Dimensional Engineering

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PolyWorks ayuda a preservar la salida de la planta eléctrica de GE

Extreme Fab Inc. es una empresa que fabrica estructuras metálicas y que tiene las herramientas y habilidades para construir la maquinaria pesada que requieren las industrias de petroleo y gas, de electricidad, energía y  transporte de carga.  Uno de sus clientes clave es GE Aero Energy,  GE Aero Energy ofrece a empresas y comunidades alrededor del mundo la oportunidad de generar electricidad confiable y eficiente en el punto o cerca del punto de uso, en cualquier momento -en red o fuera de red.

Al utilizar una variedad amplia de combustibles, la turbina de gas aeroderivada FlexAero LMS 100 de GE Aero Energy, genera hasta 100 megawatts de electricidad con una eficiencia de conversión de 44%.  Dicha turbina excepcional, al estar diseñada para su rápida transportación e instalación en lugares aislados, tales como pueblos remotos, lugares de perforación o zonas de desastre, es una planta eléctrica en una caja.  El paquete LMS 100 incluye el turbo, la turbina de gas y el compresor  todos montados y pre-ensamblados.  Para que dicha obra sofisticada de ingeniería funcione, es necesaria una estructura de alta precisión.

Cuando se trata de la maquinación de estructuras para GE Aero Energy, Extreme Fab se asocia con Dimensional Engineering la cual ofrece una captura de datos digital 3D, servicios de ingeniería y análisis para enfrentar los retos de la ingeniería de diseño y producción a lo largo de una gama amplia de industrias y aplicaciones.

La turbina de gas aeroderivativa proporciona hasta 100 megawatts de electricidad.

El Desafío

Con mediciones de 60 pies por 25 pies, la estructura LMS100 tiene superficies de soporte y agujeros de montaje maquinados de manera precisa. La más mínima desviación en la maquinación puede disminuir la eficiencia de la central eléctrica, la salida de energía y la vida útil de la misma. Según William Bonner, Director Ejecutivo de Dimensional Engineering, “las plataformas de montaje requieren una llanura de +/- 0.002 y elevaciones hasta +/- 0.005 en relación con todas las ubicaciones a lo largo de la estructura de 60 pies de longitud."

Maquinar un objeto grande con esa precisión no es una tarea fácil sin embargo la estructura presenta un desafío aun más grande. "Esa cosa se mueve; nunca es estática," dice Bonner. Un sistema de maquinación de campo de una tonelada está sobre la estructura mientras hace los cortes precisos. "Cada vez que usted pone la maquinaría sobre la estructura, ésta se flexiona porque el peso de la maquinaría no está distribuido de manera equitativa."

Representación de una estructura maquinada de precisión de 60x25 pie. Superficies de soporte (verde) se maquinan a +/- 0.002” de llanura

“Cuesta miles de dólares solo transportar una estructura de un lado a otro, entonces si se tiene que regresar a Extreme Fab para ajustes pueden ser decenas de miles de dolares adicionales tan solo en costos de transporte.”

Machinists make adjustments to the one-ton field machining system.

A lo largo de un proyecto de 10 días a razón de 12 horas diarias, los maquinistas re-ubican el equipo haciendo que las plataformas de montaje se suban, caen, se tuercen y den vueltas.

La expansión térmica es también un factor que complica aun más el asunto. Con variaciones de temperaturas considerables hasta 50°F (10°C) en un periodo de 24 horas, la estructura se expande y contrae a lo largo del día. "El papel de Dimensional Engineering es controlar la configuración y dictar los ángulos y las profundidades de corte de manera que Extreme Fab pueda tener la precisión que pide GE," Dice Bonner.

Si la estructura llega a GE y no cumple con las especificaciones, hay otras graves consecuencias.  “Cuesta miles de dólares solo transportar una estructura de un lado a otro, entonces si se tiene que regresar a Extreme Fab para ajustes pueden ser decenas de miles de dolares adicionales tan solo en costos de transporte," explica Bonner. Si el reajuste impacta la programación de producción, la no conformidad puede también resultar en penalidades financieras significantes.

La Solución

Con cada movimiento de maquina, antes de cada corte y después de cada operación, Dimensional Engineering proporciona a Extreme Fab mediciones exactas para la colocación de la maquinaría, la posición de los cortadores, y la posición de la pieza de trabajo en relación con el estado relajado, estático de la estructura. Sin este control de mediciones, las especificaciones GE serían difíciles sino imposible a cumplir.

Bonner dice que sus herramientas de elección son FARO laser trackers y la solución de software InnovMetric’s PolyWorks|Inspector™. "Utilizamos los laser trackers para capturar mediciones exactas y PolyWorks para estudiar y gestionar los datos colectados para dirigir el proyecto que siempre cambia", dice Bonner.

El equipo de dos hombres de Bonner empieza con una alineación básica de la estructura en su estado relajado. Usando 50 dianas de referencia soldadas con la pieza de trabajo, el laser tracker mide las entidades datum de la estructura y se utiliza PolyWorks® para crear un sistema de coordenadas mundial. Con PolyWorks se establecen varios sistemas de coordenadas locales que permiten al equipo aislar el movimiento en una plataforma de montaje individual mientras se mantiene la relación con la estructura completa.

“Si no pudiéramos controlar las mediciones tomando en cuenta el re-posicionamiento del tracker tendríamos grandes problemas.”

Después del posicionamiento y nivelación de la maquinaría, el equipo de Bonner mide la estructura y la posición del cortador para proporcionar las ubicaciones exactas que los maquinistas usan para programar el angulo y profundidad del corte. Cuando la operación se termina, se toman de nuevo las mediciones para verificar el corte antes de hacer otro pase.

Dado que la estructura cambia con la temperatura, el equipo de Dimensional Engineering procesa todos los datos de las mediciones usando las funcionalidades dinámicas de Compensación de Temperatura que ofrece PolyWorks. Este ajuste, combinado con la ubicación exacta de la entidad maquinada permite a los maquinistas programar la trayectoria del cortador en relación con la estructura en condiciones de temperatura estable en lugar de su posición cambiante dinámica actual.

Debido al tamaño de la estructura y a las consideraciones de línea de visión, los laser trackers se re-posicionan docenas de veces durante el proyecto de 10 días. Esto introduce otra variable a la operación de maquinación precisa. Para asegurase que todas las mediciones son exactas en relación con todas las posiciones de tracker, el equipo de Bonner usa el movimiento de dispositivo y agrupación en tiempo real de PolyWorks. Como lo indica Bonner, “Si no pudiéramos controlar las mediciones tomando en cuenta el re-posicionamiento del tracker tendríamos grandes problemas.”

Para finalizar el proyecto, una inspección final se lleva a cabo para confirmar que la estructura cumple con las especificaciones de GE. "Validamos y certificamos cada medición, tanto durante el proyecto como antes del envío", concluye Bonne.

The finished skid being prepared for transport to GE.

The finished skid being prepared for transport to GE.

Los Beneficios

"Sin el uso de laser tracker y de la solución PolyWorks|Inspector, no habría manera de lograr este nivel de exactitud y precisión, al menos no de una manera cuantificable", dice Bonner. "Hace seis años que hemos estado haciendo este trabajo y hemos trabajado con más de 50 estructuras. Ninguna de estas estructuras tuvo que hacer el viaje para reajuste." En estos seis años, Dimensional Engineering sólo tuvo dos reportes de no conformidad (NCRs): Uno fue por un solo agujero fuera de especificaciones, y el otro fue por especificaciones en conflicto en los dibujos de la estructura.

Dimensional Engineering aplica el mismo proceso y las mismas herramientas para otros proyectos de grande escala, incluyendo los componentes auxiliares para el paquete LMS 100, como es el interenfriador. "Las técnicas de estructura se usan para posicionar dos barreras de montaje de radiador de 50 pies mientras se sueldan, 120 agujeros en el ala de montaje de radiador y paralelismo en las alas de entrada y salida", explica Bonner. "Sin las mediciones de precisión que obtenemos de laser tracker FARO y PolyWorks, el radiador no cabría en el interenfriador, y el interenfriador no se colocaría correctamente con la turbina LMS100."

Con PolyWorks, Dimensional Engineering hace que las dianas moviles sean manejables y que la maquinación a grande escala sea predicible.