propia junta. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A permite al técnico confirmar sobre el terreno si las vibraciones se sitúan dentro de unos límites aceptables. gravedad banda, y cuando se detecte un desequilibrio, corregirlo in situ mediante equilibrado de campo el rotor en sus propios cojinetes, eliminando la misma excitación que estaba destruyendo la junta. Junto con el análisis del aceite y el control de la temperatura de la junta, la medición de las vibraciones cierra el bucle entre una junta con fugas y el fallo mecánico que la ha provocado.
Los defectos de las juntas, aunque a menudo se pasan por alto junto a los problemas de los rodamientos o los rotores, tienen un efecto decisivo en la fiabilidad de la maquinaria. Una selección adecuada, una instalación cuidadosa y una sustitución preventiva, combinadas con la eliminación de las causas principales de los fallos prematuros, como la vibración, el descentramiento y la contaminación, permiten a las juntas desempeñar sus funciones esenciales de retención del lubricante y exclusión de la contaminación a lo largo de toda su vida útil.
