API RP 687 Capítulo 1: Rotores – Secciones 1 a 9

¡No existe tarjeta gratis para salir de la Fase I!

Finalmente terminamos con el Capítulo 0, o como yo lo llamo, “la Introducción”.

Hoy comenzamos nuestro recorrido por el Capítulo 1, que comienza a centrarse específicamente en los rotores.

Antes de profundizar en el contenido técnico, me gustaría repasar la estructura del documento.

El capítulo 1 está estructurado de la siguiente manera:

Contiene 80 páginas, dieciséis secciones, muchas de ellas haciendo referencia directa a una sección del Capítulo 0, es por eso que el número de páginas en la columna más a la derecha de la tabla anterior dice cero páginas.

De estas secciones, la mayor parte del contenido corresponde al tema de Montaje y Balanceo de Rotores .

El capítulo 1 también contiene cinco anexos informativos. El más importante se encuentra en el Anexo C, sobre el tema de los acoplamientos de transmisión. El siguiente anexo más extenso, el Anexo D, que contiene una excelente plantilla para un plan de calidad de ITP para la fabricación de rotores.

Pero en mi opinión, el contenido más interesante se encuentra en los anexos más pequeños. Hay uno que describe el procedimiento para la verificación del desequilibrio residual, y solo pensar en explicarlo algún día me pone mareado ahora mismo.

También hay un anexo que describe en detalle la delicadeza de realizar lecturas del indicador total y finalmente un anexo que describe los métodos de restauración del rotor.

En conclusión, este será un gran capítulo para cubrir.

Comencemos con:

Sección 4: Proceso de inspección y re-acondicionamiento de un rotor

Esta es una sección muy corta, pero para mí personalmente relevante porque contiene la respuesta a una pregunta que me hicieron la semana pasada.

La pregunta era:

¿Está bien saltar la inspección Fase I y pasar directamente a una inspección Fase II?

Antes de dar la respuesta, repasemos lo que API sugiere como enfoque para la Fase I y la Fase II.

A. Inspección Fase I

Se trata de una secuencia muy sencilla: llegada de un rotor ensamblado, limpieza, inspección y presentación de resultados.

B. Revisión de la información de la inspección y determinación de si se requiere una Fase II

En este paso, el centro de reparación y los propietarios del equipo deben reunirse y analizar los hallazgos y las recomendaciones.

La decisión importante es: ¿hay evidencia de que se debe desmontar el rotor y realizar una inspección Fase II?

C. Inspección Fase II

Si después de la Fase I se concluye que hay evidencia de problemas, por ejemplo, el rotor está arqueado y parece que el origen es un roce fuerte, o hay indicaciones en la placa posterior de un impulsor, o parece que los impulsores han migrado axialmente, se recomendará que se realice una inspección Fase II.

Esta es la fase en la que desmontamos el rotor en sus subcomponentes y repetimos el mismo proceso: limpiar, inspeccionar, informar.

Entonces, a la respuesta a la pregunta.

Sí, se puede pasar directamente Fase II, pero técnicamente no se saltas la Fase I.

Aún tenemos que hacer todas las inspecciones de la Fase I. Después de todo, en algún momento habrá que volver a armar el rotor y las inspecciones y los números de la Fase I serán útiles en ese momento.

Si ya se tiene suficiente información cuando saca su máquina de servicio, o incluso antes de enviar el rotor a un taller, ya se puede ver fácilmente problemas de desgaste, rotura u otras condiciones, está perfectamente bien solicitar que se realice una inspección Fase I + Fase II.

Yo diría que solo si un rotor estuviera muy dañado, hubiera estado en un evento catastrófico o le faltaran piezas, sería una pérdida de tiempo intentar medir las excentricidades u obtener dimensiones del mismo.

En otras palabras, si es seguro hacer una Fase I, realicen una Fase I.

Sección 7: Envío de equipos

La siguiente sección con una advertencia útil es la sección 7, particularmente los párrafos 7.2 y 7.3.

El primero indica que el rotor que se envía al centro de reparación debe conservarse adecuadamente. El motivo es protegerlo de daños o del deterioro ambiental.

Esto es importante, especialmente si el rotor presentaba alguna falla, como una grieta, o si había una pieza defectuosa, como por ejemplo un alabe roto en una turbina de vapor. Las superficies defectuosas pueden verse afectadas por el “deterioro ambiental”, como la corrosión.

De la misma manera que la escena de un crimen puede ensuciarse si la policía no impide que entren personas ajenas a la zona, una vez que la escena del crimen o la superficie de la fractura se ensucian o se corroen, el trabajo del investigador, en este caso el metalúrgico, puede no ser concluyente y no llegar a la verdadera causa de la falla.

Por lo tanto, cuando se retira un rotor de funcionamiento, debe conservarse lo antes y lo mejor posible.

El párrafo 7.3 recomienda proteger las áreas del eje donde se encuentran las áreas de las probetas de vibración. Hemos hablado de esto muchas veces. Las áreas de la sonda deben protegerse porque son frágiles, por lo que la mejor práctica es envolverlas con cinta de nailon de color brillante.

Al mismo tiempo, este envoltorio hace que sea tentador para la gente querer usar un cuchillo cuando llega el momento de quitárselo. Por eso API recomienda etiquetar la zona con carteles que digan “ZONA DE PROBETAS, NO CORTAR”.

(casi escribo ZONA DE PROMESAS. Solo los fans de Soda Stereo y el gran Cerati me entenderán)

Sección 9: Desmontaje

El punto focal principal de esta sección gira en torno a qué hacer con los pesos de balanceo.

Antes de profundizar en el tema, comencemos por sentar las bases sobre para qué se utilizan los esos pesos.

En el contexto de los equipos rotatorios, los rotores están destinados a girar y funcionar sin vibraciones.

De la misma manera que hay que balancear los neumáticos de nuestros coches o los ventiladores de techo de nuestras casas.

Si no están balanceados, a medida que estos aparatos giran y adquieren velocidad, comenzaran a vibrar o tambalearse hasta el punto de que podemos temer que se rompan.

¡Nadie quiere que le golpeen en la cabeza las aspas de un ventilador que gira a 380 RPM!

(Si 380 RPM no significa mucho para ustedes, consideren que, en promedio, las aspas de un ventilador de techo miden 60 cm de largo. A esa velocidad de rotación, sería el equivalente a recibir un golpe en la cabeza con una espada de madera sin filo a 88 km/hr. No hace falta decir que dolería un poco).

El desbalanceo existe o se produce cuando una estructura giratoria tiene una distribución desigual de la masa alrededor de su eje de rotación. Esto es así para todas las estructuras giratorias.

Imaginemos nuestro ventilador de techo y una de sus aspas tiene un gran agujero.

El orificio produce una distribución desigual, lo que produce una “masa pesada” en el lado opuesto al orificio. La masa del lado pesado provocará una fuerza centrífuga que hará que el ventilador se tambalee.

Lo mismo ocurre con los rotores de las turbinas de vapor y los compresores. A pesar de nuestros mejores esfuerzos, no podemos fabricar productos con una perfección del 100 % ni con una precisión dimensional perfecta.

Además, cuanto más grande sea la pieza, mayor sea el diámetro y mayor la velocidad, mayor será la influencia de una fuerza de desequilibrio.

Ahora bien, la mayoría de los rotores son cuerpos o estructuras largos y delgados. Tomemos como ejemplo el rotor del compresor de tres etapas que utilicé para ilustrar el proceso de inspección de la Fase I.

Rotor de compresor de tres etapas.

Este rotor está formado por varios componentes.

Su componente principal es el eje, y sobre el eje irán montados tres impulsores, un pistón de balanceo y algunos manguitos entre otras piezas de ajuste.

Cada uno de estos componentes necesita estar balanceado, o en otras palabras, en todos estos componentes podríamos tener una distribución desigual del peso, pudiendo llegar a producirse un desequilibrio.

Hay nueve componentes, y si cada componente no estuviera balanceado individualmente, habría nueve oportunidades de tener un desbalance.

Por lo tanto, durante el proceso de fabricación, uno de los pasos finales es balancear cada componente por sí mismo.

Existen dos métodos para balancear o corregir la distribución del peso de las piezas:

• Se puede añadir material atornillando tornillos o cargando pesos en ranuras.

  
  

• El material se puede quitar perforando o lijando.

La principal diferencia entre estos dos métodos es que la eliminación de material no se puede deshacer.

Por lo tanto, la eliminación de material se realiza principalmente cuando se pueden realizar correcciones permanentes. Por ejemplo, cuando se fabrica un nuevo impulsor de compresor o un nuevo disco de turbina de vapor.

A continuación se muestran algunos ejemplos de cómo se elimina o agrega material de los rotores o componentes giratorios.

La mayoría de las recomendaciones de la Sección 9 tienen que ver con la eliminación de contrapesos.

Hagamos un repaso rápido de cuándo se deben agregar o quitar pesos para equilibrar componentes individuales o un rotor ensamblado:

• Se puede agregar o quitar peso durante la fabricación o el balanceo de los componentes.

  El balanceo de componentes es cuando un componente en sí se balancea como parte del proceso de fabricación o justo antes de instalarlo en un eje.

  
  

• Se puede añadir o quitar peso durante el balanceo del conjunto o rotor completo.

  Se trata de cuando se va ensamblando un eje o rotor, y progresivamente se va añadiendo pieza por pieza, comprobándose y corrigiendo el balanceo resultante tras el ensamblaje.

  De esa manera se puede decir, “vamos corrigiendo sobre la marcha” paso a paso a medida que le agregamos más componentes al rotor.

  
  

• Se puede agregar o quitar peso en el campo.

  Esto sucede cuando, a pesar de los mejores esfuerzos en el taller, una vez que se instala un rotor en la carcasa en el campo, este se comporta mostrando vibraciones. Esto sucede porque cuando un rotor está en un taller, no está acoplado a otros rotores como lo estaría en el campo.

  Por lo tanto, no es raro que sea necesario “ajustar” un poco algunos rotores una vez instalados en el campo.

Otra cosa a tener en cuenta es que cuando inspeccionamos un rotor, es posible que no conocer su historial completo.

Es posible que otro taller haya reparado el rotor y no sepamos realmente si los pesos de balanceo que se encuentra en el rotor son de cuando se balancearon los componentes solos o de cuando se balanceo al rotor completo.

Es por esta razón que el artículo 9 prescribe algunas consideraciones sobre el marcado y la remoción de estos pesos.

Siempre es una buena práctica durante una inspección de Fase I documentar la ubicación y la magnitud de los pesos que se encuentran en un rotor.

Es posible que no se pueda decir exactamente POR QUÉ se agregaron los pesos, pero un buen registro puede ser útil al discutir el historial de reparaciones con el propietario.

Hay lugares en un rotor que deberían reservarse para contrapesos de balanceo en campo. Se podría suponer, con un poco de riesgo, que los contrapesos en estos lugares se agregaron en campo y no en un taller. Pero no hay garantía del 100 % de que esto siempre sea así.

Si el alcance del trabajo de reparación requiere una Fase II, el desmontaje completo de un rotor, una buena práctica es documentar las ubicaciones de los pesos y luego quitarlos antes de comenzar de nuevo, intentando balancear los componentes individuales antes de montarlos al rotor.

Esto garantizará que cada componente esté en su mejor condición de balanceo y que cuando estén montados se minimice el posible desequilibrio del conjunto.

Por ahora, terminaremos con estas recomendaciones. La principal es documentar detalladamente cómo se encuentran las cosas.

Entraremos en aspectos más profundos del equilibrio en futuras publicaciones.