API 687: Capítulo 0, Sección 10 - Inspecciones (ITP, PMI y Dureza)

La primera declaración en la Sección 10 es una “Declaración de Propósito”, y tengo algunos problemas con ella porque contiene la palabra “debería”. Las declaraciones de propósito pretenden ser una declaración de intenciones clara y definitiva y no contienen palabras como "debería".

Esto es lo que dice la RP 687: “El propósito de una inspección DEBE ser permitir una representación precisa del estado de…”

No puedo aceptar esto. Esta declaración no es una recomendación ni una guía. Es una declaración de propósito. Así que voy a ser purista e insistir y dejar las cosas claras.

El propósito de una inspección ES permitir una representación precisa del estado del conjunto o componente.

Para que me crean, hice traducir mi versión de la declaración al lenguaje Yoda:

"Permitir una representación precisa del estado del conjunto o componente, el propósito de una inspección es".

Ok, me alegro de que hayamos superado eso. Luché durante dos semanas sobre cómo superar esa frase.

La importancia de la limpieza y las inspecciones

La Sección 10 ofrece pautas generales principalmente sobre limpieza y preparación de piezas para inspecciones.

Un punto en el que insiste el documento es que el propietario del equipo comunica claramente y establece requisitos para presenciar las inspecciones.

Recuerden, desmontar una máquina e inspeccionarla es lo mismo que hacer que un equipo de ingenieros forenses estudie la escena de un crimen.

Ambos aplicarán principios de ingeniería y métodos científicos para investigar y analizar evidencia física relacionada con un incidente.

El proceso de desmontar cosas e inspeccionarlas puede ser un proceso perturbador, lo que significa que afecta el estado de la escena del crimen.

A menudo, algunas inspecciones sólo se pueden realizar correctamente una vez.

Por ejemplo, si se quita un acoplamiento pero su condición no se documentó adecuadamente antes de quitarlo, no hay forma de volver a colocarlo con certeza de que representará la condición real que tenía.

Los procesos de remoción a menudo requieren la aplicación de calor y fuerza que alteran la condición de un conjunto o pieza, y ese “efecto” no se puede deshacer.

Entonces, mide dos veces y retira una vez.

Una gran herramienta que vincula el concepto de realizar inspecciones y control de calidad se llama Plan de Inspección y Pruebas o ITP.

Los ITP se mencionan tres veces en API RP 687. De hecho, todas las menciones ocurren en el Capítulo 0: una vez en la Sección 15, cuando el documento sugiere pautas sobre lo que se debe incluir en una propuesta de inspecciones; y dos veces en el Anexo J, donde el documento sugiere los requisitos generales de planificación de una interrupción.

La próxima vez que se revise el documento RP 687 debemos sugerir que se ponga más énfasis en la importancia y utilidad de los ITP. Dado que la mayoría de las instancias y métodos de inspección son conocidos y prescritos por API RP 687, podríamos incluso proporcionar una plantilla general.

Pongo tanto énfasis en los ITP por dos razones:

1. Primero , si el plan de prueba está escrito, se puede comunicar fácilmente entre todas las partes. Esto significa que todas las partes pueden revisar y acordar y evitar sorpresas.

2. En segundo lugar, dentro del ITP, un propietario puede especificar puntos de retención y testigos. Y una vez más, como se trata de un documento, se puede comunicar y acordar y observar mutuamente.

Muchas veces, en mi carrera, me he encontrado con clientes que estaban insatisfechos con el hecho de que se perdieron una inspección o no pudieron ver algo que querían que se hiciera en sus equipos.

Los propietarios deben recordar que una vez que se suelta el taller y se libera el trabajo, los mecánicos quieren llevarlo todo hasta el último tornillo y tuerca.

Por lo tanto, es extremadamente importante dar a conocer los deseos de los puntos de retención y de los puntos testigo.

Los talleres deben recordar que los ingenieros de equipos del propietario pueden haber estado esperando años a que se realice una revisión para poder finalmente estar presentes cuando se desmonte el equipo y ver las cosas por sí mismos.

No hay nada más triste para un ingeniero que haber perdido la oportunidad de ver una máquina desarmada.

Entonces, con suerte, en la tercera edición de API RP 687 habrá más énfasis en el uso de ITP.

El documento continúa con un conjunto de recomendaciones para dos subcomponentes que son importantes y merecen cierta discusión.

Acoplamiento y Sellos de Gas Seco.

Ambos componentes deben ser retirados e inspeccionados por un proveedor calificado.

Los acoplamientos son componentes hermosos y subestimados en equipos rotativos. A menudo se retiran en el campo, se comparten entre múltiples rotores y son componentes altamente estresados que brindan una función única.

Podríamos pasar días discutiendo diseños de acoplamientos o explorando API STD 671 “Acoplamientos de propósito especial para servicios de la industria del petróleo, la química y el gas” , pero la razón principal por la que se mencionan aquí los acoplamientos es por el acoplamiento hidráulico cónico.

Estos acoplamientos generalmente se encuentran en compresores, y lo que debes saber es que toda la transmisión de potencia y torque que va desde el motor (motor, turbina de vapor) al eje del compresor y al fluido se transfiere por la “presión de contacto”. o “interferencia” entre el acoplamiento y el eje.

Como un fuerte apretón de manos y nada más, sin llaves, sin cierres, nada, sólo pura presión.

Si desea subir de nivel al rango de ultra nerd, busquen una copia de Consideraciones de ingeniería sobre estrés, tensión y fuerza de Robert C Juvinall (Profesor de Ingeniería Mecánica, Universidad de Michigan). (ISBN 0070331804)

En este libro, Juvinall le presenta ingeniosamente todas las ecuaciones que necesita para calcular las tensiones en miembros cilíndricos cargados radialmente, incluidos los cilindros concéntricos con ajustes de interferencia.

¡¡¡Cilindros concéntricos con ajustes de interferencia son básicamente el nombre científico de “acoplamientos”!!!

Está bien si no están tan emocionado como yo. Para mí, los acoplamientos y comprender su funcionamiento fueron una de mis primeras tareas como ingeniero. Los estudié, los caractericé, escribí calculadoras en ellos, realicé análisis FEA con ellos e incluso una vez hice algunos sujetalibros con uno.

Existen algunos desafíos y razones por las cuales RP 687 sugiere que un proveedor calificado se encargue de la inspección del acoplamiento.

• Los orificios de acoplamiento son fundamentales debido a las múltiples funciones que proporcionan. La superficie interior del orificio debe ser perfecta para que el contacto con el eje también lo sea.

• Inspeccionar el orificio del acoplamiento es extremadamente difícil sin un “estándar”, un “calibrador de tapón” o alguna herramienta de metrología especializada.

• Un calibre estándar o de tapón sólo proporcionará una imagen de la calidad de la superficie del orificio, pero no de su condición de alineación.

• La alineación del orificio debe ser perfecta con respecto al eje de rotación.

Estas son algunas de las razones por las que las inspecciones y el equilibrado de los acoplamientos a menudo se dejan en manos de proveedores de acoplamientos cualificados.

El siguiente componente que recomienda API es evaluado por los expertos que los fabricaron: sellos mecánicos, particularmente sellos de gas seco. Estos sellos son conjuntos complejos fabricados por un grupo elite de fabricantes de sellos y están llenos de detalles y características de diseño patentados que requieren la experiencia de sus diseñadores.

Es por eso que es mejor quitar el sello mecánico, a veces bajo la atenta mirada del fabricante, para que puedan llevar rápidamente el sello a su propia guarida para desmontarlo, repararlo y probarlo de acuerdo con API 692 : Sellos de gas seco para compresores. antes de ser devuelto al taller principal.

La declaración 10.1.12 pide determinar la química y la dureza de los componentes.

Una simple declaración y mucho de qué hablar.

Cuando se trata de metales, siempre se deben saber dos cosas sobre el metal:

• ¿Cuál es la composición química del metal?

• ¿Qué tan fuerte es el metal?

Por ejemplo, no todos los aceros fabricados con exactamente la misma composición química tienen la misma resistencia; la resistencia y otras propiedades mecánicas de un material están determinadas por el tratamiento térmico que recibió durante la fabricación.

Los tratamientos térmicos nos permiten fabricar metales que pueden ser blandos y dúctiles o duros y quebradizos.

Identificación positiva de materiales o PMI

La identificación positiva de materiales o PMI es el proceso de identificar la composición química de un metal y se utilizan tres métodos principales:

• Analizadores XRF portátiles Parece que una Blackberry tuvo un bebé con un secador de pelo. Disparan un haz de rayos X que elimina algunos de los electrones de los elementos de los metales. Cada elemento tiene una firma energética única cuando esto sucede y que el dispositivo puede medir. La única limitación de los analizadores XRF es que les resulta difícil detectar el contenido de carbono, por lo que no son adecuados para algunas aleaciones. Este método es útil porque es portátil y se puede llevar por los talleres.
  

• Espectroscopia de emisión óptica (OES) Estas son máquinas más grandes que generalmente se encuentran en los laboratorios de pruebas. Utilizan un arco eléctrico para excitar nuevamente los átomos del metal. Luego, el equipo mide la luz emitida y detecta qué elementos están presentes en la aleación, incluido el carbono. Este método es preciso, pero el inconveniente es que es necesario llevar las piezas al equipo. Hay unidades OES móviles que se pueden llevar a un taller, pero por alguna razón la mayoría de las instalaciones dependen de unidades XRF portátiles o del siguiente método.
  

• Virutas de metal + OES El último método empleado consiste en eliminar “virutas de metal”, normalmente cogiendo una broca y retirando un pedacito de metal de un eje o de otro lugar sin importancia de un rotor o componente. Todo lo que se necesita es un puñado de virutas que luego se prensan en un pequeño disco que luego se introduce en una máquina OES. Entonces , el tercer método es realmente OES, pero en lugar de llevar la máquina a la pieza, se llevan virutas de metal a la máquina.

Si es propietario de un equipo y espera que su socio de reparación PMI le proporcione sus piezas, asegúrese de especificar OES como método. A su vez, el taller de reparación deberá pedirle permiso o consejo, ya que tomarán muestras de virutas de metal de una zona no relevante de sus piezas.

La siguiente tarea, determinar las propiedades mecánicas del metal, es mucho más complicada.

De todas las propiedades mecánicas, las siguientes son las más útiles a la hora de evaluar el estado o diseño de una pieza:

• Resistencia a la tracción Hay dos características de la resistencia a la tracción: Estas dos propiedades se miden en términos de tensión o libras por pulgada cuadrada.
  

  • Resistencia máxima a la tracción o UTS: la tensión máxima que un material puede soportar mientras se tira o se estira antes de romperse.
    

  • Límite elástico: la tensión a la que un material comienza a deformarse plásticamente. Un material sometido a tensión por debajo de su límite elástico se deformará elásticamente, lo que significa que vuelve a su forma original cuando se elimina la tensión.

• Ductilidad Una vez más, hay dos características de la ductilidad: Estas dos propiedades se miden y expresan como porcentaje. Alargamiento de un porcentaje de la longitud original y reducción de área como porcentaje del área original.
  

  • Alargamiento: capacidad de un material para deformarse antes de romperse al ser tirado.
    

  • Reducción de área: a medida que una pieza se deforma cuando se tira o se estira, su área de sección transversal se hará más pequeña. Una vez que la pieza se rompe, se mide la reducción de área.

Estos dos conjuntos de parámetros se miden durante una prueba llamada prueba de tracción, que está estandarizada y regida por la norma ASTM E8 Métodos de prueba estándar para pruebas de tensión de materiales metálicos .

Esto requiere cortar un pequeño cilindro de material de la muestra, por lo que este método se considera destructivo y no se puede utilizar si se va a reutilizar una pieza.

Este método siempre se utiliza cuando se califica materia prima o se trabaja con una pieza de desecho.

Dureza

Dado que no siempre es posible destruir piezas buenas, un método alternativo para determinar el estado de un material es medir su "dureza".

Como dije antes, todas las propiedades de los materiales se pueden alterar o fijar aplicando tratamientos térmicos.

Todos hemos visto las películas en las que el herrero coge una espada al rojo vivo y, tras golpearla con un martillo, la mete en un cubo.

En realidad, esto es un tratamiento térmico y se llama temple o "quenching".

No querrán cortar una espada bonita por la mitad para medir sus propiedades, así que entonces medimos su dureza.

Se correlaciona la dureza de ciertos metales con su condición de tratamiento térmico y, por lo tanto, con su resistencia a la tracción.

El mejor método para probar la dureza es morder el metal y ver el tamaño de las marcas de dientes que quedan.

Ahora estoy siendo ridículo, pero científicamente eso es lo que hacen los métodos utilizados para probar la dureza.

Todos utilizan algún dispositivo para dejar una hendidura y para medir y correlacionar el tamaño de la hendidura con un valor de dureza.

Las medidas y escalas utilizadas dependen en gran medida del método, hasta el punto de que los métodos y sus unidades de medida tienen el mismo nombre.

Existe el método Brinell , el método Rockwell y el método Vickers , por nombrar los más populares y fiables. Rockwell y Vickers utilizan un pequeño diamante como diente para presionar y penetrar el material medido con una fuerza conocida, el método Brinel utiliza una esfera en vez de un diamante. Cuando se elimina la fuerza, el tamaño de la hendidura del diamante nos indicará la dureza del material.

Al igual que al determinar la composición química, parece que los métodos portátiles utilizados para medir la dureza tienen limitaciones en cuanto a precisión, y los mejores métodos requieren llevar las piezas medidas a un laboratorio.

Los dos métodos portátiles más utilizados para medir la dureza se conocen como:

• UCI para impedancia de contacto ultrasónica: este método utiliza la medición Vickers y funciona mediante vibraciones ultrasónicas. La impedancia de vibración ultrasónica en la sonda de prueba se verá afectada cuando la punta de diamante Vickers presione el metal. Sé que esto es mucho para asimilar y lo estoy simplificando un poco.
  

• El siguiente método portátil ampliamente difundido se llama durómetro de rebote Leeb . Este método básicamente deja caer una pequeña bola de tungsteno sobre un metal y mide cuánta energía se absorbe o se pierde a medida que rebota.

Si desean obtener más información sobre estos y otros métodos de dureza, existe un increíble libro electrónico que puede descargar después de registrarse en el sitio de este fabricante suizo en particular: SCREENING EAGLE / proceq

Personalmente, no me gustan mucho las mediciones de dureza portátiles. Su confiabilidad depende en gran medida de la habilidad y competencia del técnico, el estado del equipo y el proceso utilizado.

Esencialmente, necesita un especialista capacitado dispuesto a seguir la disciplina de comparar sus habilidades con un estándar calibrado cada vez que vayan a realizar una medición del trabajo. Después de todo, las mediciones de dureza se utilizarán para inferir otras propiedades mecánicas, por lo que la confiabilidad y la precisión son de suma importancia.