¿Qué es el runout? (Parte 1)
- Fernando E. Romero, P.E.
- 29 jun
- 9 Min. de lectura
Actualizado: 30 jun
El artículo de hoy se inspiró en una pregunta de un lector que preguntó: ¿El TIR incluye el runout eléctrico?
La respuesta es no, pero quizás dependa de cómo interpretemos la definición de TIR.
Esta es una gran pregunta, porque nos permite revisar varios conceptos, términos y definiciones y ampliar qué son, cómo los medimos y qué tan relevantes son realmente.
Hay mucho que desempacar; tanto que intenté capturar todos los conceptos que quiero abordar en un elegante mapa mental que me ayude a realizar un seguimiento de las cosas.
No he podido determinar cuál es el mejor orden para comenzar a describir todos estos conceptos y cómo se relacionan, así que cubriré las definiciones más importantes y luego las uniré con ejemplos prácticos.
Hoy quiero abordar:
La definición de runout como tolerancia geométrica
Cómo se mide el runout con un comparador y qué significa TIR
Cómo una probeta Eddy mide el runout eléctrico
Empecemos por: ¿qué es Runout?
En términos de ingeniería, un runout se puede definir como una condición geométrica o una condición dinámica .
Analicemos primero la condición geométrica. Por ejemplo, al diseñar y definir el tamaño y la forma que debe tener un objeto al crear un dibujo, utilizamos tolerancias geométricas .
El uso de tolerancias es la forma en que podemos “controlar” o “especificar” qué tan preciso, exacto, recto, cuadrado, redondo, etc. debe ser algo cuando se fabrica.
El diseñador de una turbina de vapor tendrá que especificar qué diámetro debe tener el muñón y cuál debe ser la tolerancia para dicho muñón.
Él podría decir: “Este muñon debe tener 5 pulgadas de diámetro”.
Pero sabiendo que las cosas no pueden fabricarse perfectamente o que no siempre podemos medirlas perfectamente, debemos especificar “tolerancias”.
Cuando se trabaja con objetos redondos, hay que tener en cuenta características como:
Circularidad
Runout
Rugosidad de la superficie
Entonces, al final, el ingeniero puede tener que especificar esas tres características: un muñón debe tener 5 pulgadas +/- 0,005 pulgadas, con un runout máximo de 0,001 pulgadas TIR y un acabado superficial de 32 µin.
Su dibujo tendrá algo así como esto:
Pero centrémonos sólo en el concepto de runout hoy. El runout es la variación admisible de la superficie a medida que gira alrededor de un eje de referencia.
En el dibujo de arriba, el “eje de referencia” es la línea central del eje, como lo muestra esa línea discontinua larga y corta.
En el siguiente dibujo muestro cómo podría quedar la pieza real una vez fabricada.
La banda de variaciones se muestra mediante líneas discontinuas rojas.
Esto significa que la superficie real del muñon puede estar dentro de esas líneas discontinuas rojas.
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Si desean obtener más información sobre las tolerancias dimensionales y, en este caso, sobre los runouts, visiten este sitio:
Estos ingenieros de Drafter Inc. están trabajando en algunas formas revolucionarias de automatizar la creación de dibujos y crean excelentes explicaciones sobre por qué las tolerancias son importantes y qué significan.
---fin de paréntesis
Entonces, ¿cómo medimos esto en un rotor?
Lo hacemos utilizando un comparador de reloj.
En el ejemplo anterior, estoy usando un indicador que puede medir desplazamientos de hasta 0,0001 pulgadas.
Una hoja de papel de impresora tiene un grosor de aproximadamente 0,005 pulgadas.
Miren lo que pasa cuando deslizo la hoja debajo del indicador.
La hoja empuja el brazo indicador y el dial muestra la cantidad de movimiento.
La aguja se mueve en el sentido de las agujas del reloj un total de 0,005 pulgadas.
¿Qué es TIR?
TIR es un acrónimo que ha evolucionado para tener dos interpretaciones.
Veamos tres fuentes donde aparecen ambas interpretaciones.
Norma API 612, 8.ª edición: Turbinas de vapor para fines especiales
Norma API 617, 9.ª edición: Compresores axiales y centrífugos y compresores expansores
Práctica recomendada API 687, 2.ª edición: Reparaciones de equipos rotativos para fines especiales
Las tres fuentes implican que TIR como acrónimo significa:
Total Indicator Reading: Lectura total del indicador
Total Indicator Runout: Lectura total de runout
¿Qué demuestra esto?
¡Que soy obsesivo con los detalles y las definiciones! Y que estos tres documentos no presentan una definición idéntica ni exacta de este término.
Tres documentos que describen exactamente el mismo concepto, pero con diferencias sutiles en la presentación de los términos.
Mi opinión es que estas variaciones en la presentación pueden llevar a que algunas personas tengan interpretaciones y comprensiones ligeramente diferentes de estos conceptos fundamentales.
Sólo me obsesiono con esto porque ingenieros brillantes me enseñaron, tanto en clases en la universidad como en la práctica en el trabajo, que si vamos a diagnosticar el estado de una máquina, primero debemos comprender plenamente los principios fundamentales que rigen su comportamiento.
De las dos versiones del acrónimo, "Total Indicator Reading" es el término más adecuado.
¿Por qué? Porque describe el uso y la interpretación de la medición realizada con un indicador.
Independientemente de lo que se esté midiendo, si utilizamos un indicador, la cantidad total medida, desde el movimiento mínimo hasta el máximo del dial, es la lectura total del indicador.
Finalmente, existe un término posiblemente mejor: Full Indicator Movement ( FIM ): Movimiento Total del Indicador, que representa el movimiento total de la aguja de un indicador. Esto elimina la ambigüedad del TIR y sus dos definiciones.
En la evaluación de equipos rotatorios, hacemos esto mientras apoyamos el eje sobre “bloques en V”.
Esto permite que el muñon se deslice y esté apoyado sobre dos puntos de contacto.
Cuando giramos el eje, la aguja se mueve y nos da una idea de las variaciones de distancia entre el punto de contacto opuesto al indicador y el indicador.
Una cosa a tener en cuenta es que esta medición está midiendo el “error” o "desviaciones" de ambos lados del muñon.
Esto es diferente a la definición de runout geométrico tal como se define en un dibujo de ingeniería.
Recordemos que, en un dibujo el runout es la desviación con respecto a un datum o eje de rotación.
En cambio, al apoyar un rotor sobre bloques en V, no lo sujetamos por su eje de rotación. El rotor descansa sobre la superficie del muñón.
Por eso decimos que la excentricidad o “desplazamiento” al eje de rotación es ½ del TIR.
Básicamente estamos promediando el error o asumiendo que la desviación dimensional está en “partes iguales” en cada superficie.
Esta medida que estamos tomando aquí usualmente se llama “runout mecánico”; pero recordemos que no es necesariamente el mismo desplazamiento que el del plano de fabricación.
Por eso, en muchos talleres de reparación, este término se denomina simplemente TIR. Su propósito es representar la lectura del indicador al medir el runout del rotor apoyado sobre bloques en V.
Intentamos controlar esto porque, para que los rodamientos funcionen correctamente, su superficie debe tener cierta redondez. Dicho de forma sencilla, los muñones deben ser lisos y lo más perfectos posible.
Cuanto más perfecto sea el muñón, más suavemente girará el rotor cuando se ponga en funcionamiento la máquina.
Pero ¿qué tan bueno es bueno?
Bueno, eso lo tienen que decir los ingenieros que diseñaron las máquinas. En realidad, solo ellos saben exactamente cuáles son los requisitos técnicos.
Por ejemplo, API 612 y API 617, los dos documentos que describen las expectativas que deben cumplirse cuando se diseñan, fabrican y prueban turbinas de vapor y compresores, establecen que el fabricante de equipo original debe proporcionar dibujos que incluyan las distancias y tolerancias.
API 612 y API 617 no especifican un rango o una condición máxima de desviación o tolerancia dimensional.
La API 687 proporciona cierta orientación, pero solo en términos de qué esperar cuando se repara un rotor:
Dice que el descentramiento radial del eje (TIR) en cualquier ubicación no debe ser mayor que lo sugerido por el OEM o 0,001” si se desconoce.
También dice que el descentramiento radial (TIR) en los muñones y las pistas de las sondas (probetas) debe ser el que sugiere el OEM o 0,0001” si se desconoce.
Por lo tanto, siempre nos remitimos primero al fabricante original. Recuerden, ellos diseñaron la máquina para cumplir con un conjunto específico de requisitos.
La industria de la reparación especifica las cifras que utiliza por dos razones:
Sabemos que los muñones deben ser lisos y redondos. Dado que el principio de funcionamiento de los cojinetes hidrodinámicos se basa en el movimiento dinámico de un muñón dentro del cojinete para empujar el aceite y crear el colchón de aceite, necesitamos una superficie lisa y continua para ello.
La segunda razón es que cuanto menor sea el descentramiento, menor será la excentricidad.
Cuando discutamos el balanceo y las razones por qué vibran los rotores, esto se hará más evidente. Pero por ahora, la conclusión es: cuanto menor sea el descentramiento (baja excentricidad), menores serán las fuerzas de desbalanceo.
Ahora, hagamos la pregunta:
¿Cómo sabes cómo se mueve un rotor cuando está en funcionamiento?
¡Uf, esto se está poniendo cada vez más complicado! ¡Y eso también es emocionante!
Haré referencia a las dos mayores fuentes de conocimiento y sabiduría cuando se trata de maquinaria y diagnóstico de vibraciones.
Dos libros escritos por contemporáneos y pioneros en el campo de las mediciones de vibraciones y el diagnóstico de maquinaria.
El primero y mi favorito personal:
Diagnóstico y corrección de averías de maquinaria (Libro de tapa dura, 1 de noviembre de 2015)
de Robert C. Eisenmann, Sr. (Autor), Robert C. Eisenmann, Jr. (Autor)
Y el segundo:
Fundamentos del diagnóstico de maquinaria rotatoria (diseño y fabricación), 1.ª edición
por Donald E. Bently (Autor), ASME Press (Autor)
Me encanta el libro de Bob Eisenmann, porque tuve el privilegio y el placer de trabajar con él. Viajamos a muchos sitios con osciloscopios, filtros vectoriales digitales, cajas de adquisición de datos y, en algunas ocasiones, ¡hasta grabadoras de cintas de carrete!
A menudo me encontraba yendo a su oficina para hacerle una pregunta y él esperaba a que terminara antes de decir: "¿Leíste el capítulo 4?"
Si son ingenieros y quieres aprender a diagnosticar el estado de los equipos rotatorios, deberían adquirir a toda prisa estos dos libros.
Por otra parte, Don Bently prácticamente inventó o puso a disposición comercialmente el instrumento más confiable para medir la posición de un eje mientras gira.
El dispositivo que llamamos “sonda de corrientes de Eddy”, también conocido como “sistema transductor de proximidad”.
Este dispositivo proporciona un voltaje de salida que es directamente proporcional a la distancia entre la sonda y el eje.
Y en el mundo del diagnóstico de maquinaria, nos permite medir la posición de un eje y las vibraciones de un eje .
Centraré mis explicaciones en el sistema de transductor de proximidad Bently Nevada 3300 XL. Simplemente porque es el que más he visto personalmente, instalado en el 99 % de las máquinas que he visto construir en el taller donde trabajo y en todas las salas de control que he visitado, en todo el mundo.
El sistema 3300 XL proporcionará ese voltaje proporcional lineal cuando mida su distancia al material 4140, que es una metalurgia comúnmente utilizada en equipos rotatorios.
Así es como se ve.
Es notablemente lineal y repetible.
Las sondas de Eddy funcionan emitiendo un campo magnético sobre el material que estan midiendo. A medida que cambia la distancia entre la sonda y el objetivo, también cambia dicho campo magnético.
El “transductor” mide esos cambios en el campo magnético y los traduce en voltaje.
Por lo general, las sondas 3300 XL tienen una sensibilidad de 200 mV por milésimas de pulgada.
Como pueden ver en mi experimento:
Cuando la sonda toca el metal, esencialmente a una distancia de 0,000”, el voltaje que sale del transductor es: 618 mV.
Cuando la distancia aumenta a 0,005”, el voltaje sigue siendo 618 mV.
Esto significa que la sonda no se encuentra dentro de su rango lineal. En resumen, no se puede utilizar hasta que se encuentre dentro del rango lineal de lecturas.
Cuando el espacio está entre 0,005” y 0,110”, el gráfico dibuja una bonita línea recta.
La pendiente de esa línea es la sensibilidad de la sonda.
Para la prueba que realicé, la pendiente de la línea es: 210,28 mv/mil.
Para un espacio superior a 0,110”, la línea se aplana y el voltaje permanece en 23,520 V. Ya a esta distancia estamos fuera del rango lineal nuevamente.
De este experimento podemos concluir que esta sonda es útil para medir distancias u holguras de 0,105” o menos.
Esto también significa que por cada cambio de un (1V) voltio medido, la brecha ha cambiado aproximadamente 0,005”.
Esto es suficiente cuando estámos monitoreando la salud de nuestras máquinas y queremos medir tanto la posición del rotor como las vibraciones .
Dado que la sonda Eddy utiliza campos magnéticos para medir la distancia, es importante que el metal base esté desmagnetizado. La norma API 687 recomienda que los rotores tengan un magnetismo residual inferior a 2 Gauss.
Siempre me intrigó descubrir qué efecto podía tener el magnetismo sobre el ERO, así que realicé un breve experimento.
Coloqué mi sonda a una distancia de 10,01 voltios (esto equivale a aproximadamente 0,050 pulgadas del objetivo).
Moví un imán, teniendo cuidado de no tocar nada más.
Se puede observar cómo el voltaje varía de 9,99 V a 10,05 V; esto representa una oscilación de 0,06 V.
Con una sensibilidad de 200 mV/mil, esto equivale a 0,0003", y en el mundo de los equipos rotativos, como turbinas de vapor y compresores, ¡eso puede ser mucho!
Este es un buen punto de parada.
Aún queda mucho por cubrir, especialmente algunos mitos adicionales y algunas posibles áreas grises de interpretación que rodean el concepto de desgaste mecánico y eléctrico.
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