Agotamiento en sensores de proximidad

Este artículo trata sobre el tema Run-Out en Sensores de proximidad.

1. OBJETIVO

Este documento establece definiciones, criterios de aceptación y procedimientos de compensación relacionados con el fenómeno de vibraciones relativas (excentricidad de rotación) en sistemas de medición de vibraciones radiales y posición axial de ejes basados ​​en sondas de proximidad inductivas (sondas de corrientes parásitas), de acuerdo con los requisitos consolidados en la norma API 670 – Sistemas de Protección de Maquinaria y en la norma API 541 – Motores de inducción de jaula de ardilla enrollados, aplicable a máquinas rotativas críticas (Esta norma se aplica a los engranajes con una potencia nominal de, compresores, grandes motores y generadores).

2. Agotamiento en sensores de proximidad – REFERENCIAS NORMATIVAS

• Estándar API 670 - Sistemas de protección de maquinaria para petróleo, Servicios para la industria química y del gas (edición actual, actualmente 5ta edición);
• Estándar API 541 - Motores de inducción de jaula de ardilla bobinados – 500 Caballos de fuerza y ​​más grandes;
• YO ASI 21940 (serie) – Equilibragem de rotores rígidos;
• YO ASI 20816 (sustitutos ISO 7919/10816) – Evaluación de vibraciones mecánicas en máquinas mediante mediciones en piezas giratorias y no giratorias.;
• Especificaciones de compra del usuario final (especificaciones del comprador), que normalmente imponen límites de agotamiento más restrictivos que el mínimo regulatorio.

3. Agotamiento en sensores de proximidad – DEFINICIONES

3.1 Desviación total indicada (tir) — variación total de la señal de separación (voltaje/distancia) medido por la sonda de proximidad en una revolución completa del eje, que no atribuible a vibración dinámica real. También llamado sin, o, en la condición específica de baja rotación, agotamiento lento del rollo.

3.2 agotamiento mecánico — Componente TIR asociada a desviaciones geométricas físicas., incluyendo:

• Fuera de la circularidad (falta de redondez) desde la pista de la sonda (pista de sonda) y/o la corriente (diario) del rodamiento;
• Falta de concentricidad entre la pista de la sonda y la muñequilla.;
• Defectos superficiales en el área de observación. (riesgos, corrosión, marcas de mecanizado);
• Desalineación o deformación (arco) del eje.

3.3 agotamiento electrico — Componente TIR asociado con variaciones locales en las propiedades electromagnéticas del material de la veta. (conductividad, permeabilidad magnética), que surge de la heterogeneidad metalúrgica, magnetización residual, tensiones residuales o tratamiento térmico no uniforme, incluso en ausencia de cualquier desviación geométrica.

3.4 Rollo lento - de acuerdo a API 541, 52da edición, sección 6.3.3.3, Condición en la que el rotor de motores/generadores con cojinetes de película de aceite gira en un rango típicamente entre 200 mi 300 RPM, velocidad a la que los efectos dinámicos (fuerzas de desequilibrio, torbellino de aceite, etcétera) son considerados despreciables, haciendo que la señal 1X medida en esta condición sea representativa, por definición, quedarse sin puro.

3.5 Compensación por agotamiento (Compensación de descentramiento) — proceso de resta de vectores (amplitud y fase, a frecuencia 1X) o por la forma de onda completa de la señal de balanceo lento de la señal medida a la velocidad de funcionamiento, para aislar el componente de vibración dinámica real.

4. REQUISITOS REGLAMENTARIOS APLICABLES

4.1 Compensación de datos sincrónica obligatoria

De acuerdo a API 670, apartado sobre tratamiento de datos (N.13.2.3), Los sistemas de monitoreo de protección deben proporcionar compensación de agotamiento para datos muestreados sincrónicamente con rotación del eje, la compensación es aceptable tanto por vector (amplitud/fase na 1X) según la forma de onda completa.

4.2 Desglose de los componentes TIR

El TIR total observado en una medición de campo resulta de la superposición de, no mínimo, cuatro componentes discretos e independientes:

• Falta de redondez de la superficie del muñón,
• Fuera de circularidad de la zona de lectura de la sonda de proximidad,
• Falta de concentricidad entre las dos superficies.,
• agotamiento electrico

Los métodos de prueba en banco de fábrica nos permiten discriminar estos cuatro componentes individualmente., Permitir acciones correctivas específicas antes del ensamblaje final de la máquina..

4.3 Área de observación de la sonda (pista de sonda)

La norma exige que la superficie de la vena observada por la sonda (pista de sonda) Cumple con los requisitos de acabado superficial y está libre de defectos., de manera consistente con los límites de descentramiento especificados por el comprador. Las especificaciones de compra generalmente buscan reducir el descentramiento lento del rollo al mínimo posible., Se sabe que este es uno de los requisitos más difíciles de cumplir consistentemente durante las pruebas finales de fábrica., ser capaz, cuando no responde, generar retrasos en la entrega de equipos críticos.

4.4 Límites de aceptación

Los límites numéricos de la TIR permitida (normalmente se expresa en mils o µm de pico a pico, o como porcentaje del valor de la alarma de vibración) no son universalmente reparados por la API 670, siendo definido contractualmente por el comprador/especificador en base a:

• Criticidad de la máquina;
• Amplitud de los límites de disparo de alarma y vibración adoptados (normalmente del orden de 10 a 15 mils / 250–380 µm pp para alarma y 25 mils / 635 µm pp para disparo en máquinas críticas grandes, según la práctica habitual de API);
• Rotación nominal y juego diametral del rodamiento.

Como práctica general de ingeniería., se recomienda que la TIR no supere una pequeña fracción (típicamente citado en el rango de 25% o menos) del valor de alarma por vibración establecido, para que el error de medición no comprometa el margen de detección de fallos reales.

5. PROCEDIMIENTO DE COMPENSACIÓN REGULATORIA (COMPENSACIÓN DEL ROLLO LENTO)

1. Preparación: gire el eje con un volteador (engranaje giratorio) o arranque controlado hasta alcanzar el rango de velocidad de rollo lento (normalmente entre 200 y 300 RPM según API 541, u otro rango definido por el fabricante donde las fuerzas dinámicas son insignificantes).
2. Adquisición de vectores de referencia: registrar amplitud y fase de la señal 1X (o la forma de onda completa) en cada plano de medición, en esta condición de rotación lenta.
3. Almacenamiento: el vector (o forma de onda) El rollo lento se almacena en el sistema de monitoreo como referencia de compensación..
4. Compensación en funcionamiento: durante el funcionamiento a velocidad nominal, el sistema resta vectorialmente el valor de balanceo lento de la señal medida en tiempo real, entregando un valor compensado por vibración dinámica, ambos con fines de protección (alarma/disparo) en cuanto al análisis de diagnóstico.
5. Revalidación periódica: La compensación debe ser reevaluada siempre que haya intervención mecánica en el eje. (mecanizado, a la izquierda, desmontaje de rodamientos), Cambio de material en la región de la pista de la sonda., o signos de no repetibilidad del patrón de agotamiento entre partidos.

5.1 Condición de validez de la compensación

La compensación de balanceo lento es válida sólo mientras el agotamiento sea repetible partido tras partido. Si el patrón TIR varía entre mediciones sucesivas de balanceo lento (nueva magnetización residual, desgaste progresivo de la pista, deformación térmica permanente), la compensación almacenada ya no representa correctamente el error sistemático y debe rehacerse, corre el riesgo de introducir errores adicionales en lugar de corregirlos.

6. MÉTODOS DE VERIFICACIÓN Y MITIGACIÓN

Acción	Propósito normativo
Inspección visual y dimensional del recorrido de la sonda.	Identificar el descentramiento mecánico debido a defectos superficiales.
Medición del campo magnético residual (gausmetro) en el camino	Identificar agotamiento eléctrico
Prueba de discriminación 4 componentes en el banco de fábrica	Aislar la causa raíz (debería tener, camino, concentricidad, eléctrico) antes del montaje
Comprobación del acabado superficial (aspereza) según las especificaciones del fabricante de la sonda	Reducir el agotamiento mecánico original en el mecanizado.
Desmagnetización de la zona de la vía después del mecanizado/soldadura	Reducir el agotamiento eléctrico
Uso de un par de sondas X-Y a 90° por plano de medición (según la práctica API 670 para máquinas críticas)	Permitir el análisis orbital y la discriminación entre vibración real y agotamiento.

7. CONSECUENCIAS DEL INCUMPLIMIENTO

No manejar adecuadamente el agotamiento, no cumple con los requisitos de compensación API 670, puede resultar en:

• Falsos alarmes/trips del sistema de protección, con parada de máquina no programada;
• Enmascaramiento de vibraciones reales (por cancelación parcial del vector), Retrasar la detección de fallos incipientes como el desequilibrio., desalineación o grietas en el eje;
• Incumplimiento contractual contra las especificaciones de compra del usuario final, con posibles impactos en el cronograma de entrega y la aceptación de pruebas en fábrica (GORDO).

8. EJEMPLO – RUN-OUT A PROVOCAR DISPARO DE TURBINA A VAPOR

En la siguiente figura puedes ver la evolución del nivel de vibración., durante la parada, en los sensores de vibración relativos de un cojinete de turbina. Se puede ver que cuando la máquina funciona debajo 4650 RPM, el nivel de vibración no cae por debajo de 45 μm p-p, que es el descentramiento del eje de la máquina.

Figura 2 – Evolución del nivel de vibración durante la parada, en los sensores de vibración relativos del cojinete de la turbina

Esta desviación también se puede ver en la forma de onda de los mismos sensores de desplazamiento., en la figura siguiente.

Figura 3 – Forma de onda de los sensores de vibración relativos del cojinete de la turbina durante la parada. 3858 rpm, donde se puede ver el agotamiento del 45 μm pp.

Este agotamiento también es muy visible en la órbita medida por estos mismos sensores en 7017 rpm, como se ve en la siguiente figura.

Figura 4 – Órbita medida por sensores de vibración relativa del rodamiento de turbina, una 7017 rpm.

El riesgo que se observa en órbita en la figura anterior es responsable de una parte importante del aumento de vibraciones en la fase final de arranque de la máquina y que generó un disparo., y que se puede ver en el siguiente gráfico.

Figura 5 – Aumento de vibraciones en la fase final de arranque de la máquina en la sonda Y y que genera el disparo.

En la sonda X, por lo contrario, Hay una disminución en el nivel de vibraciones..

Comparando la órbita con 7018 RPM con la misma medida 6388 rpm, que se puede ver en la siguiente figura, entender por qué sucede esto.

Figura 6 – Comparación de órbita con 6481 rpm (eje mayor vertical) está en 7018 rpm (eje mayor inclinado 45º hacia la izquierda)

Una “pseudoelipse”, descrita por la órbita cuando la máquina gira 6481 rpm, tiene el eje largo en la dirección vertical. Vista desde la sonda X e Y (con las posiciones marcadas en la esquina superior derecha e izquierda respectivamente, ambos a 45º de la vertical, cada uno a su lado) la amplitud pico-pico medida por los dos, es aproximadamente igual.

Figura 8 – Comparación de medidas en órbita. 6481 rpm (eje mayor vertical) está en 7018 rpm (eje mayor inclinado 45º hacia la izquierda)

Por otro lado, una “pseudoelipse”, descrita por la órbita cuando la máquina gira 7018 rpm, tiene el eje largo en la dirección de la sonda Y. Además, el efecto del riesgo (vibraciones relativas) también se alinea con el eje de la sonda Y, sumando los dos efectos. Por otro lado, la órbita presenta su eje menor a la sonda X. Entonces el 7018 rpm la amplitud pico-pico en la dirección X es mucho menor que en la dirección Y.

O sea, la órbita descrita por el centro geométrico del eje de la máquina, gira en sentido antihorario, durante este aumento de velocidad, y este efecto genera el crecimiento de las vibraciones según Y y su disminución, segundo.

Así, el valor de la vibración pico-pico real, del eje de la turbina en el lado del reductor, sin el efecto del riesgo, es más bajo en aproximadamente 40 μm pico-pico al valor medido por la sonda Y y estará cerca del límite superior de la zona C. De esta forma, restando este valor, al valor medido de 143 μm pico-pico, El valor real de vibración de este rodamiento., debe estar en el orden de 100 μm pico-pico, dentro de lo que se consideraba adecuado para el servicio a largo plazo.

9. CONCLUSIÓN

El tratamiento normativo del run-out en sondas de proximidad inductivas no es un refinamiento opcional, pero un requisito explícito para el diseño y operación de sistemas de protección de máquinas según la API 670. Correcta discriminación entre agotamiento mecánico y eléctrico., combinado con compensación vectorial de balanceo lento según API 541/670 y la revalidación periódica de esta compensación, es una condición necesaria para garantizar la integridad de los datos de vibración utilizados tanto en protección (alarma/disparo) así como diagnóstico del estado de máquinas rotativas críticas..