Alineación de turbinas: herramientas y estrategias para un rendimiento óptimo

Las turbinas son un componente esencial de muchas industrias, como la generación de energía y la del petróleo y el gas. Por ello, mantenerlas operativas es una prioridad absoluta para los equipos de estas industrias. La alineación regular es una práctica estándar de mantenimiento preventivo, pero las máquinas grandes y complejas, como las turbinas de vapor y de gas, pueden ser especialmente difíciles de alinear.

Esta guía abordará la importancia de la alineación de turbinas y los desafíos que enfrentan los equipos durante el proceso. También analizaremos las herramientas y las mejores prácticas que pueden utilizar los equipos para garantizar una alineación precisa, incluso en entornos difíciles.

¿Qué es una turbina?

Una turbina es una máquina que convierte la energía de un fluido en movimiento (líquido, gas o aire) en energía mecánica rotacional, que suele utilizarse para generar energía eléctrica o impulsar otras máquinas. Por ejemplo, las turbinas eólicas se utilizan para convertir la energía eólica en electricidad. Las turbinas de vapor hacen lo mismo: convierten el vapor producido en una caldera (procedente de fuentes como combustibles fósiles, reacciones nucleares o calor geotérmico) en energía mecánica rotacional, que posteriormente puede convertirse en electricidad. Las turbinas de gas industriales también se utilizan para producir energía mecánica para impulsar generadores, compresores o bombas.

Para que la energía se transfiera sin problemas, ya sea desde una turbina eólica que la convierte en energía eléctrica o desde una turbina de vapor que crea energía mecánica, todas las máquinas involucradas en el proceso deben estar correctamente alineadas a lo largo del mismo eje de rotación.

Por qué es importante la alineación de la turbina

La desalineación de las turbinas reduce la eficiencia durante la transferencia de potencia. Esta desalineación aumenta la fricción, por lo que parte de la energía producida se pierde en forma de calor (energía térmica) en lugar de transferirse al medio deseado. Las vibraciones también pueden aumentar, lo que constituye un desperdicio de energía mecánica.

Además del desperdicio de energía, el calor excesivo y las vibraciones pueden dañar las máquinas y los componentes. La desalineación genera una distribución desigual de las fuerzas entre componentes como sellos, rodamientos y otros, lo que acorta su vida útil y aumenta los costos de mantenimiento.

La desalineación es la causa principal de más de la mitad de las fallas en equipos rotativos, y en equipos gigantescos como las turbinas, el costo de repararlas puede aumentar rápidamente. El aumento del mantenimiento para reemplazar componentes defectuosos también genera tiempos de inactividad excesivos y mayores costos de mano de obra, lo que afecta los ingresos y la producción mientras los equipos trabajan para reemplazar componentes o realizar reparaciones.

Cuanto más grande sea la turbina, mayor será la potencia que puede convertir. Sin embargo, su mayor tamaño también plantea importantes desafíos para la alineación de las turbinas.

Desafíos de la alineación de turbinas

En un entorno más pequeño, puede que solo haya que alinear dos ejes. Sin embargo, las alineaciones de turbinas más grandes y complejas requieren la alineación de todo el tren de máquinas, incluyendo turbinas, generadores, compresores y cajas de engranajes, para cumplir con las tolerancias geométricas requeridas.

Pero es más fácil decirlo que hacerlo, especialmente en la generación de energía y otras industrias pesadas que utilizan turbinas enormes. Los principales desafíos de este tipo de alineación de acoplamiento múltiple incluyen:

• Restricciones de tamañoLos rotores y carcasas de las turbinas pueden ser extremadamente grandes y pesados. Por ejemplo, las palas de una turbina de vapor pueden alcanzar los 1.83 metros (6 pies) de longitud, mientras que las de una turbina eólica pueden superar los 150 metros (492 pies), una longitud superior a la de un campo de fútbol. Las carcasas pueden pesar miles de toneladas. Estos enormes tamaños pueden dificultar tanto la medición como el logro de la alineación.
• PesoLas turbinas de vapor están encerradas en una carcasa, que debe retirarse para una alineación correcta. Sin embargo, el peso de la carcasa puede desalinearlas. Incluso si la alineación se realiza perfectamente con la tapa desmontada, volver a colocarla puede desplazar los componentes lo suficiente como para causar una desalineación.
• Expansión térmicaAlinear turbinas de vapor puede ser especialmente difícil, ya que pueden operar a temperaturas superiores a 1,093 °C (2,000 °F). Dado que los materiales se expanden a diferentes velocidades y debido a las altísimas temperaturas que pueden alcanzar estos componentes, la expansión térmica es un gran reto para lograr la alineación de turbinas de vapor y gas. Los componentes pueden expandirse muchos milímetros a 1093 °C (2,000 °F), lo que requiere ajustes predictivos durante la alineación de la turbina.
• Aumento de errores potencialesLos trenes de máquinas complejos con múltiples acoplamientos suelen incluir un rotor, una caja de engranajes y un generador, que deben estar alineados. Cada acoplamiento añade un posible punto de desalineación. Las grandes distancias entre los componentes, además de los múltiples acoplamientos, complican el proceso de alineación de la turbina.
• Acceso limitadoLos entornos de campo desafiantes a menudo limitan el acceso y dificultan la toma de mediciones de alineación. Por ejemplo, es posible que las máquinas no puedan girar completamente durante el proceso de alineación debido a la restricción de movimiento. Las turbinas de las centrales nucleares se encuentran en zonas de radiación controlada, lo que limita el acceso de los técnicos. Además, estos pueden tener una línea de visión obstruida o tener que trabajar en espacios reducidos.

A pesar de los desafíos, la alineación de la turbina se puede lograr con las herramientas y las prácticas de mantenimiento adecuadas.

Mejores prácticas de alineación de turbinas

La correcta alineación de las turbinas es fundamental para garantizar una transferencia eficiente de energía, minimizar el desgaste y prolongar la vida útil de los componentes en sistemas industriales y de generación de energía. A continuación, se presentan las mejores prácticas para lograr y mantener la alineación, incluso ante desafíos como la escala masiva, la expansión térmica y los trenes de máquinas complejos.

1. Alinear durante la puesta en servicio

La alineación comienza en la fase de puesta en servicio, cuando se instala o revisa un sistema de turbina. Esta alineación inicial establece las bases para el rendimiento y la longevidad. Por ejemplo, el rotor de una turbina de vapor, que puede pesar hasta 40 toneladas, debe alinearse con una precisión de 0.02 mm para garantizar un funcionamiento fluido con generadores o compresores. Utilice herramientas de alta precisión, como los sistemas de alineación láser, para medir las líneas centrales de los ejes a grandes distancias, como los 20-30 metros de un tren de máquinas típico. Una correcta alineación en la puesta en servicio reduce las vibraciones iniciales y previene el desgaste acumulativo, lo que reduce los costes de mantenimiento a lo largo de la vida útil de la turbina.

2. Compensar el crecimiento térmico

Dirigirse expansión térmica, utilice datos de crecimiento térmico proporcionados por el fabricante o modelos de software para predecir las tasas de expansión de materiales como acero o aleaciones de titanio.

3. Utilice capacidades avanzadas para la alineación del tren de máquinas

Los sistemas modernos de alineación láser, como los de Pruftechnik, permiten la función de "movimiento en vivo", lo que permite a los técnicos ajustar los componentes en tiempo real mientras supervisan la alineación en todos los acoplamientos. Las herramientas de movimiento en vivo proporcionan información visual, lo que garantiza que los ajustes mantengan todo el tren dentro de la tolerancia. Esto es especialmente vital en entornos de campo donde el acceso restringido dificulta los ajustes.

4. Controles de rutina y datos de alineación de tendencias

La alineación no es una tarea única. Las revisiones periódicas son esenciales para mantener el rendimiento a medida que las turbinas envejecen o cambian las condiciones de operación. Programe inspecciones de alineación durante el mantenimiento planificado o después de eventos importantes, como la reinstalación de la carcasa. Utilice sensores de alineación y monitoreo de vibraciones para analizar las tendencias de los datos a lo largo del tiempo e identificar desalineaciones graduales antes de que causen daños. Almacene los datos de alineación en software de mantenimiento para rastrear tendencias, como el aumento de la vibración o el desgaste de los rodamientos, y predecir cuándo es necesaria una realineación.

Cómo los sistemas de alineación láser simplifican la alineación de turbinas

La alineación de turbinas mediante métodos tradicionales, como los relojes comparadores, es extremadamente compleja debido al tamaño y la complejidad de las máquinas. Sin embargo, los sistemas de alineación de un solo láser, como Alineación de rotación, OptAlign y Alineación de ejes Están diseñados para adaptarse al desafiante entorno de la alineación de ejes de turbinas y tienen varias características que permiten lograr una alineación perfecta.

El tamaño de las turbinas impide que giren libremente durante el proceso de alineación sin la ayuda de grúas, cadenas de arrastre o gatos hidráulicos. Funciones como el modo de medición IntelliPoint registran la alineación en múltiples puntos de parada, eliminando errores causados ​​por rotación irregular o asentamiento del eje.

LiveTrend es otra función de Pruftechnik que mide y registra los cambios de posición en tiempo real causados ​​por el crecimiento térmico durante la operación, midiendo el desplazamiento paralelo y angular. Los equipos pueden utilizar esta información durante las alineaciones en frío para posicionar los ejes de las turbinas de modo que estén alineados cuando alcancen la temperatura de operación completa.

Incluso alinear trenes de máquinas complejos con múltiples acoplamientos es más fácil con herramientas láser. RotAlign Touch Puede alinear un tren de máquinas de hasta 14. En el modo de acoplamiento múltiple, un solo giro del eje permite tomar lecturas de cada acoplamiento del tren, sin necesidad de mover los sensores entre ellos. El sistema proporciona resultados que muestran cuánto debe moverse cada máquina del tren para lograr la alineación, lo que proporciona flujos de trabajo listos para el campo que simplifican incluso las alineaciones de máquinas más complejas.

Todos los sistemas de alineación láser de Pruftechnik pueden subir documentación digital directamente a la nube para facilitar el acceso, la generación de informes y la trazabilidad a largo plazo. Esto garantiza que cada alineación se registre, revise y almacene, lo que ayuda a los equipos a demostrar el cumplimiento normativo y a optimizar el mantenimiento futuro.

Los sistemas de alineación láser pueden cortar alineación de turbinas de vapor tiempo a la mitad. Con Sistemas de alineación láser de PruftechnikLa alineación de la turbina no sólo se vuelve alcanzable, sino también eficiente, precisa y repetible.