Inspección visual

Análisis químico

Caracterización morfológica de

las superficies de fractura

Caracterización microestructural

por M.O.

Caracterización por M.E.B.

Caracterización mecánica

La confiabilidad operacional de los equipos usados en la industria petrolera nacional es de gran importancia, por lo que es vital realizar estudios que permitan mejorar el rendimiento de los equipos usados y la vida

útil de sus componentes. Los motocompresores de una planta compresora de gas han manifestado una alta frecuencia de fallas prematuras asociadas a los pernos, causando problemas en las cuotas de entrega de gas de

inyección establecidas; por esto se ha planteado realizar el análisis de falla a los pernos pertenecientes a dos motocompresores de una planta compresora de gas para pozos inyectores.

Para el estudio de falla se realizó una inspección visual a las muestras recibidas; asimismo, un análisis químico a los pernos por medio de la técnica de Espectrometría de fluorescencia por dispersión en la energía de

rayos X y por espectroscopía por dispersión en la energía de rayos X (EDS) acoplado al microscopio electrónico de barrido (MEB); se hizo una caracterización de los pernos haciendo énfasis en la morfología de las

superficies de fracturas, sus características microestructurales por Microscopia óptica y de Barrido; y por último, la determinación de la dureza de los pernos se realizó mediante ensayos de indentación Rockwell C.

Los resultados del análisis de falla de los pernos evidenciaron que algunos de ellos fracturaron mediante un proceso de fatiga (Fig. 3) mientras que los restantes fallaron por sobre-carga; asimismo, según la norma

ASTM E45 los aceros de la mayoría de los pernos presentan un nivel de inclusiones inaceptable (Tabla 1), ya que estos pueden actuar como concentradores de esfuerzos promoviendo la falla de los pernos. El análisis del

perno 1 (acero de grado “B6”) revela que el mismo presenta diferencias microestructurales respecto a las especificaciones para este tipo de acero en la norma ASTM A193/A193M, la microestructura obtenida fue de

partículas posiblemente de carburos de cromo en una matriz de ferrita (Fig. 4), lo cual podría indicar que el tratamiento térmico no fue adecuado; esta microestructura es proveniente de un mal proceso de fabricación, ya

que para obtener esta microestructura se deben alcanzar temperaturas superiores a las alcanzadas durante el servicio del perno; los pernos restantes presentaron un microestructura de martensita revenida típica de los

aceros usados para este tipo de equipos (Fig. 5). No obstante, el acabado superficial de los pernos no es el adecuado, ya que presentaron marcas de deformación que pueden ser producto de su proceso de fabricación o de

su instalación, como es el caso del perno 1, el cual presentó algunas hendiduras (surcos) en su superficie (Fig. 2), estos surcos también pueden actuar como concentradores de esfuerzos promoviendo el crecimiento de una

grieta a partir de este. A través del análisis químico se observa que los aceros de los pernos usados en los motocompresores no tienen la misma composición química, lo que corrobora que las diferencias en los marcajes

en las cabezas de los pernos implica una diferencia en los tipos de aceros (Tabla 2).

A. A. González1*, Y. Peña2, Y. Y. Santana1

1Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales, Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela, Caracas 1042-A, Venezuela.

2Gerencia de Materiales y Confiabilidad Operacional de PDVSA-INTEVEP

*airamgonzalezr@gmail.com

Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales

Departamento de Metalurgia Física

ANÁLISIS DE FALLA A LOS PERNOS PERTENECIENTES A DOS MOTOCOMPRESORES DE UNA PLANTA COMPRESORA

DE GAS PARA POZOS INYECTORES

Metodología del análisis

Resultados del estudio de falla

Tabla 2: Composición química de los aceros de los pernos (Espectrometría de fluorescencia por dispersión en la energía de rayos X y EDS-MEB)

Conclusiones y recomendaciones

El mecanismo de falla de los pernos pertenecientes a los dos motocompresores está relacionado con el inicio

de defectos (grietas) desde la superficie de cada perno, que se generaron por cargas cíclicas durante el

servicio de los motocompresores. Las cargas cíclicas de tensión, compresión y/o flexión que actúan en el

sistema produjeron el crecimiento de estas grietas, este fenómeno se conoce como fatiga, y éstas se

propagaron en la dirección transversal de los pernos ocasionando su fractura.

La diversidad de los aceros, con diferentes resistencias, de los pernos puede ser una de las causas que produjo

la falla recurrente en los motocompresores.

La condición superficial de los pernos promueve el crecimiento de grietas en la superficie de ellos.

Primero fallaron los pernos con microestructura inadecuada por un proceso de fatiga y posteriormente

fallaron los pernos restantes por sobre-carga.

Se recomienda garantizar la calidad de los pernos antes de su instalación.

Una vez seleccionado el grado de perno adecuado asegurarse que todos los pernos instalados correspondan a

este grado. Utilizar un solo tipo de perno para que no ocurra falla por el menos resistente, y el proceso de

fatiga sea igual en todos , y así la distribución de esfuerzos y resistencia sea homogénea.

Realizar periódicamente una inspección y supervisión de los motocompresores para detectar discontinuidades

en sus componentes que puedan influir en el desbalance de las cargas en todo el equipo.

Fig. 5: Fotomicrografías de los

pernos 3, 4, 7, 8, 9, 11 y 12. Se

observa Martensita revenida.

Reactivos de ataque: Nital al 2%

(a, c, d, e y f) y Vilella (b y g).

Fig. 2: Fotomicrografía por

M.E.B. del perno 1 donde se

evidencia un surco sobre su

superficie.

Fig. 3: Superficie de fractura de algunos los pernos: a y h, perno 1 y 8, respectivamente, observado con M.E.B. b,c,d,e,f,g,i,j y k;

perno 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10 y 11, respectivamente, observado con lupa estereoscópica.

Fig. 1: Tipos de marcajes en

las cabezas de algunos los

pernos.

a

f

e d c b

g

Resumen

a

j

Tabla 1:

Clasificación de los

aceros de los pernos

según la norma

ASTM E45

Fig. 4: Fotomicrografía por M.E.B. del perno 1, microanálisis químico general

(E.D.S.), a) sobre la matriz; b) sobre los precipitados.

b c d e f

g h k i

(a) (b)