REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL P. P. PARA LA EDUCACION SUPERIOR UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR-SEDE DEL LITORAL DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA INDUSTRIAL TI-3436 TURBINAS PROFESOR OSCAR GONZLEZ

ELABORADO POR: DA SILVA, ANGEL R. 0801195

CONTENIDO Introduccin Overhaul/reparacin Desmontaje o desensamble Limpieza Inspeccin Reparacin Balanceo Momento de pesaje de los labes Ensamblaje Pruebas Preparacin de almacenamiento y despacho

Bibliografa

INTRODUCCION Es muy importante que el costo de mantenimiento de un motor en servicio se considere en la etapa diseo. Todos los aspectos de reparabilidad del motor tambin son considerados, tanto para reducir el requerimiento por overhaul o de reparacin y para evitar en lo posible, diseos el cual hagan reparaciones difciles de llevar a cabo. La construccin del motor debe permitir que el operador de completar el Overhaul o el trabajo de reparacin lo ms rpida y barata posible. En servicio, el motor es inspeccionado en perodos de rutina basados en recomendaciones del fabricante y el acuerdo entre el operador y autoridad de aeronavegabilidad pertinente. El motor es removido de la aeronave cuando hay falla, durante estas inspecciones, para cumplir con los estndares especificados. Este concepto es una forma de supervisin on-condition, sin embargo, independientemente de su estado, algunos motores son removidos cuando tienen un nmero estipulado de horas de vuelo, este concepto se conoce como Tiempo entre Overhauls (T.B.O.). El espacio de tiempo entre los Overhauls varan considerablemente entre los diferentes tipos de motores, siendo establecida con un resultado de conversaciones entre el operador, la autoridad de aeronavegabilidad y el fabricante, cuando las consideraciones tales como la experiencia total adquirida con una serie de motores en particular, el tipo de operacin, la utilizacin, y a veces las condiciones climticas, son tomadas en cuenta. Al mejorar el perodo de Overhaul, la autoridad de aeronavegabilidad podr tener en cuenta los antecedentes del operador, sus instalaciones de servicio y la experiencia de su personal de mantenimiento. Cuando un nuevo tipo de motor entra en servicio, una toma de muestra (es decir, extraccin del motor, desmantelamiento e inspeccin) podr ser solicitada. La muestra se mantendr hasta que la vida en la que el motor debe ser reacondicionado (overhauled) se indica por la condicin de muestreo de los motores o por el record de confiabilidad en servicio. En algunos casos, la vida lmite obtenida puede ser dos, tres, o incluso cuatro veces el plazo original permitido. El desarrollo del T.B.O., desde la introduccin de un motor en servicio, a travs de varios aos de funcionamiento, se muestra como un ejemplo en la figura 1. Entre los principales factores que afectan el perodo de Overhaul de un motor es el uso al que se pone en servicio. Por ejemplo, un motor de uso militar generalmente tendr un T.B.O. mucho menor que uno de uso civil, como la capacidad de rendimiento es el criterio de operacin en lugar de la economa. Debido al efecto de los rpidos cambios de temperatura en las partes calientes del motor, el tratamiento ms arduo es el frecuente cambio de potencia de salida a los que son sometidos transportes de corto recorrido y aviones de combate. Cuando las aeronaves esta basadas en zonas con una humedad excepcionalmente alta o con contenido de sal en la atmosfera, existe el peligro aadido de la corrosin, lo que resulta en la necesidad de overhauls ms frecuentes. El tiempo transcurrido, as como las horas de vuelo, entonces influyen en el perodo de Overhaul.

Fig. 1 Ejemplo de crecimiento de tiempo entre Overhaul (T.B.O.) Adems de los Overhauls programados, hay problemas que surgen de los daos y defectos. Una proporcin de estos, que no son rentables o muy difciles de rectificar en la aeronave, requieren el traslado no programado y requieren que el motor sea retornado a una base de ingeniera o un taller de Overhaul para un parcial o completo overhaul. El propsito de un Overhaul es de restaurar un motor que permita que se complete una vida adicional, mediante un cumplimiento de aceptables limitaciones de rendimiento del nuevo motor y mantenimiento la misma confiabilidad. Esto se logra con desmontar el motor con el fin de que las partes puedan ser inspeccionadas por condiciones y para determinar la necesidad de renovacin o reparacin de aquellas partes cuyo deterioro podra reducir el rendimiento, o no permanecera en perfecto estado hasta el prximo Overhaul. El diseo de la construccin modular del motor hace que sea particularmente adecuado para una tcnica diferente de Overhaul/reparacin. Esta tcnica se basa en un monitoreo On-Condition. Esto significa que una vida no est declarada para el total del motor, pero slo ciertas partes del motor. Al llegar a su vida limite, estas partes son remplazadas y el motor retorna a servicio, el resto del motor estando Overhauled OnCondition. La Construccin modular, junto con herramientas asociadas, permite que el motor sea desmontado en una serie de asambleas principales (mdulos). Los mdulos que contienen la vida de ciertas partes que pueden ser reemplazados por ensamblajes similares y vuelva el motor a servicio con el mnimo retraso.

OVERHAUL/REPARACIN El alto costo de los nuevos motores tiene una considerable influencia sobre las modalidades de reparacin/Overhaul, como el nmero de motores de repuesto normalmente adquiridos por el operador se mantiene a un mnimo absoluto. Esto significa que un motor fuera de servicio debe ser rpidamente restaurado para su utilidad al cambiar un modulo, o una parte si la construccin modular se lo permite, o mediante un programa de cuidado de traslado previsto para los Overhauls a la expiracin del tiempo. Esta programacin, a travs del taller de motores o mdulos que requieren el uso de equipo especializado para la reparacin es importante, tanto para mantener el flujo de trabajo uniforme y escalonar el traslado adecuado para evitar que la aeronave sea grounded, (es decir, inutilizable, hasta que el trabajo necesario sea completado) por la escasez de motores o mdulos tiles. Debido a que el trabajo que ha de aplicarse debe ser planificado y posteriormente registrado, el motor o mdulo se recibe en el taller con los documentos para mostrar su nivel de modificacin y las razones del rechazo desde el servicio. La planificacin deber incluir una lista de las modificaciones que pueden o deben ser incorporadas para mejorar la fiabilidad o rendimiento del motor, o para reducir los costos de operacin. El diseo del taller de Reparacin/Overhaul est diseado para facilitar el movimiento de trabajo a travs del rango completo de operaciones, para lograr la mxima utilizacin del espacio y permitir que un equipo especial se situ en posiciones que se adapte al patrn de flujo en general. Todas estas consideraciones estn dirigidas en lograr una respuesta rpida de motores. Como ejemplo tenemos de cmo un taller puede ser planificado, un arreglo tpico se muestra en la figura 2.

Fig. 2 Diseo tipico de taller de Overhaul.

DESMONTAJE O DESENSAMBLE El motor puede ser desmontado en posicin horizontal o vertical. Cuando se desmonta en posicin vertical, el motor se monta, usualmente el extremo delantero hacia abajo, en un banco fijo en el suelo. Para que pueda ser desmontado horizontalmente, el motor se monta en un soporte de rotacin especial. Cuando el banco fijo en el suelo es usado, el personal utiliza una plataforma de trabajo mvil para elevarse a una posicin de trabajo razonable alrededor del motor. Cuando el accesorio ram-top es usado, El motor es desmontado en subconjuntos principales o mdulos, que se colocan en soportes de transporte y despachado a las distintas areas donde ellas son adems desensambladas en partes individuales. Las partes individuales son transportadas en adecuados contenedores para un rea de limpieza en preparacin para la inspeccin. LIMPIEZA Los agentes de limpieza utilizados durante el rango de Overhaul, desde disolventes orgnicos para cidos y otros qumicos de limpieza, y se extienden a soluciones de limpieza electroltica. Los solventes orgnicos incluyen querosn para el lavado, tricloroetano para desengrasar y soluciones para quitar la pintura que por lo general se puede utilizar en la mayora de los componentes para el carbono y la remocin de la pintura. El cido ms restringido y ocasionalmente controlado rgidamente y otros limpiadores qumicos se utilizan para la corrosin, escala de calor y eliminacin de carbono de algunos componentes. Para entregar el mayor grado de limpieza para lograr la integridad de la inspeccin que se considera necesaria en determinadas partes principales de rotacin, como los discos de la turbina, frecuentemente son usadas soluciones de limpieza electroltica. Aeronaves que operan en grandes altitudes pueden contaminarse con partculas radioactivas localizadas en la atmosfera, esta radioactividad es retenida en los depsitos de polvo y carbn en el motor. Si se sospecha que est contaminado el nivel de radioactividad del motor debe ser determinado para garantizar que las limitaciones acordadas por las autoridades sanitarias no se superen, la evidencia de contaminacin requiere una limpieza adicional en una regin designada, separada del rea de Overhaul, para proteger la salud del personal en el taller. INSPECCIN Despus de la limpieza, y previo a la inspeccin, la superficie de algunas partes son grabadas, por ejemplo, discos de la turbina. Este proceso elimina una pequea cantidad de material de las superficies de las piezas, dejando un acabado mate hasta que revela defectos en la superficie que normalmente no se pueden ver a simple vista. La remocin del metal es normalmente llevada a cabo mediante un proceso electroltico en el que la pieza forma

parte del nodo, o mediante la inmersin de la pieza por un corto tiempo en un bao de acido especial. Ambos mtodos deben ser cuidadosamente controlados para evitar la eliminacin en exceso del material. Despus que los componentes han sido limpiados son visualizados y, cuando sea necesario, una inspeccin dimensionalmente que determine el estado general y luego sea sometido a una inspeccin de grietas o fisuras. Esto puede incluir tcnicas de inspeccin binocular y magntica o penetrante, utilizado bien sea solo o consecutivamente, dependiendo de los componentes que se estn inspeccionando y el grado de inspeccin que se considere necesario. Las inspecciones no dimensionales pueden ser divididas en una examimacin visual para una condicin general e inspeccin de grietas. La examinacin visual depender del juicio del inspector, basado en la experiencia y el respaldo de la orientacin del fabricante. Aunque el examen visual de muchas partes del motor conforme a normales prcticas de ingeniera, en algunas partes las normas de aceptacin son especializados, por ejemplo, las cmaras de combustin, que estn sometidos a muy altas temperaturas y flujos de aire de alta velocidad en servicio. La inspeccin dimensional consiste en medir los componentes especficos para garantizar que se encuentren dentro de los lmites y tolerancias establecidas y conocidas como Fits and Clearances. Algunos de los componentes se miden en cada Overhaul, ya que slo una pequea cantidad de desgaste o distorsin es permisible o para permitir las separaciones de trabajo con los componentes de acoplamiento para lo calculado. Otros componentes se miden slo cuando las condiciones constatadas durante la inspeccin visual requieren la verificacin dimensional. Las tolerancias establecidas para el Overhaul, apoyadas con la experiencia en servicio, son a menudo ms amplias que los utilizados durante la fabricacin original. La deteccin de fisuras que normalmente no son visibles a simple vista son ms importantes, sobre todo en las grandes piezas giratorias, tales como discos de turbinas, las fallas de deteccin de esta, podra dar lugar a la propagacin de fisuras durante un servicio futuro y eventualmente llevan a fallos de los componentes. Varios mtodos para acentuar estas fisuras son utilizados para la inspeccin, las dos tcnicas principales de inspeccin son la inspeccin por tinta penetrante de materiales no magnticos y la inspeccin electromagntica para aquellas partes que pueden ser magnetizadas. Dos formas de inspeccin penetrante de uso comn son conocidas como los lquidos penetrantes y la prueba fluorescente (fig. 3). Con las prueba la coloracin, un tinte de color penetrante es inducido a entrar en las grietas o poros en la superficie de la pieza. La superficie se lava y un lquido revelador que contiene absorbentes blancos es aplicado. Tinta que queda en las grietas u otros defectos de la superficie se extrae a la superficie del revelador por la accin capilar y las manchas resultantes indican su ubicacin. La Prueba fluorescente se basa en el principio de que cuando la radiacin ultravioleta cae en un compuesto qumico, conocido como tinta fluorescente, se absorbe su energa y re-emite como luz visible. Si una tinta adecuada se le permite penetrar en las

cavidades de la superficie, los lugares donde es atrapado se dar a conocer bajo los rayos de una lmpara ultravioleta por las emisiones de la luz brillante. La prueba Magntica de fisura (fig. 4) slo se puede aplicar a los componentes que puedan ser magnetizados. Las primera parte es magnetizarlo y luego rociar con, o sumergir en, un liquido de baja viscosidad que contiene partculas de hierro y es conocido como tintaink. Las dos paredes de la grieta en la parte magnetizada forma unos polos magnticos y el campo magntico entre estos polos atrae las partculas de la tinta, por lo que indica la grieta (fig. 5). En algunos casos, la tinta puede contener partculas fluorescentes que permiten su preparacin para ser vistos bajo una luz ultravioleta, una parte que ha sido probada magnticamente por fisura debe ser desmagnetizada despus de la inspeccin.

Fig. 3 Prueba Fluorescente

Fig. 4 Prueba Mgnetica de fisura.

Fig. 5 Grietas reveladas por la deteccin magntica de grietas. cido crmico anodizado puede ser utilizado como una medio de deteccin de grietas en componentes de aluminio, por ejemplo, labes del compresor. Este proceso, adems de proporcionar una capa de xido que protege contra la corrosin, proporciona una superficie que revela hasta el ms mnimo defecto. Cuando el requerimiento para una inspeccin detallada de los componentes, como un disco de la turbina es necesario, el grabado de la superficie del disco seria seguido por la inspeccin binocular de las reas de retencin de los labes. El disco completo luego de ser sometido a prueba magntica de fisura, seguido de una nueva inspeccin del disco incluyendo una nueva inspeccin binocular del rea de retencin del labe. REPARACIN Para garantizar que los costos se mantengan en el nivel ms bajo posible, una amplia variedad de tcnicas se utilizan para reparar las piezas del motor para que sean aptas para un servicio futuro. En la Soldadura, la instalacin de mangas o camisas, mecanizado y galvanoplastia son algunas de las tcnicas empleadas durante la reparacin. Las tcnicas de soldadura van desde la soldadura de las grietas por soldadura de gas inerte a la renovacin de las secciones de tubos de llamas y jet pipes por soldadura por resistencia elctrica. En algunos de los materiales utilizados actualmente para las piezas del motor de turbina de gas, las diferentes tcnicas que tengan que ser empleadas. Un ejemplo de esto en las aleaciones de titanio de alta resistencia que sufren de soldaduras frgiles si se les permite contaminar por el oxgeno durante el perodo de reflexin. Las piezas hechas en estas aleaciones, que tienen que soportar altas cargas de estrs en el servicio, son a menudo soldados en una bolsa o cpula de plstico que se purga con un gas inerte antes de comenzar la soldadura. Los materiales ms avanzados y las construcciones puedan tener que ser soldadas por soldadura de haz de electrones. Este mtodo no slo permite a los metales diferentes ser soldados, pero tambin las secciones completas de las construcciones ms avanzadas fabricados. Algunos mtodos de reparacin, tales como la soldadura, puede afectar a las propiedades de los materiales y, para restaurar los materiales a un estado satisfactorio, puede ser necesario un tratamiento de calentar las piezas para eliminar el estrs, reducir la dureza de la zona de soldadura o restaurar la resistencia del material en la zona afectada por el calor, las tcnicas de tratamiento trmico tambin se utilizan para eliminar las distorsiones despus de la soldadura. Las piezas se calientan a una temperatura suficiente para eliminar las tensiones y, durante el proceso de tratamiento trmico, fijaciones son a menudo utilizadas para asegurar que las partes se mantengan en su posicin correcta.

Mtodos como la galvanoplastia tambin son ampliamente utilizados en las reparaciones y estos van desde el cromado, que se puede utilizar para proporcionar una superficie muy dura, a las capas delgadas de cobre o chapas de plata. Muchas de las reparaciones son efectuadas por los dimetros de mecanizado o agujeros para dimensiones de gran tamao y luego cuas de montaje, revestimientos o recubrimientos de metal pulverizado de material resistente al desgaste. Las superficies efectuadas son restauradas a sus dimensiones originales por una maquina de mecanizado o rectificado (Fig. 6).

Fig. 6 Maquina de Rectificado La inspeccin de las piezas despus de haber sido reparadas se compone principalmente de una inspeccin penetrante o magntica. Sin embargo, la inspeccin puede ser necesaria en las partes que han sido ampliamente reparado y esto puede implicar un anlisis de presin o de inspeccin de Rayos X a las zonas soldadas. BALANCEO Debido a la velocidad de alta rotacin, cualquier desequilibrio en el ensamblado principal de rotacin de un motor de una turbina de gas es capaz de producir vibraciones y tensiones que aumentan con el cuadrado de la velocidad de rotacin. Por tanto, es necesario el equilibrio muy preciso del conjunto de rotacin. Los dos mtodos principales para medir y corregir el equilibrado son solo en el plano de equilibrio (esttico) y dos planos de equilibrio (dinmico) (Fig. 7). Con un solo plano, el desequilibrio es solo en un plano, es decir, el centro a travs del componente en 90 grados del eje.

Fig. 7 Banco de Balanceo Para el compresor y/o conjuntos del rotor de la turbina que posee la longitud axial, el desequilibrio puede estar presente en muchas posiciones a lo largo del eje. En general no es posible corregir esta combinacin de desequilibrio distribuidos en un solo plano. Sin embargo, si dos planos de correccin son elegidos, por lo general en los extremos opuestos axialmente del conjunto, siempre es posible encontrar una combinacin de dos masas de desequilibrio que son equivalentes a los desbalances presentes en el ensamblado del rotor, por lo tanto, el balanceo en dos planos de equilibrio. Para ilustrar este tema nos referimos a la fig. 8, de la distribucin del desequilibrio en el rotor se ha reducido a un sistema equivalente de dos desequilibrio A y B. El rotor estando ya en equilibrio esttico porque en este ejemplo A y B son iguales y opuestos. Sin embargo, cuando la pieza est girando, cada peso produce su propia fuerza centrifuga en oposicin a las otras parejas que causan el desbalance. Esta accin est limitada por los rodamientos, con las consiguientes tensiones y vibraciones. Se ver, por tanto, que para llevar la pieza a un estadio de equilibrio dinmico, una cantidad igual de peso debe ser removida en A y B o aadir en P y O. Cuando la pareja creada por las fuerzas centrifugas son iguales, se dice que una parte est equilibrada dinmicamente.

Fig. 8 Pareja Desbalanceada debido a fuerza centrifuga. Para obtener resultados autnticos de balanceo cuando el labe de dispersin este presente, es necesario registrar las lecturas de varias vueltas de equilibrio. Una mquina tpica de equilibrio dinmico para indicar la magnitud y la posicin angular del desequilibrio en cada plano se muestra e la fig. 9. La correccin del desequilibrio se puede lograr por una combinacin de los siguientes mtodos bsicos: redistribucin de peso, aadir peso y eliminacin de peso.

Fig. 9 Maquina de Balanceo dinmico. El montaje modular del motor demanda diferentes mtodos de balanceo que incluyen el uso simulado de los rotores del motor. Con el fin de obtener las reacciones de equilibrio dinmico correcto cuando un compresor y/o turbina ensambladas en s mismo, con la intensin de convertirlo en un mdulo independiente, un rotor del motor simulado se debe utilizar para sustituir el conjunto de acoplamiento (fig. 10).

Fig. 10 Simulacin de conjuntos de rotores del motor.

MOMENTO DE PESAJE DE LOS LABES Con la introduccin de las grandes aspas del ventilador, el momento de pesaje de las palas han asumido una mayor importancia (Fig. 11). Esta operacin tiene en cuenta la masa de cada labe y tambin la posicin de su centro de gravedad en relacin con la lnea de centro del disco en el que est montada el labe. El sistema mecnica de momento de pesaje se puede integrar con una computadora (Fig. 12), que automticamente optimizan la distribucin de las palas.

Fig. 11 Principio de momento de pesaje de los alabes.

Fig. 12 integrated blade moment weighing

ENSAMBLAJE El motor puede ser construido en posicin vertical u horizontal, utilizando el ram o el soporte que se ilustra en la siguiente figura.

El montaje de los sub-ensamblajes del motor o mdulos se realiza en reas separadas, minimizando as el tiempo de construccin en la construccin de rams o soportes.

Durante el ensamblaje, se realizan chequeos de inspeccin. Estos chequeos pueden establecer las dimensiones para permitir holguras axiales y radiales para ser clculos y ajustes que deben practicarse, o se pueden comprobar que las operaciones vitales para la instalacin han sido efectuadas correctamente. Para asegurarse de que las tuercas, pernos y tornillos de fijacin a travs del motor y sus accesorios son uniformemente apretados, se aplica un torque, como muestra la Fig. 13.

Fig. 13 Torqumetro PRUEBAS Al finalizar de la asamblea, todas las producciones y/o el motor Overhauled debe ser probado en una clula de prueba sealevel, es decir, una clula de prueba en la que el motor se ejecuta a temperatura ambiente y condiciones de presin, las cifras del rendimiento resultante estn corregidas a la Norma Internacional de Atmsfera (ISA) y a las condiciones del nivel del mar.

Para asegurarse de que el rendimiento del motor que garantiza que cumple con el cliente y los requisitos de las autoridades gubernamentales que otorgan licencias y la compra, cada motor se prueba para un programa de pruebas de aceptacin.

PREPARACIN DE ALMACENAMIENTO Y DESPACHO La preparacin del Motor/mdulo de almacenamiento y/o despacho es de gran importancia, ya que las llamadas de almacenamiento y transporte deben tener un tratamiento especial para preservar el motor. Para resistir la corrosin durante el almacenamiento, el sistema de combustible es inhibido por el aceite especial y todas las aberturas se encuentren cerradas. Tanto las superficies externas e internas del motor tambin estn protegidos por polvos especiales y el motor est encerrado en una bolsa reutilizable o laminas de plstico.

BIBLIOGRAFIA

The Jet Engine. Rolls-Royce plc. Quinta Edicin. Inglaterra (1996). Cap. 25 Overhaul.