O que é crescimento térmico? Como um fabricante líder de turbinas mantém o crescimento térmico sob controle

Por Eric Elder

O crescimento térmico é a expansão da matéria causada por um aumento na temperatura. Em equipamentos rotativos, isso acontece enquanto a máquina está em uso, pois o calor se acumula quando partes individuais dentro do ativo se movem e interagem umas com as outras.

Fatores como atrito fazem com que a temperatura do equipamento aumente. O aumento do calor faz com que o metal se expanda, resultando em crescimento térmico, que, se não for contabilizado no processo de alinhamento, pode causar desalinhamentos. Mesmo pequenas quantidades de crescimento térmico podem causar grandes problemas de alinhamento e uma cascata resultante de problemas em equipamentos rotativos.

Neste artigo, você aprenderá as causas do crescimento térmico, como reduzi-lo e por que o alinhamento a laser pode ajudar a manter o crescimento térmico sob controle, assim como aconteceu com um fabricante líder de turbinas.

Como calcular o crescimento térmico?

Para calcular o crescimento térmico de equipamentos rotativos, você precisa conhecer três informações importantes.

Primeiro, você precisa saber a temperatura diferencial, T, do material. Essa é a diferença de temperatura entre o material quando o equipamento rotativo está frio em repouso e a temperatura mais alta que o equipamento atinge enquanto está em uso.

Exemplo: A temperatura da máquina quando não está em uso é de 70 °F. O equipamento atinge 130 °F quando está em uso. Neste caso, Temperatura = 60 °F.

Em seguida, você precisa saber a dimensão linear do material que está sendo calculado. A dimensão linear é o comprimento do material em polegadas (in).

Exemplo: O eixo giratório tem 10 polegadas de comprimento. Neste caso, L = 10 pol..

Por fim, você precisa saber o coeficiente de expansão térmica linear para o material em questão. Esta é uma constante que depende do material que está sendo usado. Aqui está um gráfico com o coeficiente de expansão térmica linear para tipos comuns de metal usados ​​em equipamentos rotativos:

Exemplo: O eixo em questão é feito de aço inoxidável. O coeficiente é .0000074.

Multiplique os três números para encontrar a expansão térmica do equipamento.

T x L x C = Crescimento térmico em polegadas

Exemplo: 60 °F x 10 pol x .0000074 = 0.00444. O eixo crescerá .00444 polegadas.

Causas do crescimento térmico

O crescimento térmico é causado pelo aumento da temperatura operacional do equipamento rotativo quando em uso. O aumento da temperatura pode ter muitas causas, algumas das quais são normais e não são motivo para alarme.

Mesmo com lubrificação adequada, o atrito causado por peças móveis na máquina pode levar a aumentos de temperatura. Componentes elétricos como motores e transformadores podem gerar calor devido à resistência em seus enrolamentos e circuitos, e processos como conversão de energia elétrica em energia mecânica também podem causar aumento de temperatura.

É importante rastrear quanto crescimento térmico um ativo experimenta regularmente para estabelecer uma linha de base. Quando as máquinas geram mais calor do que o normal, pode ser um sinal de que seu equipamento rotativo pode ter problemas subjacentes.

Como reduzir o crescimento térmico

O crescimento térmico é um resultado natural do uso de equipamento rotativo. No entanto, se as temperaturas estiverem subindo além das temperaturas operacionais seguras normais esperadas, isso pode indicar um problema que precisa ser resolvido com manutenção da máquina.

Dependendo do tipo de equipamento, aqui estão algumas etapas que podem manter o crescimento térmico sob controle:

• Lubrificação: A lubrificação adequada pode ajudar a reduzir o atrito, que faz com que a temperatura em equipamentos rotativos aumente.
• Ventilação: Verifique as aberturas de ventilação e os ventiladores para garantir que estejam funcionando corretamente e não estejam bloqueados.
• Problemas elétricos: Verifique se todos os componentes elétricos estão operando corretamente. Irregularidades de voltagem, conexões ruins e fiação defeituosa podem causar superaquecimento.
• Dano de componente: Componentes danificados, como rolamentos ou vedações, podem causar aumento de temperatura devido ao maior atrito.
• Alinhamento do eixo: Garantir que o equipamento rotativo esteja alinhado corretamente também pode reduzir o atrito e o calor causados ​​pelo excesso de tensão nos componentes.

Como as ferramentas de alinhamento a laser ajudam a reduzir o excesso de crescimento térmico

O alinhamento do eixo pode ajudar a reduzir os efeitos negativos do crescimento térmico. O próprio processo de alinhamento também precisa levar o crescimento térmico em consideração.

O exemplo apresentado acima é simplificado para explicar o crescimento térmico. Na realidade, contabilizar o crescimento térmico em equipamentos rotativos pode ser muito mais complicado.

Equipamentos rotativos geralmente são feitos de mais de um tipo de material. O equipamento também pode sofrer aquecimento desigual em toda a máquina, e o crescimento térmico não se limita ao eixo em si. Por exemplo, a parte frontal de uma máquina pode ter um ventilador que a ajuda a resfriar, para que ela não atinja temperaturas tão altas quanto a parte traseira da máquina. E para complicar ainda mais as coisas, a expansão térmica ocorre em todas as direções, não apenas em uma.

Todos esses fatores tornam o alinhamento tradicional de equipamentos rotativos quase impossível quando se leva em consideração o crescimento térmico. No entanto, os métodos de alinhamento a laser consideram automaticamente o crescimento térmico e oferecem uma alternativa moderna.

O alinhamento a laser funciona usando um transmissor e um detector. Eles são montados na máquina acima dos eixos enquanto o equipamento rotativo está frio. Uma vez que os dispositivos são montados, o equipamento é ligado. O dispositivo registra as mudanças que ocorrem entre ambos os lados do eixo conforme a temperatura continua aumentando.

Uma vez que a temperatura se estabiliza em seu ponto mais alto, os dados podem ser usados ​​para executar o alinhamento. Ele leva em conta o crescimento térmico vertical e horizontal que ocorre enquanto o equipamento está em funcionamento.

Contabilizar o crescimento térmico durante o processo de alinhamento garante que o equipamento rotativo permaneça alinhado corretamente durante o uso. Sem tomar essa etapa fundamental, o crescimento térmico levará ao desalinhamento.

Estudo de caso: Fabricante líder de turbinas mantém crescimento térmico sob controle

Quando se trata de máquinas de alta velocidade, como turbinas, o crescimento térmico é algo que as empresas quase sempre precisam monitorar.

Uma equipe de serviços da PRÜFTECHNIK ajudou um fabricante líder de turbinas a gás industriais para o mercado global de geração de energia a medir com precisão o crescimento térmico de uma unidade de turbina usando o ROTALIGN® touch.

Com milhares de unidades acumulando bilhões de horas de operação, este fabricante entende a importância do alinhamento de precisão. É por isso que ele chamou a PRUFTECHNIK, como líder global em alinhamento de eixos a laser, para lidar com a medição.

O que é crescimento térmico? É a expansão de uma máquina à medida que sua temperatura aumenta devido à operação regular. O direcionamento térmico alinha adequadamente os eixos quando eles aquecem até as temperaturas operacionais.

As turbinas a gás produzem uma grande quantidade de calor e, portanto, estão sujeitas a quantidades significativas de crescimento térmico. Deixar de levar em conta a expansão térmica pode resultar em eixos desalinhados que produzem vibrações indesejadas e danos aos rolamentos. Esses efeitos colaterais, em última análise, reduzem a vida útil de uma máquina e resultam em tempo de inatividade da máquina.

Para evitar isso, o fabricante da turbina usa a mais recente tecnologia disponível para contabilizar o crescimento térmico e alinhar corretamente os eixos de suas turbinas.

Figura 1: Um exemplo de tendência de crescimento térmico.

O fabricante de turbinas a gás escolheu os serviços de alinhamento PRÜFTECHNIK e a plataforma avançada de alinhamento da série ROTALIGN® para ajustar suas turbinas a gás para melhor desempenho.

O ROTALIGN touch apresenta um sistema baseado em laser que inclui um transmissor e um detector. Eles são montados na turbina a gás e na máquina acionada em um local logo acima dos eixos. Uma vez que os dispositivos são montados de forma estável, a turbina acelera até velocidades operacionais.

À medida que a temperatura da turbina aumenta, o dispositivo registra dados que mostram a relação de movimento entre as máquinas motriz e acionada.

Figura 2: Um exemplo de resultados de crescimento térmico.

O registro de dados é concluído quando a temperatura da máquina é estabilizada. A plataforma de alinhamento da série ROTALIGN® é então capaz de analisar os dados automaticamente para determinar as mudanças horizontais e verticais necessárias nos locais de montagem da turbina a gás, conforme visto na Figura 2.

Essas mudanças permitem que a máquina seja alinhada corretamente quando estiver funcionando em temperaturas operacionais. O fabricante de turbinas a gás está aproveitando essa tecnologia para equipar suas turbinas para maior confiabilidade e desempenho ideal. Com os produtos e serviços PRUFTECHNIK, o crescimento térmico de suas máquinas está sob controle.

Eric Elder é gerente de serviços da PRUFTECHNIK para as Américas na Fluke Reliability.