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Técnicas Básicas de análisis Técnicas Básicas de análisis de motores & Compresores de motores & Compresores ReciprocantesReciprocantes
CBM EQUIPOLuís Serrano
Iván Gaviria
Eduardo Garzón
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Objetivos de este cursoObjetivos de este curso
En este curso se ilustra el comportamiento de los motores y los compresores usando datos obtenidos de máquinas en funcionamiento.
Los datos recolectados que se muestran han sido hecho por analistas en su día a día del programa de mantenimiento predictivo.
Se ilustran fallas que suceden en equipos Reciprocantes y las técnicas para detectarlas.
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Pequeño resumen Pequeño resumen del cursodel curso
Programas de análisis Caracterización de los motores y los compresores
Tipos de datos Ubicación de los puntos de prueba.
Secuencia de eventos Motores de 2 tiempos Motores de 4 tiempos Compresores
Análisis de las fallas en los motores Análisis de las fallas en los compresores.
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Objetivos Tipos de análisis Procesos de análisis
PROGRAMAS DE ANÁLISISPROGRAMAS DE ANÁLISIS
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Programas de análisisProgramas de análisis
Objetivos de los programas de análisis Eliminar el mantenimiento innecesario y costoso Reducir costos de mantenimiento Aumentar la disponibilidad de las máquinas Reducir tiempo de parada Mejorar el desempeño de los equipos. Reducir emisiones Incrementar la seguridad de los equipos y
del personal
“No se puede mejorar lo que no se mide”
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Programas de análisisProgramas de análisis
Tipos de análisis de las máquinas Análisis del mantenimiento
Identificar fallas incipientes de tal forma que se pueda transformar el mantenimiento correctivo en mantenimiento programado.
Ayudar a evitar las fallas en servicio La meta es reducir los costos de mantenimiento
Análisis de desempeño Caracterizar el potencial operativo del motor/compresor Eficiencia Consumo de combustible Potencia Entrega de potencia final.
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Programas de análisisProgramas de análisis
El proceso de análisis Adquirir información de la máquina Centralizarse en la información concerniente a
medidas de desempeño y condición. Organizar e imprimir la información Investigar y analizar la condición y desempeño. Reportar lo encontrado Tomar acciones Realizar seguimiento de las acciones.
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CARACTERIZACIÓN DE LOS CARACTERIZACIÓN DE LOS MOTORES Y LOS COMPRESORESMOTORES Y LOS COMPRESORES
Tipos de datos Ubicación de los puntos de
prueba
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresores
Tipos de datos especiales Proceso de datos
Hablar sobre el proceso Ejemplos: presión y temperatura de succión.
Dato de fase-marcada Datos referenciados al volante Ejemplo: datos de presión versus tiempo.
Datos No-fase La muestra es, solamente, una función del tiempo Ejemplo: datos de aceleración de un rodamiento de un
turbocargador
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresMedida de la posición del volante
Uno por grado Encoder del eje 360 pulsos por
revolución La mejor precisión
Uno por vuelta del volante
Los picos magnéticos, activos u ópticos son comunes
1 pulso por revolución Usualmente permanece
montado
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresEjemplo de la presión de fase – marcada (PT)Ejemplo de la presión de fase – marcada (PT)
Presión en la cabeza y en el final del compresor trazadas en el cilindro de un compresor
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresMovimiento libre, datos no faseadosMovimiento libre, datos no faseados
Los datos son tomados independientemente de la posición del cigüeñal
Que se obtiene: Niveles de vibración totales El espectro muestra los componentes de la frecuencia
Aplicaciones comunes Vibraciones estructurales Soportes, fundaciones Turbo cargadores Bombas de aceite y de agua Pulsaciones de presión
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresEjemplo de datos de movimiento libre, no faseado Ejemplo de datos de movimiento libre, no faseado espectroespectro
Espectro tomado de la carcasa de un motor cerca de los tornillos de anclaje. Mils pico – pico, final de la bomba de aceite, dirección horizontal.
Velocidad del motor 323 RPM
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Datos Del MotorDatos Del Motor
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresTípico motor de 2 tiempos PT/VTTípico motor de 2 tiempos PT/VT
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresTípico motor de 4 tiempos PT/VTTípico motor de 4 tiempos PT/VT
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Datos del CompresorDatos del Compresor
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Caracterización de los motores y los compresoresCaracterización de los motores y los compresoresModelo de un compresor típico HEModelo de un compresor típico HE
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SECUENCIA DE EVENTOSSECUENCIA DE EVENTOS
Motor de 2 tiempos, de ignición por chispa Motor de 4 tiempos, de ignición por chispa Compresores Reciprocantes de doble acción
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Entendiendo las fallas en las máquinasEntendiendo las fallas en las máquinas
Para reconocer las fallas en los compresores y los motores, debemos conocer como se comportan en condiciones normales Los eventos mecánicos que usted espera ver
suceden? Parecen ser normales estos eventos?
Cuando suceden? Cuál es su magnitud relativa? Se ven iguales a como se veían antes? Se ven similares a las de la siguiente máquina?
Cual es el desempeño de la máquina?
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SECUENCIA DE EVENTOS PARA SECUENCIA DE EVENTOS PARA UN MOTOR DE 2 TIEMPOSUN MOTOR DE 2 TIEMPOS
Presión versus ángulo del cigüeñal (PT) Presión – Volumen (PV) Vibración versus ángulo del cigüeñal
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: inicio del cicloPT: inicio del ciclo
La ignición a ocurrido El viaje frontal de la llama ha empezado La mezcla de aire y combustible es
sobrecalentada
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: combustiónPT: combustión
La llama viaja a través de la cámara El calor es liberado, la presión aumenta La temperatura en la llama frontal es de 3500ºF El pico ocurre entre los 10 – 15 grados ATDC La velocidad de propagación es critica
Muy rápido, detonación Muy bajo, fuego suave
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: potenciaPT: potencia
La combustión se completa La presión hace que el pistón baje Como el volumen incrementa, la presión
decrece
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: expansiónPT: expansión
El pistón destapa el puerto de salida La presión cae más rápidamente En este punto la temperatura es de 800ºF
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: succión de airePT: succión de aire
El puerto de succión es descubierto Presión en el cilindro <= presión de
succión Aire fresco recorre la recámara y la
enfría
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: BarridoPT: Barrido
El barrido continua hasta que los puertos se cierran
El enfriamiento del cilindro continua
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: Admision de combustiblePT: Admision de combustible
El barrido continua hasta que los puertos se cierran
En este punto se presenta la menor presión en el cilindro
El combustible es inyectado justamente antes que el escape se cierre
La apertura del puerto de expulsión arrastra combustible
El puerto se cierra antes de que algo de combustible se escape
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: compresiónPT: compresión
La inyección de combustible cesa, los puertos son cerrados
La presión empieza a aumentar La carga de aire – combustible es
turbulenta La turbulencia mezcla la carga de
aire – combustible La temperatura aumenta
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: igniciónPT: ignición
La ignición ocurre entre los 5 – 10 grados BTCD
El avance da tiempo para que la combustión se inicie y para que la llama frontal viaje
La carga de aire – combustible es sobrecalentada
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: final del cicloPT: final del ciclo
La llama frontal empieza a propagarse a lo largo de la cámara
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: inicio del ciclo (TDC)PV: inicio del ciclo (TDC)
La ignición ha ocurrido El viaje de la llama frontal a ha
empezado La mezcla de aire y combustible es
sobrecalentada
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: combustiónPV: combustión
La llama viaja a lo largo de la cámara El calor es liberado y la presión aumenta La temperatura en la llama frontal es cerca de
3500ºF El pico ocurre entre los 10 – 15 grados ATDC La velocidad de propagación es critica
Muy rápido, detonación Muy despacio, fuego suave
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: potenciaPV: potencia
La combustión se completa La presión hace que el pistón baje Como el volumen incrementa, la presión
decrece
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: expansiónPV: expansión
El pistón Abre el puerto de salida La presión cae más rápidamente En este punto la temperatura es de 800ºF
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: admisión de airePV: admisión de aire
El puerto de succión es descubierto Presión en el cilindro <= presión de succión Aire fresco recorre la cámara y la enfría
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: BarridoPV: Barrido
El barrido continua hasta que los puertos se cierran
El enfriamiento del cilindro continua
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: Admisión de combustiblePV: Admisión de combustible
El barrido continua hasta que la toma se cierre En esta punto se presenta la menor presión en
el cilindro El combustible es inyectado justamente antes
que la salida se cierre La apertura del puerto de expulsión arrastra
combustible
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: compresiónPV: compresión
La inyección de combustible cesa, los puertos son cerrados
La presión empieza a aumentar La carga de aire – combustible es turbulenta La turbulencia mezcla la carga de aire –
combustible La temperatura aumenta
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: igniciónPV: ignición
La ignición ocurre entre los 5 – 10 grados BTCD El avance da tiempo para que la combustión se
inicie y para que la llama frontal viaje La carga de aire – combustible es
sobrecalentada
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: final del cicloPV: final del ciclo
La llama frontal empieza a propagarse a lo largo de la cámara
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: inicio del cicloVibración en el cilindro: inicio del ciclo
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: combustiónVibración en el cilindro: combustión
El anillo se encuentra totalmente cargado por la presión del gas
Se pueden observar algunas vibraciones como resultado de la combustión
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: potenciaVibración en el cilindro: potencia
Clip del anillo
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: Salida de GasesVibración en el cilindro: Salida de Gases
Escape
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: succión de aire y barridoVibración en el cilindro: succión de aire y barrido
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: inyección de combustibleVibración en el cilindro: inyección de combustible
Inyección de combustible
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: compresiónVibración en el cilindro: compresión
Cierre de las válvulas de acceso del combustible
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: igniciónVibración en el cilindro: ignición
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibración en el cilindro: final del cicloVibración en el cilindro: final del ciclo
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SECUENCIA DE EVENTOS PARA UN SECUENCIA DE EVENTOS PARA UN MOTOR DE 4 TIEMPOSMOTOR DE 4 TIEMPOS
Presión y vibración (PT/VT) Presión – Volumen (PV)
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: punto muerto superiorPT/VT: punto muerto superior
La ignición ha ocurrido La propagación de la llama ha empezado La mezcla de aire – combustible es
sobrecalentada
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: presión pico del encendidoPT/VT: presión pico del encendido
Propagación de la llama frontal a través del cilindro
Aumento de la presión y la temperatura Muy rápido, detonación Muy despacio, fuego suave
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: carrera de potenciaPT/VT: carrera de potencia
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: Salida de GasesPT/VT: Salida de Gases
Los gases de expulsión salen a través del puerto de la válvula al múltiple de escape y de ahí al turbo
Blow down
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: Admisión de airePT/VT: Admisión de aire
Cierre Válvulade Escape
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: Admision de combustiblePT/VT: Admision de combustible
Cierre de la válvula de succión
Cierre Válvulade Admisión
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: compresión e igniciónPT/VT: compresión e ignición
Cierre de la válvula Gas combustible
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPT/VT: final del cicloPT/VT: final del ciclo
¿Qué es Esto?
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposVT: interferencias (Crosstalk)VT: interferencias (Crosstalk)
Este motor tiene elevadores sólidos
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: punto muerto superiorPV: punto muerto superior
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: succión de airePV: succión de aire
Aire fresco entra al cilindro
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: succión de combustible y compresiónPV: succión de combustible y compresión
Comienza la succión de combustible BBDC La turbulencia revuelve la mezcla
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: igniciónPV: ignición
La mezcla es comprimida y sobrecalentada La ignición ocurre entre los 10 – 20 grados
BTDC
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: punto muerto superiorPV: punto muerto superior
La ignición ha ocurrido El viaje de la llamas frontal ha iniciado
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: presión pico del encendidoPV: presión pico del encendido
La llama viaja a lo largo de la cámara El calor es liberado y la presión aumenta El pico ocurre entre los 15 – 20 grados ATDC Si la presión incrementa es
Muy rápido, detonación Muy despacio, fuego suave
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: Carrera de potenciaPV: Carrera de potencia
Se completa la combustión Le presión lleva al cilindro hacia abajo Como el volumen aumenta la presión decrece
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: punto muerto inferiorPV: punto muerto inferior
La válvula de escape abre justo antes del BDC
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: Salida de GasesPV: Salida de Gases
La presión cae rápidamente Blow Down
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Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiemposPV: final del cicloPV: final del ciclo
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SECUENCIA DE EVENTOS PARA SECUENCIA DE EVENTOS PARA COMPRESOR RECIPROCANTE DE COMPRESOR RECIPROCANTE DE
DOBLE ACCIÓNDOBLE ACCIÓN
Ciclo de compresión (PV) del final de la cabeza (HE) Ciclo de compresión (PV) del final del cigüeñal (CE) HE eventos de las válvulas HE y CE presión – tiempo (PT) HE y CE vibración – tiempo (VT)
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocanteHE ciclo de compresiónHE ciclo de compresión
HE compresión1 – 2
HE descarga2 – 3
HE expansión3 – 4
HE succión4 – 1
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocanteCE ciclo de compresiónCE ciclo de compresión
CE compresión 1 – 2
CE descarga2 – 3
CE expansión 3 – 4
CE succión 4 – 1
CE compresión1 – 2
CE descarga2 – 3
CE expansión3 – 4
CE succión4 – 1
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocantePV: HE evento de compresiónPV: HE evento de compresión
La presión del cilindro (Pcyl) esta por encima de Ps y aumenta hasta Pd. Las válvulas de descarga abren cuando Pcyl es mayor a Pd(2).
Presión Línea de Succión
Presión Línea de Descarga
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocantePV: HE evento de descargaPV: HE evento de descarga
Presión Línea de Succión
Presión Línea de Descarga
La presión del cilindro esta por encima y decrece hasta Pd. Las válvulas de descarga son cerradas cuando Pcyl iguala a Pd (3) en TDC
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocantePV: HE evento de expansiónPV: HE evento de expansión
La presión del cilindro (Pcyl) esta por debajo de Pd y decrece hasta Ps. Las válvulas de succión abren cuando Pcyl es menor que Ps (4)
Presión Línea de Succión
Presión Línea de Descarga
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocantePV: HE evento de succiónPV: HE evento de succión
La presión en el cilindro (Pcyl) esta por debajo de Ps y aumenta hasta Ps. Las válvulas de succión se cierran cuando Pcyl es igual a Ps (1) en BDC
Presión Línea de Succión
Presión Línea de Descarga
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Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor ReciprocanteEjemplo: HE y CE PVEjemplo: HE y CE PV
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocantePT: HE y CEPT: HE y CE
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Secuencia de eventos para compresor reciprocanteSecuencia de eventos para compresor reciprocanteHE vibración de la válvulaHE vibración de la válvula
1. La válvula de succión se abre.2. El gas succionado llena el cilindro.3. La válvula de succión es bajada suavemente hasta el sello en BDC – el cierre no siempre es visible.
4. La válvula de descarga se abre.5. Gas a altas presiones es descargado dentro de la línea de descarga.6. La válvula de descarga es suavemente bajada hasta el sello en TDC. no siempre es visible.
El ruido que genera el gas al pasar por la válvula es muy fuerte pero éste va decreciendo a medida que la velocidad del gas disminuye
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Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor ReciprocanteCE vibración de la válvulaCE vibración de la válvula
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Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor ReciprocanteHE y CE Interferencia en la válvula.HE y CE Interferencia en la válvula.
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Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor ReciprocanteRepresentación típica HE PT/VTRepresentación típica HE PT/VT
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Rápida recapitulaciónRápida recapitulación
Ya hemos hablado del comportamiento normal de: Motor de combustión por chispa de 2 tiempos Motor de combustión por chispa de 4 tiempos Compresor Reciprocante de doble efecto
Ahora sabemos como deben verse los eventos, entonces podemos ver las fallas
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ANALIZANDO FALLAS DE MOTORANALIZANDO FALLAS DE MOTOR
Combustión Mecánica
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Fallas en los motores que podemos Fallas en los motores que podemos monitorearmonitorear
Calidad de la combustión Desbalanceo Detonación Perdida del fuego Pre – ignición Emisiones excesivas
Eficiencia Potencia indicada Torque Eficiencia
Desarrollo económico Costos del combustible Consumo de combustible
Condiciones mecánicas Fugas en las válvulas Fugas en los anillos Tren de válvulas Desgaste, Camisa Desgastada y pistón Camisa puerto/puente Carbón en los puertos Pasador Rodamientos principales, Bujes del cigüeñal Problemas de ignición Fallas en el turbo cargador Problemas en las bombas de aceite y de agua Vibraciones en la carcasa y en la fundación
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CombustiónCombustión
Muchos de los problemas que enfrentamos con los motores son debidos a la variación de la combustión
Los motores no queman en la misma manera en cada ciclo
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CombustiónCombustiónEcuación química de la combustiónEcuación química de la combustión
Los motores convierten la energía química en calor
Toman gases tan sencillos como el metano (CH4)
Lo combinan con oxigeno y empieza la reacción
Se produce dióxido de carbón más vapor de agua y libera calor, cerca de 1000 BTU/ft3 de metano consumido.
OHCOOCH 2224 22
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CombustiónCombustiónSi fuera así de simpleSi fuera así de simple
El aire es O2 (23%) y N2 (77%) Ambos se ven involucrados en la reacción
química El proceso de combustión no es ni
completo ni instantáneo Muchos pasos intermedios ocurren
durante la combustión Esto nos lleva a otros subproductos de la
combustión tales como NOx, HC, CO y particulados (humos)
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CombustiónCombustiónPor que la combustión es tan variable?Por que la combustión es tan variable?
Mezcla incompleta en el cilindro Dificultad en quemar las partículas más
delgadas de la mezcla Cargas inconsistentes de
aire/combustible en cada ciclo Muy baja calidad del combustible Fallas en la ignición Temporizado incorrecto de las válvulas Condiciones ambientales variables.
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CombustiónCombustiónResultados de una pobre combustiónResultados de una pobre combustión
El quemado en cada uno se vuelve inconsistente, altas combustiones seguidas de bajas combustiones
Esforzar el motor, térmica y mecánicamente
Reducción de la vida útil de los componentes del motor
Perdidas de combustible Incremento en las emisiones Esto cuesta mucho dinero
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CombustiónCombustiónFallas típicasFallas típicas
Desbalanceo Cilindros muertos Combustión Temprana Combustión suave Detonación Pre – ignición
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Balance del motorBalance del motor
Los constructores diseñaron el motor para manejar presiones y temperaturas especificas en los cilindros
Cilindros con picos muy elevados de presión desarrollan esfuerzos mecánicos y térmicos muy grandes
El balanceo del motor distribuye estos esfuerzos a lo largo del motor para maximizar la vida útil de los componentes
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Balance del motorBalance del motorPresiones en los cilindros (motor balanceado)Presiones en los cilindros (motor balanceado)
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Balance del motorBalance del motorRata de incremento de las presiones (motor Rata de incremento de las presiones (motor balanceado)balanceado)
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Balance del motorBalance del motorPresiones en el cilindro (motor desbalanceado)Presiones en el cilindro (motor desbalanceado)
97
Balance del motorBalance del motorRata de aumento de la presión (motor Rata de aumento de la presión (motor desbalanceado)desbalanceado)
Altamente Variable
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DetonaciónDetonación
La detonación ocurre cuando la llama frontal se propaga muy rápido generando así una combustión descontrolada
La detonación puede llevar a fallas muy tempranas debido a los altos esfuerzos térmicos y mecánicos
Causas de la detonación: La mezcla es muy rica Obstrucción o contaminación del aire succionado Barrido incompleto Composición inconsistente del combustible Motor sobrecargado El tiempo de ignición esta muy adelantado Los cilindros altamente cargados en motores desbalanceados
son más susceptibles a la detonación
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DetonaciónDetonaciónComparación de las gráficas de las presiones en los Comparación de las gráficas de las presiones en los motoresmotores
100
DetonaciónDetonaciónCiclos múltiples PT para la potencia de un cilindro Ciclos múltiples PT para la potencia de un cilindro (P3)(P3)
101
Combustión PobreCombustión Pobre
Esto sucede cuando la presión en el cilindro es alcanzada demasiado tarde (también conocida como ignición tardía)
El PFP usualmente es bajo y tardío Causas de la combustión pobre:
Barrido incompleta La proporción de aire/combustible es muy delgada
causando una lenta llama frontal La proporción de aire/combustible es demasiado rica
para una apropiada combustión Tiempo de ignición tardío Pobre composición del combustible
102
Fuegos suavesFuegos suavesComparación de las gráficas de presión en el motorComparación de las gráficas de presión en el motor
103
Combustión PobreCombustión PobrePT: comparado con el normalPT: comparado con el normal
104
Combustión Pobre Combustión Pobre PV: comparado con el normalPV: comparado con el normal
105
Combustión Pobre Combustión Pobre Otro ejemplo comparando cilindros PTOtro ejemplo comparando cilindros PT
106
Combustión TempranaCombustión Temprana
Esto ocurre cuando la presión en el cilindro es alcanzada muy rápidamente
El PFP es usualmente alto y cierra a TDC
Causas de Ignición Temprana: La proporción aire/combustible es muy rica Tiempo de ignición muy temprano Temperatura del aire, tibio
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Combustión TempranaCombustión TempranaComparación de la presión del motorComparación de la presión del motor
108
Cilindros muertosCilindros muertos
Los cilindros muertos no tienen una combustión discernible
Causas de los cilindros muertos: Problemas de ignición Carga impropia de aire/combustible
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Cilindros muertosCilindros muertosComparación de los picos de presión en el cilindroComparación de los picos de presión en el cilindro
110
Cilindros muertosCilindros muertosComparación de la presión del cilindro en forma y Comparación de la presión del cilindro en forma y tiempotiempo
111
Cilindros muertosCilindros muertosComparación de la proporción de aumento de la Comparación de la proporción de aumento de la presión del cilindropresión del cilindro
112
Cilindros muertosCilindros muertosRelación entre la presión y la proporción de Relación entre la presión y la proporción de aumento de la presiónaumento de la presión
113
Cilindros muertosCilindros muertosPV comparación con el normalPV comparación con el normal
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Pre – igniciónPre – ignición
La pre – ignición es la combustión prematura de la mezcla de aire/combustible antes del evento normal de ignición (auto – combustión)
PFP puede ocurrir antes de TDC causando excesiva fuerza en el pistón, en el pasador, en las barras de conexión y rodamientos
Los esfuerzos mecánicos y térmicos resultados de la pre – ignición y puede generar cabezas rotas, pistones torcidos o desgastados.
Causas de la pre – ignición: Manchas calientes en el cilindro generadas por cenizas o
carbón Manchas calientes creadas por la detonación Tiempo de ignición muy temprano NO es normalmente
considerado pre – ignición
115
Pre – igniciónPre – igniciónBosquejo de la pre – ignición (datos no actuales)Bosquejo de la pre – ignición (datos no actuales)
116
Pre – ignición PV Motrando 2 Giros del Eje.Pre – ignición PV Motrando 2 Giros del Eje.
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CombustiónCombustiónResumen del análisisResumen del análisis
Normal Todos los cilindros PFP promedio están dentro del 10 – 15% del promedio PFP del
motor Baja desviación ciclo a ciclo en cilindro PFP Ángulo PFP consistente y en la ubicación esperada Temperaturas de salida similares entre cilindros potenciados
Desbalanceado El promedio de los picos de presión de llama son desiguales Alta desviación en PFP para el cilindro Temperaturas de salida desiguales Usualmente acompañados por altas concentraciones de NOx y HC
Detonación A menudo audible Alto PFP con un ángulo muy temprano de PFP Muy altas proporciones de incremento de presiones comparados con otros
cilindros A menudo se genera una onda de choque que se ve en PT La combustión puede ser más ruidosa que lo normal
118
Combustión suave Tipo de mezcal Promedio del PFP menor de lo normal El ángulo PFP más tarde de lo normal Baja rata de incremento de la presión cuando se compara con otros
cilindros Puede ser seguido de una detonación Aumento de la temperatura de salida
Combustión temprana El ángulo PFP más temprano de lo normal El promedio del PFP mayor de lo normal Alta rata de incremento de la presión cuando se compara con otros
cilindros Bajas temperaturas de salida
CombustiónCombustiónResumen del análisis (cont.)Resumen del análisis (cont.)
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Cilindros muerto El promedio del PFP en el momento de la compresión – exhibe
ninguna variación del ciclo, desviación baja del PFP Presión máxima = presión de compresión corriendo Baja rata de incremento de la presión cuando se compara con otros
cilindros Consumo de potencia Desperdicio de combustible (USD 100-200/día/cyl) Combustible en la salida puede representar el riesgo de devolverse
encendido Baja temperatura en la salida
Pre – ignición La auto – combustión se presenta antes de la ignición normal El ángulo PFP puede presentarse antes del TDC Se generan esfuerzos mecánicos y térmicos en el pistón, los
pasadores, bielas y los rodamientos
CombustiónCombustiónResumen del análisis (cont.)Resumen del análisis (cont.)
120
CombustiónCombustiónPT para un cilindro muerto, fuego suave y PT para un cilindro muerto, fuego suave y detonacióndetonación
121
CombustiónCombustiónPV para un cilindro muerto, fuego suave y PV para un cilindro muerto, fuego suave y detonacióndetonación
122
ANALIZANDO LA CONDICION ANALIZANDO LA CONDICION MECÁNICA DE MOTORESMECÁNICA DE MOTORES
Válvulas Camisa Barras y pasadores Anillos Sistemas de ignición
123
Tren De VálvulasTren De Válvulas
124
Tren de la válvulasTren de la válvulasProblemas comunesProblemas comunes
Mecánicos Perdidas/desgaste de balancines Tolerancias no apropiadas en los levantadores Resortes rotos Tensiones incorrectas en los resortes Desgaste de la guía de la válvula Desgaste o des-sincronización de la leva Excesivo desgaste en los engranes del eje de levas
Fugas Válvulas quemadas Depósitos en el sello de la válvula Sello dañado Daño en el vástago de la válvula
125
Tren de válvulasTren de válvulasTolerancias incorrectasTolerancias incorrectas
Puede causar que la válvula abra y cierre en el momento equivocado
El evento de apertura de la válvula puede ser ruidoso
Puede causar ruido al cerrarse la válvula cuando esta cae en su asiento
126
Tren de válvulasTren de válvulasLevantadores hidráulicosLevantadores hidráulicos
Estos mantienen el tiempo correcto de la válvula y minimizan el desgaste en el tren de válvulas sobre un amplio rango de condiciones de operación
La presión de aceite dentro del brazo mantiene la tolerancia correcta en el tren de válvulas
Si el levantador colapsa… La válvula puede abrir tarde y cerrarse temprano El patrón de vibraciones muestra impacto al abrir
y cerrarse
127
Tren de válvulasTren de válvulasExcesiva tolerancia en las válvulas de escape Excesiva tolerancia en las válvulas de escape (levantador sólido)(levantador sólido)
128
Tren de válvulasTren de válvulasComparación de la vibración para una válvula de Comparación de la vibración para una válvula de escape con fugaescape con fuga
129
Tren de válvulasTren de válvulasPT y PV: fuga en las válvulas de EscapePT y PV: fuga en las válvulas de Escape
130
Tren de válvulasTren de válvulasDesgaste BalancínesDesgaste Balancínes
131
Tren de válvulasTren de válvulasDesgaste en los engranes de la levaDesgaste en los engranes de la leva
132
Tren de válvulasTren de válvulasDesgaste en los engranes de la levaDesgaste en los engranes de la leva
133
Tren de válvulasTren de válvulasFuga en la válvula de combustibleFuga en la válvula de combustible
134
Tren de válvulasTren de válvulasFuga en la válvula de combustibleFuga en la válvula de combustible
135
Tren de válvulasTren de válvulasResumen del análisisResumen del análisis
Normal. Los eventos de apertura de la válvula son suaves o ausentes Los eventos de la válvula son similares en todo el motor Los eventos de cierre están de acuerdo con el ángulo del cigüeñal,
impacto sencillo o de corta duración No hay fugas después que la válvula se cierre
Desgaste del balancín. El múltiples impactos siguiendo el normal cierre de la válvula Ruido excesivo al abrir o cerrar
Excesiva tolerancia en el levantador La válvula se abre tarde y se cierra temprano Ruidos de impacto al cerrarse la válvula A veces se ve el impacto en la apertura Cierre temprano de la válvula de escape puede aumentar la cola de
PV
136
Rotura de los resortes de la válvula Ruidos de impacto al abrirse la válvula La válvula puede cerrar tarde
Desgaste de la guía de la válvula La rugosidad vista en los patrones de vibración a medida que la
válvula se abre y cierra La válvula se puede quedar en la guía y no cerrar a tiempo Se pueden ver fugas de gas si la válvula no se cierra
apropiadamente Fallas en la transmisión de las levas.
Impacto en la vibración a medida que un diente pasa por el otro Pueda causar excesivo desgaste del lóbulo de ataque de la
leva, con patrón de demasiada vibración Cuando se presenten los problemas tenga a la mano el
transductor de vibración para hacer las mediciones correspondientes
Tren de válvulasTren de válvulasResumen del análisisResumen del análisis
137
Fuga en las válvulas Patrones de soplado (turbulencia) aparecen cuando la
presión aumenta en el cilindro Inadecuado asentamiento de la válvula
Múltiples impactos cuando la válvula trata de asentarse Buscar por diferencias entre válvulas a lo largo del motor Se pueden ver patrones de soplado cuando la presión es
alta en el cilindro Puede ser causado por asiento fuera de parámetros, resorte
incorrecto/desgastado/roto, desgaste de la guía, perdida de un balancín, vástago de la válvula doblado.
Tren de válvulasTren de válvulasResumen del análisisResumen del análisis
138
Pistones, Bujes, Anillos y Camisas Pistones, Bujes, Anillos y Camisas
139
Golpes en el pistón (Piston Slap)Golpes en el pistón (Piston Slap)
El golpe en el pistón (Piston Slap) sucede cuando la Falda del pistón impacta en la camisa.
Tiende a ocurrir después de que se alcanza el pico de presión cuando la presión es alta hay fuerzas laterales en el pistón
Se hace más pronunciado cuando la tolerancia en la parte superior incrementa debido al desgaste del anillo
140
Golpes en el pistónGolpes en el pistónVibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe Vibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe en el pistón (Piston Slap)en el pistón (Piston Slap)
141
Golpes en el pistónGolpes en el pistónVibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe Vibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe en el pistónen el pistón
142
Barras del pistónBarras del pistón
Excesiva tolerancia en los pasadores y los pines produce “impactos” en la carga invertida en el buje del pasador pistón En motores de 4 tiempos, las puntas de
vibraciones ocurren cerca de TDC En motores de 2 tiempos, las puntas de
vibraciones ocurren cerca de BDC Comúnmente existe variabilidad de ciclo a ciclo
en la ubicación de la vibración
143
Barras del pistónBarras del pistónGolpes de pistón (Wrist pin) para un motor de 2 Golpes de pistón (Wrist pin) para un motor de 2 tiempostiempos
144
Barras del pistónBarras del pistónGolpes de pistón (Wrist pin) para un motor de 4 Golpes de pistón (Wrist pin) para un motor de 4 tiempostiempos
145
Barras del pistónBarras del pistónExcesiva tolerancia en el pasador (4 tiempos)Excesiva tolerancia en el pasador (4 tiempos)
146
Anillos del pistónAnillos del pistónDesgaste o cargas inapropiadas en los anillosDesgaste o cargas inapropiadas en los anillos
La presencia de gas pasando ruidosamente cuando las presiones del cilindro son altas indica paso de gas al carter (Blowby)
Tenga mucho cuidado, esto puede ser fuga alrededor del anillo o la válvula
Una Camisa dañada puede evitar que anillo haga sello correctamente
Aún un pequeño blowby puede ser suficiente para causar un incremento significativo en la presión del carter.
Suciedad en el anillo hace que la presión se obtenga detrás del anillo para cargar los anillos inapropiada mente
147
CamisasCamisasEstropeados y rayadosEstropeados y rayados
Esto se ve a menudo como picos asimétricos de vibración alrededor del TDC Para motores de 2 tiempos, los anillos del pistón
pasan por el mismo punto dos veces en un ciclo Para motores de 4 tiempos, los anillos del pistón
pasan por el mismo punto 4 veces en un ciclo La carga de los anillos afectan el grado en
que cada evento es visto El desgaste usualmente es rápido en la línea
superior debido a un alto PFP La presión en el carter puede incrementar debido al
blowby resultante del desgaste de la camisa
148
CamisasCamisasEj. Ranura en la Camisa (P2, 10 ciclos)Ej. Ranura en la Camisa (P2, 10 ciclos)
149
Camisas Camisas Ranura en la CamisaRanura en la Camisa
150
Camisas Camisas Ranura en la CamisaRanura en la Camisa
151
CamisasCamisasInterferencia (crostalk) en el evento de escape en P3Interferencia (crostalk) en el evento de escape en P3
152
CamisasCamisasDDesgaste de Camisaesgaste de Camisa
153
CamisasCamisasDesgaste de CamisaDesgaste de Camisa
154
CamisasCamisasDesgaste de Camisa confirmados por un cursor Desgaste de Camisa confirmados por un cursor simétricosimétrico
155
CamisasCamisasDesgaste de camisasDesgaste de camisas
156
CamisasCamisasDesgaste de LumbrerasDesgaste de Lumbreras
157
CamisasCamisasLumbrerasLumbreras
158
Sistemas de igniciónSistemas de ignición
Proveen la energía para iniciar la reacción en cadena en la mezcla de
aire/combustible y consiste de…. Suministro de energía Circuito de tiempo (timming unit) Mecanismos de distribución Transformador Bujías
159
Sistema de ignición primarioSistema de ignición primario
160
Sistemas de igniciónSistemas de igniciónPatrón de Ignicion secundariasPatrón de Ignicion secundarias
161
Sistemas de igniciónSistemas de igniciónPatrones de la ignición secundaria típicaPatrones de la ignición secundaria típica
162
Fallas en la igniciónFallas en la igniciónTiempo…Tiempo…
Tiempo avanzado puede causar… Combustión temprana Temprano y PFP alto Detonación Temperaturas de escape bajas
Tiempo retardado puede causar… Combustión Retardada Tarde y bajo PFP Perdidas de combustión/combustión suave Altas temperaturas de escape
163
Fallas en la igniciónFallas en la igniciónProblemas típicos en las bujíasProblemas típicos en las bujías
Claro de bujia excesivo – el voltaje de ionización incrementa, chispa muy fuerte
Claro de bujia insuficiente – el voltaje de ionización disminuye, chispa debil
Suciedad – el crecimiento de contaminantes disminuye el espacio y genera una disminución en el voltaje de ionización
Desgaste del contacto o escamaduras en el metal – incrementa el espacio por lo tanto incrementa el voltaje de ionización
164
Fallas en la igniciónFallas en la igniciónCablesCables
El crecimiento de la corrosión reduce el voltaje de ionización
Daños o cables perdidos pueden causar conexiones a tierra
165
Fallas en la igniciónFallas en la igniciónBobinasBobinas
Revisar que la polaridad sea la correcta
Observar el anillo inferior de la bobina para poder ver las condiciones del arrollamiento de la bobina
166
Fallas en la igniciónFallas en la igniciónDos bobinas malas – la chispa no se alcanzaDos bobinas malas – la chispa no se alcanza
167
Fallas en la igniciónFallas en la igniciónBobina invertidaBobina invertida
168
ANALIZANDO LAS FALLAS ANALIZANDO LAS FALLAS EN LOS COMPRESORESEN LOS COMPRESORES
Qué fallas podemos detectar? Caracterizando el compresor normal Identificando fallas
169
Fallas en los compresores que podemos Fallas en los compresores que podemos detectardetectar
Condición de las válvulas Fugas en la válvula de succión Fugas en la válvula de descarga Cierre repentino (slamming) Excesivo claro Ondulación de la válvula (flutter) Resortes rotos
Condición del cilindro y barras Fugas en anillos Desgaste del pistón o de la camisa Desgaste de rider ring Golpes en las crucetas Stress mecánico del cilindro Cojinetes de bancada
EficienciaCapacidad
Potencia Exceso de carga en la barra y
fallas en la inversión de la barra
Equipo auxiliarVasijas y tuberías
Fundación y cimientos
170
Caracterización de la máquinaCaracterización de la máquina
Los analistas usan todo esto: Datos de operación Presión y vibración versus tiempo (PT/VT) Presión versus volumen (PV) Log P versus Log V Datos históricos, mantenimiento Comparación de la población Resultados de los cálculos Parámetros normalizados
171
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPT/VT normalPT/VT normal
172
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en la válvula de descarga HE : PT/VTPase en la válvula de descarga HE : PT/VT
173
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en la válvula de succión HE: PT/VTPase en la válvula de succión HE: PT/VT
174
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en los anillos: PT/VTPase en los anillos: PT/VT
175
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPV normalPV normal
176
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en la válvula de succión HE: PVPase en la válvula de succión HE: PV
177
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en la válvula de descarga HE: PVPase en la válvula de descarga HE: PV
178
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en los anillosPase en los anillos
179
Caracterización del compresorCaracterización del compresorLogP – LogV normalLogP – LogV normal
180
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en la válvula de succión HE: LogP – LogVPase en la válvula de succión HE: LogP – LogV
181
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en la válvula de descarga HE: LogP – LogVPase en la válvula de descarga HE: LogP – LogV
182
Caracterización del compresorCaracterización del compresorPase en los anillos: LogP – LogVPase en los anillos: LogP – LogV
183
Caracterización del compresorCaracterización del compresorBalance de FlujoBalance de Flujo
El balance de flujo es la proporción de la capacidad de succión y la capacidad de descarga
Balance de flujo
Capacidad de succión VEsCapacidad de descarga Ved
Idealmente, la proporción debe ser 1.00 La fugas en las válvula y anillos pueden cambiar VEs y VEd
y causar que el balance de flujo se desvíe de 1.00 El balance de flujo es un “Parámetro Normalizado” por que
es relativamente independiente de las condiciones de operación
aDesccapacidad
Succióncapacidad
arg_
_
184
Caracterización del compresor Caracterización del compresor DDelta en la temperatura de descarga (DTD)
DTD es la diferencia entre la temperatura de descarga teórica y la temperatura real
La temperatura de descarga actual es medida en la tobera de descarga
La temperatura teórica de descarga es calculada de las propiedades del gas, Ts, Pd y Pd
Un DTD alto indica que el gas descargado es más caliente de lo esperado
Esto usualmente sucede por la fricción que se genera al pasar el gas a través de las restricciones tales como las fugas en la válvula o el anillo
DTD = Td, real – Td, teórica
185
Caracterización del compresorCaracterización del compresorTemperaturas normales en el tope de la válvulaTemperaturas normales en el tope de la válvula
186
FALLAS EN EL COMPRESORFALLAS EN EL COMPRESOR
Fugas de presión
187
Fugas de presiónFugas de presiónFuentes de las fugas y herramientas de análisis
Ejemplos Válvulas de succión Válvulas de descarga Empaquetaduras Anillos
Herramientas de análisis Gráfico PV Patrones de vibración Temperaturas balance de flujo LogP – LogV
188
Fugas de presiónFugas de presiónFuga en la válvula de succión CE: PT/VTFuga en la válvula de succión CE: PT/VT
189
Fugas de presiónFugas de presiónFuga en la válvula de succión HE: PT/VTFuga en la válvula de succión HE: PT/VT
190
Fugas de presiónFugas de presiónFuga en la válvula de succión HE: PVFuga en la válvula de succión HE: PV
191
Fugas de presiónFugas de presiónFuga en la válvula de succión HE: LogP – LogVFuga en la válvula de succión HE: LogP – LogV
192
Fugas de presiónFugas de presiónFuga en la válvula de succión HE: Temp. en tapa de Fuga en la válvula de succión HE: Temp. en tapa de válvulasválvulas
193
Fugas de presiónFugas de presiónFuga en la válvula de succión HE: Reporte de saludFuga en la válvula de succión HE: Reporte de salud
194
Fugas de presiónFugas de presiónPase por anillosPase por anillos
Fugas en los anillos Fuga ligera en los anillos de un compresor de
hidrogeno Oxido de hierro viajaba a lo largo de la línea de
conducción desgastando los anillos Filtros fueron instalados a la entrada de la succión para
solucionar el problema
La protuberancia más allá de las líneas de compresión y de expansión indican una menor fuga en el anillo
195
Fugas de PresiónFugas de PresiónPase de gas severo por anillosPase de gas severo por anillos
196
Fugas de presiónFugas de presiónResumen de analisisResumen de analisis
Fuga en la válvula de succión Patrones de vibración del gas pasante cuando la presión diferencial a lo largo de la válvula es alta. El
patrón de vibración de la fuga es más alto en la válvula que presenta fuga Balance de flujo > 1.05 Proporción n para LogP – LogV > 1.03 Delta elevado en la temperatura de descarga. Temperatura elevada en la parte superior de la válvula Punta de descarga redondeada en la PV La capacidad final de los cilindros cae Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por debajo de la teórica Fuga en la válvula de descarga Patrones de vibración del gas pasante cuando la presión diferencial a lo largo de la válvula es alta. El
patrón de vibración de la fuga es más alto en la válvula que presenta fuga Balance de flujo > 0.97 Proporción n para LogP – LogV < 0.98 Punta de descarga redondeada en la PV La presión de succión incrementa Delta anormal de la temperatura de descarga y en la parte superior de la válvula. Expansión a través de
la válvula de descarga puede disminuir la parte superior de la válvula y la temperatura de descarga La capacidad final del cilindro disminuye Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por encima de la teórica
197
Fuga en empaquetaduras Todas las fugas en las empaquetaduras son de mínima cuantía. Fuga excesiva es muy similar
a la fuga en la válvula de succión Patrones de fuga en las válvulas CE. Se recomienda mover el censor más cerca de la
empaquetadura para confirmar La temperatura de las empaquetaduras aumenta. Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por debajo de la teórica Los patrones de vibración del gas pasante cerca de la parte terminal del cigüeñal cuando la
presión en esta parte es mayor que la atmosférica Balance de flujo > 1.05 Proporción n para LogP – LogV > 1.03
Fuga en el anillo Patrones de vibración del gas pasante en todas las válvulas cuando la presión diferencial a lo
largo del anillo es alta El balance de flujo generalmente aumenta La presión de succión aumenta y la presión de descarga disminuye Aumento en el delta de temperatura de descarga Las líneas de expansión y de descarga en PT y PV no se rigen por la ley general de los gases
ideales: PVn=constante
Fugas de presiónFugas de presiónFugas severas en los anillosFugas severas en los anillos
198
FALLAS EN LOS COMPRESORESFALLAS EN LOS COMPRESORES
Dinámica de las válvulas
199
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasAlgunas causas de las fallas en las válvulas
Desgaste mecánico y fatiga Materiales extraños en el gas Accionamiento anormal de los elementos de las válvulas Excesivo levantamiento de la válvula para la aplicación Apertura y cierre múltiple Cierre abrupto Resonancia y pulsaciones de presión Gases corrosivos Líquidos en el gas Depósitos en los elementos de sellado y resortes
200
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasTécnicas para el análisis
Comparar los patrones de vibración y observar las diferencias
Revisar el historial Revisar válvulas similares
El evento de apertura de la válvula es usualmente más demorado que el de cierre
El cierre de la válvula es por lo general silencioso. El elemento de sello es bajado en el asiento por el resorte y la velocidad del gas cae cerca de TDC y BDC
Monitorear las perdidas de la válvula hasta que esta represente un desperdicio de energía
201
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasCierre abrupto (slamming)…llevándolo a la fugaCierre abrupto (slamming)…llevándolo a la fuga
202
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasEventos múltiples de aberturaEventos múltiples de abertura
203
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasOndulación (Flutter)Ondulación (Flutter)
204
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasResumen del análisisResumen del análisis
Difícil apertura, Difícil cierre, Cierre tardío, Resortes rotos Puede ser generado por restricción en el sello. La restricción se
presenta cuando las fuerzas requeridas para iniciar el movimiento son mayores que las requeridas para mantenerlo
Si el cierre abrupto (slamming) se presenta en el cierre y apertura, es casi seguro que los resortes son demasiado livianos o que se han desgastado o que están rotos debido al excesivo ciclaje
Las válvulas muy elevadas pueden tomar más tiempo para cerrarse. La pulsación puede causar que la presión diferencial incremente
repentinamente generando un cierre duroCierre temprano Tensión excesiva en el resorte La pulsación puede causar que la presión diferencial decrezca
repentinamente y esto haga que la válvula se cierre rápidamente
205
Ondulación (Flutter) Ocurre cuando el plato de la válvula oscila ente el sello y la guarda. Esto ocurre por que el
flujo de gas a través de la válvula es insuficiente para levantar el plato de la guarda. En el patrón de vibración, se puede ver múltiples impactos de cierre y apertura
Oscilaciones muy duras usualmente indican que el resorte es muy rígido. Oscilaciones muy suaves usualmente indican que el levantamiento es muy grande. La ondulación de la válvula se puede presentar si hay una excesiva pulsación en las líneas de succión o de descarga
Para corregir el problema, reduzca el levantamiento de la válvula y/o la tensión del resorte; minimice la pulsación de la presión
Aperturas múltiples Si el levantamiento de la válvula es muy grande la velocidad del gas no será la suficiente
para mantener la válvula abierta. Por lo tanto la válvula se abrirá y cerrará varias veces. Para corregir ese problema, reduzca el levantamiento de la válvula para incrementar la caída de presión a través de la válvula
Las pulsaciones pueden causar que la presión diferencial a lo largo del anillo aumente o disminuya hasta el punto en que las válvula se cierran y se reabren
Resortes pesados pueden causar que la válvula se cierre rápido. La presión en el cilindro puede reabrir la válvula tarde en la carrera
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasResumen del análisis (cont.)Resumen del análisis (cont.)
206
Perdidas excesivas Las perdidas por las válvulas y los pasajes calculados del PV
no deben ser superiores a 10% Patrones de vibración del gas pasante cuado la válvula esta
abierta debido a la alta velocidad Levantamiento de la válvula o área de flujo insuficiente Algunos de los elementos de sellado en la válvula se pueden
atorar reduciendo el área efectiva de flujo Las curvas PT y PV aparecen redondeadas durante la fase de
descarga o succiónVibraciones mecánicas Las vibraciones mecánicas que se generan durante la succión
o descarga pueden ser causadas cuando los platos se atascan o las guías están desgastadas
Dinámica de las válvulasDinámica de las válvulasResumen del análisis (cont.)Resumen del análisis (cont.)
207
FALLAS DEL COMPRESORFALLAS DEL COMPRESOR
Perdidas
208
Perdidas en los compresoresPerdidas en los compresoresCálculo de la potenciaCálculo de la potencia
Se necesita hacer un trabajo para transportar gas a lo largo de una tubería
Ese trabajo es el área contenida en la gráfica PV La rata de trabajo hecho es la potencia Si dibujamos la curva PV como presión (psi) vs
volumen (% de carrera), podemos usar:
33000
PLANIHP
de donde:P: área contenida por la curvaL: longitud de la carreraA: área del pistónN: ciclos por minuto (RPM)
209
Perdidas en los compresoresPerdidas en los compresoresCaída de la presión
La potencia real consumida para comprimir el gas es siempre de alguna manera mayor que la calculada teóricamente (IHP)
Las principales diferencias en la potencia se deben a las caidas de presión a medida que el gas fluye por la tubería de succión, las válvulas de succión, válvulas de descarga y tubería de descarga
Para reducir esas perdidas, la presión del cilindro debe caer por debajo de la presión de succión durante la carrera efectiva de succión y aumentar por encima de la presión de descarga durante la carrera efectiva de descarga
210
Perdidas en los compresoresPerdidas en los compresoresNo – perdidas de IHPNo – perdidas de IHP
211
Perdidas en los compresoresPerdidas en los compresoresIHP totalIHP total
212
Perdidas en los compresoresPerdidas en los compresoresMagnitud de las perdidasMagnitud de las perdidas
Los factores que afectan la magnitud de las perdidas son:
Diseño de la válvula Presión de succión y de descarga Temperatura de succión y de descarga Velocidad del compresor Composición del gas Diseño de la tubería de succión y descarga Diseño de los pasajes del compresor
213
PulsaciónPulsación
Ondas de presión causadas por la succión y la descarga en los finales del compresor.
Puede cuasar vibraciones en las tuberías La vibración puede ser extrema si la pulsación
coincide con: La frecuencia de la resonancia acústica en la tubería La frecuencia natural de la tubería
Afecta el desarrollo del compresor Cuando las válvula abren y cierran Eficiencia volumétrica (capacidad) HP consumido moviendo el gas
214
PulsaciónPulsaciónTrazado de la presión en la toberaTrazado de la presión en la tobera
215
PulsaciónPulsaciónPotencia total HEPotencia total HE
216
PulsaciónPulsaciónNo – perdidas de potencia HENo – perdidas de potencia HE
217
PulsaciónPulsaciónPerdidas totalesPerdidas totales
218
PulsaciónPulsaciónPerdidas en los pasajes y en la válvulaPerdidas en los pasajes y en la válvula
219
PulsaciónPulsaciónEfecto en la HPEfecto en la HP
220
PotenciaPotenciaCostos de las pérdidas de potenciaCostos de las pérdidas de potencia
221
CARGA EN LAS BARRA DEL CARGA EN LAS BARRA DEL COMPRESORCOMPRESOR
¿Porque debemos tener cuidado con las cargas en las barras?
¿Cuales son las fuerzas que actuan sobre las barras?
222
Barras del compresorBarras del compresor
Las barras del pistón del compresor llevan toda la fuerza que se aplica al gas
Los fabricantes de las barras especifican cuales son los valores de las cargas permisibles
Dependiendo del material de la barra, la barra puede llevar un exceso de 200000 Lbf
El pasador debe soportar esas fuerzas Cargas inapropiadas en la barra puede causar:
Desgaste excesivo en los bujes del pin y crucetas Falla en los bujes de cruceta Esfuerzos mecánicos en el pistón, tuerca del pistón y otras
cargas en los componentes de los cojinetes
223
Barras del compresorBarras del compresorFuerzasFuerzas
Fuerza del gas – ejercida por la presión en ambos lados del pistón
Fuerza inicial – ejercida por la masa y la aceleración de los componentes reciprocantes
Fuerza total = fuerza del gas + fuerza inercial Las barras del compresor deben alternarse de tensión a
compresión en cada ciclo. Esto es importante para la lubricación de cada uno de los componente
API 618 (junio de 1995) dice:“…la duración de la inversión no debe ser menor a los 15 grados del ángulo del cigüeñal, y la magnitud del pico de la carga combinada de inversión debe ser por lo menos el 3% de la carga combinada real en la dirección opuesta.”
224
Barras del compresorBarras del compresorFuerzas del gasFuerzas del gas
225
Barras del compresorBarras del compresorFuerza del gasFuerza del gas
226
Barras del compresorBarras del compresorFuerza inercialFuerza inercial
Fuerza inercial = (masa de los componentes) * (aceleración instantánea)
Diferentes desplazamientos del pistón (gráfica superior) con respecto al tiempo la cual se deriva para obtener la velocidad (gráfica del medio), luego la diferenciación de la velocidad con respecto al tiempo nos da la aceleración (gráfica inferior)
La carga inercial de la barra toma la forma de la gráfica de aceleración
Las fuerzas inerciales son significativas en: Pistones de masas grandes Compresores de alta velocidad Proporción de servicio de baja
compresión
227
Barras del compresorBarras del compresorFuerza inercialFuerza inercial
228
Barras del compresorBarras del compresorCarga total de la barraCarga total de la barra
229
Barras del compresorBarras del compresorSolo tensiónSolo tensión
230
Barras del compresorBarras del compresorSolo compresiónSolo compresión
231
Barras del compresorBarras del compresorGolpe en el pin de la crucetaGolpe en el pin de la cruceta
232
Barras del compresorBarras del compresorCarga excesivaCarga excesiva
233
Barras del compresorBarras del compresorGolpe de CrucetaGolpe de Cruceta
234
Barras del compresorBarras del compresorResumen del análisisResumen del análisis
La carga en la barra esta por encima del límite El pin de cruceta , el pistón, las uniones y la barra son esforzadas por encima
del límite especificado por el constructor Ajustar la carga en el compresor Cambiar las líneas de presiónInsuficiente carga de inversión el la barra API 618 (junio de 1995) dice: “…la duración de la inversión no debe ser menor a los 15 grados del ángulo del
cigüeñal, y la magnitud del pico de la carga combinada de inversión debe ser por lo menos el 3% de la carga combinada real en la dirección opuesta.”
Las válvulas de succión descargadas en el lado CE pueden llevarnos a perdida del cambio de carga (rod reversal)
Ajustar la carga en el compresorGolpe en la inversión Revise las vibraciones de baja frecuencia. Busque por golpes cuando la carga
de la barra cambia de tensión a compresión y viceversa
235
MOVIMIENTOS DE LA BARRA DEL MOVIMIENTOS DE LA BARRA DEL COMPRESORCOMPRESOR
Cuál e s el movimiento de la barra?
Como se mide este movimiento? Herramientas de análisis
236
Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorPor que esto es importante?Por que esto es importante?
Idealmente, las barras solo tendrán movimiento traslación reciprocante
El movimiento es más complejo debido a: Alineación imperfecta Flexibilidad en la barra
El análisis del movimiento es usualmente usado para identificar: Problemas de alineación en el cilindro Desgaste de la banda de anillos (rider band) Desgaste de los cilindros Desgaste de los shims de la cruceta
237
Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorDesgaste de la barra (rod run out) del cilindro y su Desgaste de la barra (rod run out) del cilindro y su historia (a 240 grados)historia (a 240 grados)
238
Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorDesgaste de la barra (Rod run out)Desgaste de la barra (Rod run out)
239
Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorResumen del análisisResumen del análisis
Observación Características típicas
Tendencia del movimiento sobre la caída del tiempo
Revisar por señales en la banda y desgaste lineal Examinar las gráficas PV y LogP – LogV para ver posibles fugas en el anillo
Los sensores superiores e inferiores siguen una “W” de 0-360°
Los sensores muestra que la caída de la barra de be estar 90 y 270 grados pareciendo alcanzar TDC y BDC. El tipo más común de desgaste lineal tiene forma de barril, más en el centro que en la parte terminal
Los sensores superiores e inferiores siguen una “V” de 0-360°
La camisa es descubierto, donde el mayor desgaste ocurre en la parte terminal Revisar si existe excesivo desgaste de las empaquetaduras Revisar el alineamiento del cilindro
Los sensores superiores e inferiores forman una “V” invertida de 0-360°
La camisa está descubierto, donde el mayor desgaste ocurre en la parte terminal HE. Revisar si existe excesivo desgaste de las empaquetaduras Revisar el alineamiento del cilindroPatrones para los sensores
superiores e inferiores separadas en la grafica de desgaste de la barra. La parte superior cae y la inferior sube
La barra esta desgastada donde la separación ocurre. Si esto esta alrededor de BDC, revisar la barra por desgaste cerca de la empaquetadura
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FALLAS EN EL COMPRESORFALLAS EN EL COMPRESOR
Cojinetes de bancada y biela
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Rodamientos principales y del cigüeñalRodamientos principales y del cigüeñalMedicionesMediciones
Es muy difícil obtener datos certeros de los cojinetes principales y del cigüeñal – el camino de transmisión no es grande
En algunos niveles de análisis son posibles siempre y cuando la unidad se mantenga en movimiento: Usar un lector de vibraciones de baja frecuencia
que pueda detectar golpes Medida de la carcasa donde halla un camino de
transmisión al cojinete
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FundaciónFundaciónTendencia de la vibración de la carcasa: tornillos de Tendencia de la vibración de la carcasa: tornillos de anclaje rotosanclaje rotos
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FALLAS EN COMPRESORES
Vibraciones en tuberias y carcazas
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FundacionTendencia de vibracion: Pernos de anclaje rotos
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FundaciónEspectro: Vibración Normal en una carcaza
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FundaciónFundaciónEspectro: vibración normal de la carcasaEspectro: vibración normal de la carcasa
Observación Característica típica
La lectura de la vibración (desplazamiento) indica movimiento vertical de la parte terminal externa del cilindro
Revisar los soportes del cilindro para ver si hay tuercas perdidas o la base esta rota. Dependiendo de la masa del cilindro y la velocidad del eje del cigüeñal esta desplazamiento no debe ser mayor a 5 mils
La vibración (desplazamiento) indica movimiento axial en la parte terminal externa del cilindro
La deformación normal para un cilindro es < 5mils Si el movimiento axila del cilindro es excesivo o aumenta, revisar que todas las turcas estén bien ajustadas
Excesiva vibración de la tubería Revisar los apoyos de la tubería Revisar el espectro de vibración para identificar los componentes de la frecuencia Medir el espectro de presión en la tubería para determinar si el esfuerzo predominante se genera por pulsación o desbalanceo mecánico
Vibración excesiva (desplazamiento) en la base de la carcasa
Revisar el torque de las tuercas. Buscar fallas en la base de concreto Revisar las condiciones del asiento que soporta la carcasa Eliminar el aceite residual ya que este funciona como una cuña hidráulica Revisar el alineamiento del cilindro y la velocidad del pistón pata asegurar que todos los componentes esta corriendo bien
