API RP 687, Capítulo 1, Sección 10: Inspecciones de rotores FASE I - Inspecciones dimensionales (PARTE 1)
- Fernando E. Romero, P.E.
- 24 may
- 7 Min. de lectura
Hoy permítanme contarles sobre las inspecciones dimensionales que forman parte de la inspección de rotores API 687 Fase I.
A continuación, enumero la secuencia típica de eventos en una inspección de Fase I y, en mi última publicación, cubrí aproximadamente la mitad de los pasos.
Primero un breve resumen de la publicación pasada:
Recordemos que el propósito de la inspección del rotor de la Fase I es evaluar la condición del rotor que se está considerando reparar.
Para ello podemos dividir las tareas en tres grandes grupos:
Evaluación visual y evaluaciones no destructivas
Inspección dimensional
Control de balanceo
Profundicemos en algunos detalles interesantes de estas inspecciones, empezando por las “visuales”.
Visual
Las inspecciones visuales revelan características macro interesantes que son fáciles de detectar.
Podemos detectar fácilmente los efectos del rotor en funcionamiento y el “desgaste” o incluso daños colaterales sufridos durante la instalación, desmontaje o transporte del rotor.
Los hallazgos más comunes son:
Arañazos en áreas del eje o de la sonda
Erosión
en áreas de sellado debido a fugas entre etapas
sobre perfiles aerodinámicos o álabes del impulsor
Corrosión en áreas del eje
Picaduras en discos de turbinas de vapor
Daños por objetos extraños en los perfiles aerodinámicos o en los álabes del impulsor
Áreas frotadas por contacto giratorio y estacionario durante el funcionamiento
Rozaduras en las zonas de acoplamiento
Hilos de rosca rotos
Correcciones de balanceo grandes o en lugares inusuales
Bandas de cubierta desplazadas o espigas faltantes en alabes de turbinas de vapor
Recubrimientos agrietados o astillados
Evaluaciones no destructivas (END)
Estas, proporcionan más detalles sobre algunas de las indicaciones visuales o detectan características que no se habrían notado a simple vista. La mayoría de estas indicaciones también serían representativas de daños o desgaste durante la operación, pero a menudo más graves.
Algunas de las indicaciones reveladas durante las evaluaciones no destructivas pueden indicar problemas crónicos o más profundos, como fatiga del material o corrosión bajo tensión, que se desarrollan con el tiempo.
Los más comunes:
Grietas de calor o pequeñas indicaciones/grietas relacionadas con roces entre componentes giratorios y estacionarios
Grietas o indicaciones alrededor de las chaveteros
Indicaciones alrededor de los orificios de equilibriod e vapor
Indicaciones en álabes de turbinas de vapor (espigas, perfiles de raíz, zonas de alta tensión)
Indicaciones en los álabes del impulsor (bordes de entrada, bordes de guía; en la conexión con la placa posterior o las placas de cubierta)
Indicaciones en los hilos de rosca
Indicaciones sobre recubrimientos
Recuerden que el término indicación se refiere a “cualquier característica de interés” que debe ser interpretada y evaluada.
Al detectar una indicación o una grieta, debemos evitar emitir un juicio inmediato. En su lugar, debemos determinar la causa mediante una evaluación adecuada.
Ahora, el siguiente conjunto de inspecciones.
Inspecciones dimensionales
Los rotores de las turbinas de vapor y de los compresores deben encajar dentro de las carcasas, y deben ajustarse muy ajustadamente sin que ninguna de sus partes se toque o roce.
Se requiere un ajuste perfecto para mantener las holguras adecuadas en los sellos, de modo que el fluido de trabajo (vapor para turbinas o algún gas de proceso para compresores) permanezca dentro de lo que llamamos la “ruta de flujo”.
El vapor y los gases que expandimos o impulsamos a través de turbinas de vapor y compresores son como ríos caudalosos. Debemos mantenerlos dentro de sus cauces. Si el flujo se sale del camino definido, comenzará a observarse erosión. Cuanto mayor sea la erosión, mayor será la pérdida de eficiencia y los daños que sufrirá la máquina durante su funcionamiento.
Aquí surge un gran desafío: ¿cómo sellamos o evitamos que los gases escapen si no podemos crear un sello de contacto hermético ya que los rotores están girando?
Les cuento un secreto. Dentro de una turbina de vapor o un compresor, no sellamos completamente el eje giratorio contra la carcasa. Simplemente intentamos "desalentar" o evitar que el flujo se desvíe de la trayectoria prevista.
Solo en los sellos más externos de la carcasa se encuentran los llamados sellos atmosféricos. Aquí es donde debemos mantener un sello hermético para evitar la pérdida de vapor o la liberación de gases nocivos a la atmósfera.
Para ilustrar esto, veamos esta sección transversal que dibujé del primer compresor centrífugo al que tuve el placer de hacerle un re-rate en aquel entonces.
Diámetros exteriores
Para evaluar y controlar las holguras entre el eje, el rotor y los impulsores, medimos todos los diferentes diámetros exteriores o OD en un conjunto de rotor.
En cada escalon, tomamos una medición.
Luego podemos comparar todas estas dimensiones con las impresiones originales, con informes de inspección anteriores o compararlas con los diámetros internos (ID) de la caja para calcular los espacios libres.
Los ingenieros que siguen la norma API RP 687 esperan ver los datos recopilados en un formato como este:
En cada uno de esos cuadros blancos encontrarán el diámetro medido.
Ahora se puede apreciar que en un rotor multietapa como éste, los inspectores tendrán que registrar fácilmente docenas de mediciones.
Si no hay espacio en una página, es posible que necesitemos agregar páginas adicionales para que quepan más medidas.
Tengan en cuenta también el hecho de que los diámetros externos deben medirse con una resolución de 0,0001 pulgadas (0,0025 mm), por lo que no se apresuren en sus inspecciones o podría terminar con números inadecuados.
Diámetros de los muñones
Los muñones requieren un control dimensional muy preciso. Estas mediciones también se toman con una resolución de 0,0001 pulgadas (0,0025 mm) en múltiples ubicaciones y posiciones.
Recuerden que en los cojinetes de película fluida, el eje metálico corre dentro de un cojinete metálico, flotando sobre un colchón de aceite extremadamente fino, de apenas milésimas de pulgada de espesor.
¡Los muñones deben ser redondos, rectos y pulidos!
Para determinar si son redondos, los medimos en tres posiciones alrededor de su circunferencia.
Para asegurarnos de que las áreas del muñón estén rectas y no sean cónicas, medimos los diámetros en tres ubicaciones axiales.
Estas mediciones se registrarán en un formulario que se verá así:
Si miran detenidamente mi formulario, notarán que debajo de cada muñón tengo un lugar para registrar el “peso del muñón” medido.
Es posible que ya sepamos el peso total del rotor, pero también necesitamos saber cuál es el peso del rotor debajo de cada muñón, para poder calcular las tolerancias de equilibrio.
A veces podemos asumir que los rotores son simétricos en su centro y estimar que cada muñón pesa la mitad del peso total del rotor. Sin embargo, esto no siempre es cierto, y si se tiene una báscula, siempre es mejor pesarlo.
Para garantizar la determinación precisa de las tolerancias de equilibrado, medimos el peso del muñón de un rotor de la siguiente manera. Apoyamos uno de los muñones en un pedestal resistente y elevamos el otro con una báscula o celda de carga. Aseguramos que el rotor esté completamente horizontal y la báscula mostrará el peso del muñón.
El procedimiento debería ser similar al que se ilustra a continuación.
Ubicación de la sonda de runout eléctrico (ERO)
Las áreas de la sonda/probeta eddy son básicamente cómo se mide el desplazamiento o la vibración de un eje mientras funciona.
Las vibraciones del eje son el principal indicador del estado o bienestar del rotor y se pueden medir durante el funcionamiento, de forma similar a tomar "el pulso" de una máquina durante su funcionamiento.
Ahora imaginen ir al médico y que te conecten a un electrocardiógrafo. Si tenemos mucho vello en el pecho, podríamos tener dificultades para que los electrodos se adhieran a la piel y obtener buenas lecturas eléctricas. ¡Entonces nos terminan afeitando el pecho para que quede lisito!
El mismo principio se aplica a las zonas de sonda en un eje. Debemos asegurarnos de que las zonas de sonda sean lisas y tengan un runout eléctrico (ERO) extremadamente bajo. Estas zonas de sonda deben rectificarse y pulirse para que sean muy lisas mecánicamente y en cuanto a la firma eléctrica, a fin de obtener lecturas claras sin ruido innecesario.
No existe un formulario oficial en el API 687, pero he creado el mío propio y lo dejé así:
Una vez que la máquina esté funcionando, podremos leer cantidades de desplazamiento tan bajas como unas pocas milésimas de pulgadas.
Una buena máquina suele presentar vibraciones con una amplitud inferior a 2 milésimas de pulgada (0,002 pulgadas). ¡Esto equivale a la mitad del grosor de una hoja de papel de impresora!
En una publicación posterior, analizaremos en profundidad las sondas gráficas, ya que hay muchos detalles para discutir allí.
Acople
Por último, pero no menos importante hoy, medimos el acoplamiento.
La superficie de acoplamiento en el eje es fundamental porque a través de esta superficie y del ajuste por interferencia entre el eje y el cubo de acoplamiento se transmite el torque entre las máquinas.
Existen diferentes tipos de acoplamientos utilizados en turbomáquinas, pero en los equipos API 612 y API 617, los acoplamientos cónicos son los más comunes.
Un acople también se mide con una precisión de 0,0001 pulgadas (0,0025 mm) requiere cierta habilidad, cuidado y una herramienta especial.
El formulario que captura esta información se ve así:
Espero que estas explicaciones arrojen algo de luz sobre el motivo por el cual las cosas que hacemos y medimos durante una inspección de rotor son importantes.
Una vez que empiezo a escribir me doy cuenta de cuántos detalles hay, y siento que nunca terminaré de explicar o explorar tangentes de cada tema. Este es un viaje seguro, que por ahora parece no tener final.
De todas formas, iremos avanzando paso a paso.
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