Desmitificando la Velocidad Máxima Continua (MCS o MCOS)

Hace unos meses, mientras todavía estaba discutiendo Términos y Definiciones del Capítulo 0, expliqué el término Velocidad Máxima Continua (MCS) o Velocidad Máxima de Operación Continua (MCOS).

Bueno, acabo de darme cuenta de que nunca dije qué es MCS en términos de su valor numérico o ecuación para calcularlo.

Cuando comencé a investigar para encontrar su origen y fuente, descubrí que este término es referenciado diariamente por ingenieros y técnicos en la industria de equipos rotativos para calcular tolerancias de equilibrio, pero su origen es bastante esquivo y su valor nunca se menciona en API RP 687.

Encontrarán publicaciones científicas, material de marketing de empresas de servicios rotativos, material de capacitación, etc. que dicen "API define MCS como...", pero cuando buscan la referencia real, ¿dónde está?

Una razón para esta evasiva es que los fabricantes de equipos originales son los que deberían definir cuál es el MCS para cada equipo.

Por definición, el MCS es lo siguiente: la velocidad de rotación más alta a la que una máquina, tal como está construida y probada, es capaz de funcionar de forma continua.

Por lo tanto, su valor real debe calcularse en función del diseño y las condiciones de operación de cada máquina.

¿Por qué es importante conocer el MCS real?

La respuesta simple: por la seguridad y precisión del trabajo.

En la tienda donde trabajo, tenemos una política según la cual nuestros clientes deben confirmar formalmente la MCS de sus rotores para que podamos:

• Calcular las tolerancias de equilibrio adecuadas

• Evite acelerar demasiado un rotor o un dispositivo de disparo por exceso de velocidad durante una reparación, una prueba de giro o un equilibrado a alta velocidad.

Antes de profundizar en lo que realmente es el MCS, hay otras velocidades que es importante establecer.

Las múltiples velocidades de una turbina de vapor

De la norma API 612 Turbinas de vapor en aplicaciones de propósito especial, podemos obtener una lista de definiciones de velocidad:

Velocidad de giro lento

Esta velocidad se utiliza para calentar o enfriar una máquina, de modo que su rotor no se doble. Las máquinas necesitan enfriarse con calma. Por la misma razón, nuestras madres pueden habernos advertido de no abrir el congelador después de haber estado jugando al fútbol en el calor del verano de 40ºC.

Por definición, esta velocidad es inferior al 5% de la velocidad operativa normal (o velocidad operativa nominal).

Velocidad crítica mínima y velocidad crítica máxima

Estos términos se mencionan en API 612 en una impresionante figura llamada Figura 4: Velocidades de rampa de la turbina , pero no se les da una definición real.

Estos términos definen esencialmente los límites para el rango de la primera velocidad crítica.

Una velocidad crítica es la velocidad del eje en la que un sistema de rotor y cojinete está en un estado de resonancia.

Cuando las cosas están en estado de resonancia, normalmente hay vibraciones elevadas; y si estas vibraciones persisten durante un periodo prolongado, pueden producirse daños o fallos.

Velocidad mínima de funcionamiento

Este término tampoco está definido, pero podemos inferir que es el punto inferior del rango de velocidades a las que el equipo está diseñado para entregar sus condiciones de operación.

Velocidad nominal de funcionamiento (RATED)

Esto también se conoce como velocidad del 100 %. Es la velocidad de rotación más alta necesaria para cumplir con cualquiera de las condiciones de funcionamiento de diseño.

Velocidad máxima continua (MSC)

Este es el famoso MCS, y no está definido explícitamente como cálculo numérico.

La definición establece que esta es la velocidad a la cual una turbina es capaz de operar de manera continua tal como fue construida y probada.

Velocidad máxima permitida

Este término se define como la velocidad máxima que un fabricante permitirá para el funcionamiento continuo de una máquina.

En 22 años, nunca he visto este valor utilizado con fines prácticos en el contexto de una reparación.

Velocidad de trip o disparo de sobre-velocidad (OST)

Esto no está definido formalmente en la sección de definiciones, pero a partir de la Figura 4 y las hojas de datos del equipo sabemos que esta velocidad suele ser el 116 % de la velocidad nominal o el 110 % del MCS.

Velocidad máxima de sobre-velocidad temporal

Esta velocidad aparece en la Figura 4, pero no está definida en el documento como un valor porcentual y no tiene una referencia de cálculo.

Pero API dice que si se alcanza esta velocidad, un rotor requerirá mantenimiento inmediato.

Por lo tanto, debemos asumir que es un valor de diseño que los ingenieros de diseño deben usar para impulsar sus cálculos de diseño, pero que no se publica necesariamente porque no tiene aplicaciones prácticas.

Para resumir las velocidades importantes, las he dibujado en el estilo de un velocímetro a continuación.

Entonces, ¿qué es el MCS?

Como mencioné antes, hay referencias en el mundo que indican que la API del sitio define MCS como el 105 % de la velocidad nominal.

Pero ningún documento de API presenta esto explícita o directamente como una fórmula que se parece a esto:

MCS = 1,05 x velocidad nominal

API 612 - Turbina de vapor en aplicaciones de propósito especial, dice:

Lo más cercano que llegamos es una declaración en API 612 que dice: La velocidad de disparo de la turbina será el 110% de la velocidad continua máxima (116% de la velocidad nominal).

(Enlace: https://www.apiwebstore.org/standards/612 )

De aquí podemos derivar:

Velocidad de trip = 1,10 x MCS

Velocidad de trip = 1,16 x velocidad nominal

1,10 x MCS = 1,16 x velocidad nominal

MCS = 1,16/1,10 x Velocidad nominal = 1,05 x Velocidad nominal

¡voilá! ¡he aquí el valor calculado!

API 617 – Compresores centrífugos y expansores dice:

La API 617 establece: La velocidad continua máxima debe ser al menos el 105 % de la velocidad nominal "según fue probada".

(Enlace: https://www.apiwebstore.org/standards/617 )

No es necesariamente una fórmula firme, pero sabemos que “al menos” debería ser un porcentaje de la velocidad nominal “según la prueba”.

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Y esto es todo lo que tenemos. ¡Hemos descubierto el misterioso origen del escurridizo MCS!

Muchos ingenieros y referencias usarán y citarán el MCS de una máquina y aceptarán que comúnmente se calcula como el 105% de la velocidad operativa normal o nominal.