La maquinaria rotativa, como las turbinas, las bombas y los compresores, está sometida continuamente a importantes fuerzas mecánicas. Dado que la mayoría de estas máquinas son fundamentales para el proceso, se implementan sistemas con funciones de protección y/o supervisión para evitar fallos. En este artículo destacamos algunos fallos comunes relacionados con la velocidad que pueden producirse en la maquinaria rotativa.
Protección de la velocidad
1. Exceso de velocidad
La construcción de la maquinaria rotativa está diseñada para soportar una determinada velocidad de rotación, conocida como velocidad de diseño. Cuando se produce un exceso de velocidad, el eje de la máquina gira más rápido de lo que la construcción de la máquina es capaz de soportar. Las fuerzas aumentan exponencialmente con la velocidad de rotación, lo que puede provocar que las piezas se suelten. Esto podría tener un impacto catastrófico tanto en el proceso como en el personal y el medio ambiente. Por lo tanto, los análisis de riesgos muestran que, en la mayoría de los casos, es obligatorio disponer de un sistema de protección contra el exceso de velocidad. Mediante mediciones de velocidad se puede determinar la velocidad de rotación (RPM). Un sistema de protección contra el exceso de velocidad garantiza que la velocidad de rotación se mantenga dentro de ciertos límites, para evitar daños en la máquina. Si se superan los valores límite predefinidos, la máquina se apaga inmediatamente (Figura 1). Estas paradas de la máquina deben producirse en un plazo muy breve. Según las directrices vigentes para máquinas (API 670), los sistemas de protección contra el exceso de velocidad deben tener un tiempo de respuesta que no supere los 40 ms.
El exceso de velocidad es el mayor temor de cualquier operador de maquinaria rotativa. No reaccionar a tiempo o el mal funcionamiento de un sistema de protección contra el exceso de velocidad podría provocar que se soltaran los álabes de la turbina o las piezas del rotor. En el peor de los casos, estas piezas atravesarían la carcasa de la turbina, poniendo en peligro la seguridad del personal y causando daños importantes al equipo accionado por la turbina.
2. Aceleración
Una aceleración demasiado rápida de una máquina rotativa puede provocar que esta entre en sobrevelocidad a pesar del sistema de protección contra sobrevelocidad existente, lo que da lugar a una situación peligrosa. Dependiendo de la velocidad de aceleración, detener el accionamiento de una máquina no conducirá inmediatamente a una disminución de la velocidad de rotación. Debido a las fuerzas importantes, la velocidad puede incluso aumentar poco después de que el accionamiento ya se haya detenido. Cuando se activa un sistema de protección contra el exceso de velocidad al alcanzarse el valor límite del 110 % de la velocidad de rotación máxima tolerable, un cierto grado de aceleración puede seguir provocando que la velocidad acumulada supere el 110 % permitido (Figura 2). De este modo, la máquina sigue alcanzando una velocidad de rotación crítica, lo que provoca daños.
Durante la puesta en marcha de una máquina rotativa, en función de la energía disponible, esta debe protegerse contra la aceleración. A diferencia de la protección contra el exceso de velocidad, la protección contra la aceleración no solo tiene en cuenta las revoluciones por minuto (RPM), sino también el aumento de las RPM en un intervalo de tiempo predeterminado. Cuando los sensores de velocidad detectan un aumento excesivo de la aceleración, el sistema de protección desconectará la turbina.
Cuando la máquina no está protegida contra la aceleración, seguirá entrando en sobrevelocidad. Un sistema de protección contra la sobrevelocidad no es capaz de detener la máquina a tiempo durante un aumento excesivo de la aceleración.
Monitorización de la velocidad
3. Rotación inversa
Puede ocurrir que la presión del proceso haga que un compresor gire en la dirección incorrecta mientras la turbina que acciona dicho compresor no está en funcionamiento. Esto se conoce como rotación inversa. Esta presión puede producirse porque la válvula de aspiración no se cierra correctamente, lo que provoca una fuga. Cuando se pone en marcha la turbina mientras el compresor se encuentra en este estado, se producirán daños. La presión que se acumula como resultado de la rotación inversa y la presión procedente de la turbina se contrarrestarán entre sí, lo que puede provocar, por ejemplo, daños en el acoplamiento. A menudo se trata de daños económicos, pero no supone un peligro directo para el personal ni para el medio ambiente.
4. Parada/deslizamiento lento
Es importante que la turbina esté realmente parada antes de iniciar los trabajos de revisión o mantenimiento. Al fin y al cabo, la enorme masa de una turbina puede provocar situaciones peligrosas si se inician los trabajos de mantenimiento mientras la turbina sigue girando lentamente. Para supervisar esto, las mediciones de velocidad deben realizarse durante un periodo más largo que las mediciones de velocidad normales, ya que la turbina funciona a una velocidad muy baja durante su proceso de parada.
5. Velocidad insuficiente
La velocidad insuficiente es lo contrario de la velocidad excesiva, pero constituye un fallo menos crítico. Para mantener un proceso en funcionamiento, una instalación debe mantener unas revoluciones por minuto (RPM) mínimas. El proceso ya no puede funcionar con unas RPM inferiores. Aunque la velocidad insuficiente es muy indeseable debido a la interrupción del proceso de producción, no tiene el mismo impacto catastrófico que la velocidad excesiva. Se pueden establecer valores límite para que se active una alarma cuando se alcance el número mínimo de RPM necesario para mantener el proceso en marcha. Esto permite al operador evitar que se produzca una velocidad insuficiente. Las mediciones de velocidad insuficiente también pueden utilizarse para indicar, por ejemplo, que se puede poner en marcha un motor de marcha lenta.
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