¿Qué es el crecimiento térmico? Cómo un fabricante líder de turbinas mantiene el crecimiento térmico bajo control

Por Eric Elder

El crecimiento térmico es la expansión de la materia causada por un aumento de la temperatura. En los equipos rotativos, esto sucede mientras la máquina está en uso, ya que el calor se acumula cuando las partes individuales dentro del activo se mueven e interactúan entre sí.

Factores como la fricción hacen que la temperatura del equipo aumente. El aumento de calor hace que el metal se expanda, lo que produce una dilatación térmica que, si no se tiene en cuenta en el proceso de alineación, puede provocar desalineaciones. Incluso pequeñas cantidades de dilatación térmica pueden causar problemas de alineación importantes y una cascada de problemas resultantes en el equipo rotatorio.

En este artículo, aprenderá las causas del crecimiento térmico, cómo reducirlo y por qué la alineación láser puede ayudarlo a mantener el crecimiento térmico bajo control, tal como lo hizo para un fabricante líder de turbinas.

¿Cómo se calcula el crecimiento térmico?

Para calcular el crecimiento térmico de un equipo rotatorio, es necesario conocer tres datos clave.

En primer lugar, es necesario conocer la temperatura diferencial, T, del material. Se trata de la diferencia de temperatura entre el material cuando el equipo rotatorio está frío en reposo y la temperatura más alta que alcanza el equipo mientras está en uso.

Ejemplo: La temperatura de la máquina cuando no está en uso es de 70 °F. El equipo alcanza los 130 °F cuando está en uso. En este caso, Temperatura: 60 °F.

A continuación, debe conocer la dimensión lineal del material que se va a calcular. La dimensión lineal es la longitud del material en pulgadas (in).

Ejemplo: El eje giratorio tiene 10 pulgadas de largo. En este caso, L = 10 pulgadas.

Por último, es necesario conocer el coeficiente de expansión térmica lineal del material en cuestión. Se trata de una constante que depende del material que se utilice. A continuación se muestra una tabla con el coeficiente de expansión térmica lineal para los tipos de metal más comunes que se utilizan en equipos rotativos:

Ejemplo: El eje en cuestión está hecho de acero inoxidable. El coeficiente es .0000074.

Multiplique los tres números para encontrar la expansión térmica del equipo.

T x L x C = Crecimiento térmico en pulgadas

Ejemplo: 60 °F x 10 pulgadas x 0000074 = 0.00444. El eje crecerá .00444 pulgadas.

Causas del crecimiento térmico

El aumento térmico se produce por el aumento de la temperatura de funcionamiento de los equipos rotativos cuando están en uso. El aumento de la temperatura puede tener muchas causas, algunas de las cuales son normales y no son motivo de alarma.

Incluso con una lubricación adecuada, la fricción causada por las piezas móviles de la máquina puede provocar aumentos de temperatura. Los componentes eléctricos, como los motores y los transformadores, pueden generar calor debido a la resistencia en sus bobinados y circuitos, y procesos como la conversión de energía eléctrica en energía mecánica también pueden provocar un aumento de temperatura.

Es importante realizar un seguimiento periódico del crecimiento térmico que experimenta un activo para establecer una línea de base. Cuando las máquinas generan más calor de lo normal, puede ser una señal de que su equipo rotativo puede tener problemas subyacentes.

Cómo reducir el crecimiento térmico

El aumento térmico es un resultado natural del uso de equipos rotativos. Sin embargo, si las temperaturas aumentan más allá de las temperaturas de funcionamiento seguras normales esperadas, esto puede indicar un problema que debe solucionarse mediante el mantenimiento de la máquina.

Dependiendo del tipo de equipo, aquí hay algunos pasos que pueden mantener bajo control el crecimiento térmico:

• Lubricación:Una lubricación adecuada puede ayudar a reducir la fricción, que hace que aumente la temperatura en el equipo rotatorio.
• Ventilación:Revise las rejillas de ventilación y los ventiladores para asegurarse de que funcionen correctamente y no estén bloqueados.
• Problemas eléctricos:Verifique que todos los componentes eléctricos funcionen correctamente. Las irregularidades de voltaje, las conexiones deficientes y el cableado defectuoso pueden provocar sobrecalentamiento.
• Daño de componentes:Los componentes dañados, como cojinetes o sellos, pueden provocar aumentos de temperatura debido a una mayor fricción.
• Alineación de ejes:Asegurarse de que el equipo rotatorio esté correctamente alineado también puede reducir la fricción y el calor causados ​​por el exceso de tensión en los componentes.

Cómo las herramientas de alineación láser ayudan a reducir el crecimiento térmico excesivo

La alineación de ejes puede ayudar a reducir los efectos negativos del crecimiento térmico. El proceso de alineación en sí también debe tener en cuenta el crecimiento térmico.

El ejemplo presentado anteriormente se ha simplificado para explicar el crecimiento térmico. En realidad, contabilizar el crecimiento térmico en equipos rotativos puede ser mucho más complicado.

Los equipos rotativos suelen estar compuestos por más de un tipo de material. El equipo también puede experimentar un calentamiento desigual en toda la máquina, y la expansión térmica no se limita al eje en sí. Por ejemplo, la parte delantera de una máquina puede tener un ventilador que la ayude a enfriarse, por lo que no alcanza temperaturas tan altas como la parte trasera de la máquina. Y para complicar aún más las cosas, la expansión térmica se produce en todas las direcciones, no solo en una.

Todos estos factores hacen que la alineación tradicional de equipos rotativos sea casi imposible si se tiene en cuenta el crecimiento térmico. Sin embargo, los métodos de alineación láser tienen en cuenta automáticamente el crecimiento térmico y ofrecen una alternativa moderna.

La alineación láser funciona mediante un transmisor y un detector. Estos se montan en la máquina por encima de los ejes mientras el equipo rotatorio está frío. Una vez montados los dispositivos, se enciende el equipo. El dispositivo registra los cambios que se producen entre ambos lados del eje a medida que la temperatura continúa aumentando.

Una vez que la temperatura se estabiliza en su punto más alto, los datos se pueden utilizar para realizar la alineación. Tiene en cuenta tanto el crecimiento térmico vertical como el horizontal que se produce mientras el equipo está en funcionamiento.

Tener en cuenta el crecimiento térmico durante el proceso de alineación garantiza que el equipo rotatorio permanezca correctamente alineado durante su uso. Si no se toma este paso clave, el crecimiento térmico provocará una desalineación.

Estudio de caso: Un fabricante líder de turbinas mantiene bajo control el crecimiento térmico

Cuando se trata de máquinas de alta velocidad, como las turbinas, el crecimiento térmico es algo que las empresas casi siempre deben controlar.

Un equipo de servicios de PRÜFTECHNIK ayudó a un fabricante líder de turbinas de gas industriales para el mercado global de generación de energía a medir con precisión el crecimiento térmico de una unidad de turbina utilizando ROTALIGN® touch.

Con miles de unidades que acumulan miles de millones de horas de funcionamiento, este fabricante entiende la importancia de la alineación de precisión. Por eso recurrió a PRUFTECHNIK, como líder mundial en alineación de ejes láser, para que se encargara de la medición.

¿Qué es el crecimiento térmico? Es la expansión de una máquina a medida que aumenta su temperatura debido al funcionamiento regular. La orientación térmica alinea correctamente los ejes cuando se calientan hasta alcanzar las temperaturas de funcionamiento.

Las turbinas de gas producen una gran cantidad de calor y, por lo tanto, están sujetas a una importante expansión térmica. Si no se tiene en cuenta la expansión térmica, los ejes pueden quedar desalineados y producir vibraciones no deseadas y daños en los cojinetes. Estos efectos secundarios, en última instancia, reducen la vida útil de una máquina y dan lugar a tiempos de inactividad de la misma.

Para evitarlo, el fabricante de turbinas utiliza la última tecnología disponible para tener en cuenta el crecimiento térmico y alinear correctamente los ejes de sus turbinas.

Figura 1: Un ejemplo de una tendencia de crecimiento térmico.

El fabricante de turbinas de gas ha elegido los servicios de alineación de PRÜFTECHNIK y la plataforma de alineación avanzada de la serie ROTALIGN® para ajustar sus turbinas de gas para obtener el mejor rendimiento.

ROTALIGN touch cuenta con un sistema basado en láser que incluye un transmisor y un detector. Estos se montan en la turbina de gas y la máquina accionada en una ubicación justo por encima de los ejes. Una vez que los dispositivos están montados de manera estable, la turbina alcanza velocidades operativas.

A medida que aumenta la temperatura de la turbina, el dispositivo registra datos que muestran la relación de movimiento entre las máquinas motrices y las impulsadas.

Figura 2: Un ejemplo de resultados de crecimiento térmico.

El registro de datos se completa una vez que la temperatura de la máquina se ha estabilizado. La plataforma de alineación de la serie ROTALIGN® es capaz de analizar los datos automáticamente para determinar los cambios horizontales y verticales necesarios en las ubicaciones de montaje de la turbina de gas, como se ve en la Figura 2.

Estos cambios permiten que la máquina esté correctamente alineada cuando está funcionando a temperaturas operativas. El fabricante de turbinas de gas está aprovechando esta tecnología para adaptar sus turbinas para lograr una mayor confiabilidad y un rendimiento óptimo. Con los productos y servicios de PRUFTECHNIK, el crecimiento térmico de sus máquinas está bajo control.

Eric Elder es Gerente de Servicio PRUFTECHNIK para las Américas en Fluke Reliability.