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• Luis Castro

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Cómo y porqué fallan las válvulas de los compresores

Las válvulas afectan significativamente la eficiencia operativa y la vida útil de los compresores reciprocantes. Las válvulas se abren y cierran con cada carrera del pistón. Este ciclo se repite alrededor de 900 millones de veces por año para el caso de un compresor que trabaje a una velocidad de 1700 RPM. Es el elemento más critico del compresor. Problemas de operación y fallas en equipos auxiliares o en otras partes del compresor suelen ocasionar daños en válvulas. Por ello no es de extrañar que tengamos problemas con las válvulas, lo sorprendente es que hayan tan pocos. Cuando una válvula falla, el compresor tiene que sacarse de servicio. Por lo tanto, lo que sea que mejore el rendimiento y la duración de las válvulas, mejorará la disponibilidad del equipo y la rentabilidad del producto que comprima.

© HOERBIGER 2008

Las fallas en las válvulas se pueden agrupar en dos causas principales: Por problemas de operación y gas o por causas mecánicas anormales. Puede ocurrir que las válvulas trabajen con: „ „ „ „ „ „ „

Gas corrosivo Partículas extrañas Presencia de líquidos Lubricación inapropiada Formación de depósitos de carbón u otros materiales Temperaturas extremas Presiones extremas

Las válvulas tienen que soportar la acción de esfuerzos mecánicos que pueden afectar su correcto funcionamiento. Fuerzas de tracción, compresión, impacto, torsión, adhesión, abrasión y erosión están presentes y pueden ser causas de las siguientes fallas: „

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Oscilación (“Flutter”) que es el movimiento desparejo durante el cierre y la apertura del elemento de sello (plato o anillo de válvula) Impactos múltiples por exceso de pulsaciones Impactos múltiples y repetitivos por excesos de pulsaciones Retardo para cerrar debido a una muy baja eficiencia

Determinación de causas de fallas en las válvulas Para hacer un diagnóstico apropiado de una falla debe existir un conocimiento adecuado de cómo la válvula funciona: ¿Cuáles componentes se mueven o comprimen en los ciclos de apertura y cierre en un diseño determinado? ¿Dónde debe estar el elemento de sello cuando la válvula se cierra? ¿Cuáles superficies están sometidas a la fricción o a impacto? Un cuidadoso examen de una válvula gastada o rota, permite frecuentemente al experto determinar las causas de una falla prematura.

Examine los registros históricos y podrá comparar patrones de ocurrencia que podrán sugerir la acción correctiva mas adecuada para solucionar un problema.

Confirme el diseño de una válvula: Si tiene duda en el tipo de válvula que usa o quiere comprobar que la misma es la mejor para las condiciones operativas actuales de su máquina, solicite un estudio sin cargo a HOERBIGER. Una corrida de computadora nos indicará rápidamente si las válvulas son las apropiadas a la operación y gas usado.

Inspección de las válvulas:

Los profesionales de los Centros de Servicio HOERBIGER de Latino América, analizan las válvulas buscando determinar las causas de las fallas. Investigan la evidencia física, como ser la presencia de los sólidos y liquidos, la sobre lubricación, el desgaste, el tipo de rotura, etc. Ellos trabajan en estrecha relación con los clientes para determinar en forma conjunta si la falla obedece a problemas de cambios en la operación, mala instalación, practicas de mantenimiento o a una mala selección o error de fabricación. Antes de buscar la solución, es importante analizar a fondo al causa del problema.

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La inspección debe hacerse en un ambiente bien iluminado y limpio, usando un dispositivo para desmontar válvulas. Se deben mantener las piezas juntas y no limpiarlas antes de inspeccionarlas cuidadosamente, ya que podrían perderse importantes pistas. Se debe tratar de relacionar el desgaste de las válvulas con sus horas de operación. Se espera que las válvulas de los compresores operen sin dificultad entre paros programados. Normalmente alrededor de un año. Pero dependiendo de las condiciones operacionales esta frecuencia puede aumentar a 2 o mas años o disminuir hasta unas 2000 horas de operación en casos de muy alta contaminación.

Examine registros de mantenimiento: Mantenga registros sobre la frecuencia y naturaleza de las fallas. Rotular las válvulas con los datos de la fecha de la falla, la ubicación de la válvula en el compresor, las horas de operación, descripción de la falla y causa probable que se sospeche, son prácticas muy buenas de mantenimiento.

Permite además determinar las caídas de presión y pérdidas de eficiencia en las mismas. Los valores teóricos obtenidos de los estudios permitirán determinar si las válvulas instaladas rinden óptimamente o no. Los resultados podrían establecer cambios en: „ „ „ „

“Lift” o carrera de la válvula Diseño del plato o anillo de sello Material y espesor del elemento de sello Cambio de resortes

Si se reduce la carrera de la válvula para solucionar una falla mecánica, también se está reduciendo el área neta de pasaje del gas y aumentando su velocidad. Esto ocasiona un incremento del consumo energético. Pero la reducción del “lift” o carrera disminuye la fuerza de impacto y prolonga la vida útil de la válvula como contrapartida de una menor eficiencia operativa. Un cambio en el material del elemento de sello, en su diseño o en los resortes podría prolongar la vida útil sin sacrificar eficiencia.

Proceso de diagnóstico

Corrosión: Si el gas contiene una alta contaminación corrosiva, deben buscarse

El proceso para determinar la causa de una falla en una válvula comienza descartando que la misma no haya sido mal armada, que tenga maquinados defectuosos o problemas de fabricación.

los daños y según la evaluación reparar o cambiar por piezas nuevas. Ciertos compuestos se vuelven corrosivos sólo con la presencia de humedad en el sistema. O la corrosión puede desarrollarse luego

Mal montaje: Si la falla se debió a un mal

de una parada. Esta humedad combinada

armado, hay que ver si el mismo se debió

con los contaminantes del gas pueden

a un error humano si están realizando el

corroer las válvulas. El análisis de

trabajo con especificaciones incorrectas.

componentes de una muestra del gas, con

Calidad de las reparaciones: Si la válvula

su punto de rocío, puede revelar si estos

reparada rinde menos que una válvula

factores están en juego. La penetración

nueva, es un signo evidente que hay

molecular de hidrógeno en los metales

tareas que no se están realizando

puede volverlos quebradizos.

correctamente. ¿Son las reparaciones

Existen materiales mucho más resistentes

frecuentes?, ¿hay mal acabado de los

a la contaminación y su utilización

mecanizados?, ¿mal armado o utilización

aumentará la vida útil de sus válvulas.

de piezas de calidad no apropiada?

HOERBIGER seleccionará el adecuado

Llevar una válvula reparada a sus

en concordancia con la norma NACE

condiciones originales, requiere seguir

(Asociación Nacional de Corrosión de

cuidadosamente las especificaciones

Estados Unidos de Norteamérica).

del fabricante. El trabajo debe realizarse

Partículas extrañas e impurezas: A pesar de los separadores y filtros, ocasionalmente se introducen partículas extrañas en las válvulas, que afectan su correcto funcionamiento. Durante una reparación de válvulas, se deben examinar los apoyos de los asientos y las superficies donde impacta el plato o anillo de válvula, en busca de materiales extraños. Pueden aparecer hendiduras o marcas pequeñas producidas por partículas que actuaron entre el elemento de sello y el asiento.

en un Centro de Servicio autorizado que cuente con los planos originales. Remecanizar mal las superficies de asiento, no eliminar rebabas, instalar un resorte equivocado, incorrecta profundidad de alojamiento de resortes, tolerancias y acabados diferentes, perjudican la vida útil de la válvula. Los resortes son componentes importantísimos. Controlan la sincronización en la apertura y el cierre de la válvula. HOERBIGER los fabrica en materiales de alta resistencia a la fatiga. No deben alterarse ni cambiarse por otros de menor calidad.

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También hay que asegurarse que los separadores de sólidos y filtros sean los adecuados para contener la cantidad y tamaño de las impurezas que pueda traer el gas desde el proceso o lugar que venga.

Presencia de líquidos: Los golpes de líquidos o la presencia de los mismos en cantidad, son devastadores para las válvulas. Los platos o los anillos de válvula se ven sometidos a fuerzas de pegado que demoran su apertura y cierre, y a impactos muy fuertes, que terminarán produciendo su rotura. El líquido es arrastrado por el gas formando verdaderos bolsones conocidos como “golpe de martillo”. El arrastre de líquidos suele producirse cuando el gas muy saturado, entra en contacto con la pared fría de la camisa del cilindro. En muchos casos para evitar la condensación de líquidos, es suficiente con incrementar en 5 a 8 grados centígrados (1 a 15 ºF) la temperatura del agua de enfriamiento. Con esto se logra que el gas ya no forme líquido al chocar con la camisa. Cuando el líquido entra por la línea de alimentación, se debe entonces controlar el tamaño y diseño de los “scrubers” o separadores de líquidos. Lubricación inapropiada: El exceso de lubricación acorta la vida útil de las válvulas, particularmente las de las válvulas de admisión. Cuando el plato de válvula se pega a la guarda, su cierre se retarda y se produce un impacto excesivamente fuerte. El plato o anillo ya no cierra únicamente con la fuerza del resorte, sino que se le agrega la fuerza del gas, provocando su rotura. El exceso de lubricación se asemeja a la presencia de líquidos y causa los mismos bolsones que la contaminación por agua.

El exceso de lubricación en la válvula de descarga, especialmente si esta expuesta a altas temperaturas, suele crear acumulación de carbón, formando partículas sólidas que dificultan el correcto sellado de la válvula y pueden producir la rotura del plato o anillo de cierre. Los aceites minerales, por su alto contenido en cenizas, tienen tendencia a formar más rápidamente estas partículas que los aceites sintéticos. Acciones mecánicas anormales: Las válvulas bien diseñadas con resortes de fuerza apropiada para el servicio, abrirán y cerrarán sin pulsaciones dañinas. Sin embargo, muchas válvulas no HOERBIGER se diseñan para trabajar en cierto rango de condiciones promedio y no se ajustan perfectamente a la condición particular de la maquina, pudiendo presentar problemas. Fuerza del resorte: La fuerza correcta del resorte depende de una variedad de factores como ser la presión de operación, la velocidad y gravedad especifica del gas. Si se hacen cambios respecto a los parámetros de diseño originales hay que cerciorarse si los resortes y el “lift” o carrera son los adecuados. Analice las supervises donde los elementos de sellado impactan en el asiento o la guarda. Si presentan un acabado semejante a un martillado, esto significa un desgaste producido por impactos múltiples.

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Pulsaciones por presión: Las fluctuaciones de presión en la línea pueden hacer que las válvulas abran y cierren varias veces en un mismo ciclo. El flujo del gas debe pasar por las la cañería, las válvulas, los sujeta válvulas, los orificios de conexión, etc. Esto provoca una distribución despareja del caudal de gas. Puede hacer que en determinado momento el elemento de sello oscile y se mueva en forma despareja. Las válvulas con anillos múltiples no abren y cierran sincronizadamente, recibiendo fuerzas de impacto muy diferentes. Es por ello que suele ocurrir que uno de ellos se quiebre primero que los otros.

En casos de gases con contenido corrosivo, se deben seleccionar los materiales adecuados en las válvulas en guardas, asientos, elemento de cierre y resortes para hacerlos mas duraderos. La lubricación debe ser la adecuada. Contacte a HOERBIGER en caso de duda con la cantidad de lubricación que debe entrar en los cilindros y las cajas de empaquetadura de vástago. „

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Acciones correctivas La simulación computarizada de la apertura y cierre de las válvulas indica el daño potencial que puede ocasionar en una aplicación determinada. Cuando las pruebas de laboratorio son insuficientes, se puede hacer un examen exhaustivo mientras la válvula opera en el cilindro del compresor. Con los equipos de Monitoreo, HOERBIGER puede analizar el rendimiento, comprobar los momentos de apertura y cierre, detectar vibraciones y fugas. Esto permite realizar diagnósticos de falla en campo con una gran precisión. Los programas de mantenimiento preventivo y predictivo, minimizarán las fallas de los equipos y las paradas no programadas. Se pueden mejorar enormemente las condiciones usando separadores apropiados que provean un gas puro y seco al compresor.

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Inspeccione la máquina regularmente mientras esté en operación. Preferentemente con Monitoreo periódico que permite hacer comparaciones de lecturas tomadas en diferentes momentos. Durante las paradas, aproveche para hacer inspecciones de todos los sistemas y piezas. Programe los mantenimientos, el personal y las piezas de recambio apropiadamente. Mantenga buenos registros de mantenimiento.

La parada no programada de un compresor puede ser extremadamente costosa. Además de las pérdidas de tiempo y producción, pueden dañarse piezas muy caras por no efectuar los mantenimientos adecuados y en el tiempo conveniente. El precio de un cigüeñal, un cilindro, un vástago o un pistón, es sustancialmente superior a una reparación de válvulas. No cambie las válvulas solamente cuando se rompen. Recuerden la cantidad de ciclos que trabajan en el año: si una se rompe por fatiga de material, las otras estarán cerca de romperse. Un buen programa de mantenimiento preventivo, basado en ciclos de vida realistas de las válvulas, minimizará las pérdidas de producción y evitará fallas catastróficas.