Turbo Cargadores

5/24/2018 Turbo Cargadores

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Turbo

Car adoresAnlisis de FallasAplicado

LIBRO DE REFERENCIA

CATERPILLAR


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TABLA DE CONTENIDOS

Estructura del Turbo Cargador 2,3,4

Por que los Turbo Cargadores Fallan 5

Falta de Lubricacin . 6,7

Abrasivos en el Lubricante .. 8,9

Temperaturas de Escape Altas .. 10

Daos por Partculas Externas ... 11

Apagado en Caliente .... 12

Problemas de Turbo Cargadores ... 13Estallido de la rueda .. 13

Inclusiones en las fundiciones . 14

Fallas por soldadura inercial 15

Otros problemas de turbo cargadores 16

Fabricacin . 17

Conclusin .. 18

PREFACIO

Este libro contiene un resumen de conceptos claves sobre la estructura de los turbo cargadores,operacin, problemas, desgaste anormal y anlisis de fracturas. Esta destinado para servir como librode referencia para aquellas personas que asistieron al curso de Anlisis de Fallas Aplicado deCaterpillar. Cualquier persona que desee ms informacin sobre el Anlisis de Fallas Aplicado

debera contactar a su representante Caterpillar local.


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ESTRUCTURA DEL TURBO CARGADOR

Los turbo cargadores usan la energa disponible en los gases de escape para comprimir y aumentar elsuministro de aire de admisin. La potencia pueden ser tan alta como 100.000 RPM, lo que requieretolerancias precisas y un equilibrio de las partes en rotacin.

El aceite es suministrado a travs de pasajes perforados directamente a las superficies del cojinete y elaceite se drena por la fuerza de gravedad a travs de cavidades centrales. Los cojinetes de mun del ejecentral rotan a aproximadamente 1/3 de la velocidad del eje central y flotan libremente en un amortiguadorde aceite de lubricacin.

ESCAPE

Admisin

Post Enfriador

Filtro de

aire

Compresor

Turbo Cargador

Turbina


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Los ejes centrales son fabricados de un aceromagntico de alta resistencia y son soldados porrayo o friccin a una rueda de turbina de fundicinno magntica.

El eje central es endurecido por induccin en lasubicaciones del cojinete del mun para aumentarla fuerza y la resistencia al desgaste. El eje por logeneral es hueco dentro del rea de soldadura paradisminuir la conduccin de calor desde la rueda deturbina.

Las ruedas de compresin son fabricadas dealuminio fundido de alta resistencia y tienendiferentes diseos.

Tanto la superficie trasera como la de la nariz de laturbina y la rueda del compresor estn balanceadaspor ranurado, etc. Las ruedas mas nuevas estnbalanceadas por un perforado mas preciso delorificio en el centro de peso, minimizando losrequerimientos del balanceo.


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Los cojinetes de mun son fabricados de unaaleacin de plomo, cobre y estao. Algunos tienenun revestimiento de estao brillante. Los orificios

perforados pequeos permiten que el aceite fluya alas superficies interiores.

Los aros de resorte de retencin son fabricados deacero de alta resistencia. El lado con los bordesredondeados debe ser instalado contra las partes

en rotacin.

Las placas axiales son fabricadas por una capasuperpuesta de cobre, estao y plomo en unaaleacin de aluminio de alta resistencia, o por unacapa superpuesta de aluminio en acero.

Las aros del sello (lado fro) del compresor, por logeneral son fabricados de hierro fundido, mientrasque los aros del sello de la turbina (lado caliente)por lo general son fabricados de una aleacin de

hierro dctil al alto cromo.


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POR QUE LOS TURBO CARGADORES FALLAN

El seguimiento de un enfoque organizado para el anlisis de fallas, tal como los Ocho Pasos para elAnlisis de Fallas Aplicado, nos ayuda a recolectar informacin importante y a reconocer las seales quenos guan a la causa de raz correcta de cada falla.

La primera indicacin de problemas con el turbo cargador por lo general es humo de escape negro. Confrecuencia la causa de raz es simplemente un filtro de aire sucio que restringe el suministro de aire deadmisin. Asegrese de controlar los sistemas de admisin de aire antes de afirmar que hay un problemacon el turbo cargador.

Por que los Turbo

Cargadores Fallan?

Falta de lubricacin Abrasivos en el aceite Temperatura de escape alta Objetos externos Problemas de los turbo

cargadores

La mayora de las fallas de los turbo cargadores sonel resultado de condiciones de trabajo yambientales hostiles. Las reas de posibles causasde raz incluyen falta de lubricacin, abrasivos en elaceite, temperaturas de escape excesivas, daospor material externo, paradas en caliente yproblemas de turbo cargadores.

Defina el problema clara y concisamenteOrganice la recoleccin de informacinObserve y registre los hechosPiense lgicamente de acuerdo a loshechosIdentifique la causa de raz ms probableComunquese con la parte responsableRealice reparaciones de la maneraindicadaRealice un seguimiento con el cliente

Ocho pasos para el anlisis de falla aplicado Siga las Seales

Hechos

Fracturas

Des aste

Causade raz


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FALTA DE LUBRICACION

Seales de Falta deLubricante

Colores de revenido Desgaste Adhesivo Metal Debilitado Contacto de la Rueda con

las Carcasas Separacin de la Rueda con

el Eje.

La falta de lubricacin no solo disminuye laeliminacin de calor de los turbo cargadores, sinoque tambin aumenta la generacin de calorfriccional. Por lo tanto, deberamos encontrarcolores de revenido, desgaste adhesivo, metaldebilitado, rueda en contacto con la carcasa, oseparacin de la rueda del centro del eje si seproduce la falta de lubricacin.

Los colores de revenido y el aceite carburizadonegro son evidencia de un suministro inadecuadode aceite.

Una operacin continua sin un suministro adecuadode aceite permite el desgaste adhesivo de los bujesy puede debilitar el eje central.

Con el tiempo el eje puede fracturarse. La superficiede fractura esta por lo general descolorida a causadel calor. Se puede usar un imn para verificar queel material del eje central este presente en la ruedade la turbina, y que la soldadura por friccin no hafallado.


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La presencia de desgaste adhesivo y de colores derevenido en el eje central indica un suministro deaceite inadecuando y la eliminacin de calor.

Un cojinete de mun esta trabado en la carcasacentral debido a temperaturas excesivamente altas.

Las fracturas deberan ser inspeccionadas yclasificadas. Esta fractura parece ser una fracturasecundaria rpida que se origina en el filete dondecambia el dimetro.

El otro lado de la fractura presenta deformacinplstica y colores de revenido, seales definitivasde altas temperaturas y una fractura dctilresultante.

POR QU

Falta de Lubricacin

Cuando los daos resultantes indican una falta delubricacin, la pregunta que queda por hacernos esPor qu se produjo la falta de lubricacin? Haymuchas causas de raz, tales como un nivel bajo deaceite, arranques en fro, aceite incorrecto, pasajesrestringidos, aceite contaminado, altastemperaturas, etc.


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ABRASIVOS EN EL LUBRICANTE

Este cojinete del lado caliente presenta mucho desgaste, mientras que el cojinete del lado fro tiene unaapariencia normal. Una inspeccin mas cercana revela que el aro sello se salio de su ranura durante lainstalacin. Esto puede ser la causa de raz que permiti el ingreso de gases de escape calientes y carbn yque produjo el desgaste abrasivo.

Seales de Abrasivosen el Aceite

Rayaduras, cortes,ranuras

Poco dao por calor Desgaste rpido Desechos incrustados

Cuando hay partculas abrasivas en el aceite delubricacin, los cojinetes axiales y del mun sedesgastan rpidamente. Una inspeccin mascercana de las superficies del cojinete revelaracortes, rayaduras, ranuras y algunas vecesdesechos incrustados. El calor generado eseliminado por el aceite de lubricacin y lastemperaturas de las superficies pueden permanecercasi normales.

El escudo de calor y los cojinetes centrales de esteturbo estn cubiertos con lodo y barniz y loscojinetes del mun presentan decoloracin porcalor. El aceite presente parece estar contaminadocon carbn y otros desechos pequeos que no hansido filtrados. Estas seales nos indican queobtengamos informacin sobre la calidad del aceite,

tal como: intervalos de mantenimiento, filtros,cantidades de bombeo, etc.


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El material externo grande puede ser introducido durante el armando del motor o del turbo cargador, durantereparaciones cuando los sistemas de lubricacin del motor estn abiertos, o durante operaciones demantenimiento. Debido a que las RPM del turbo cargador son extremadamente altas, solo lleva un cortotiempo para causar un dao severo, producir el movimiento del eje, y permitir que las ruedas estn encontacto con las carcasas. El dao abrasivo ser peor en la superficie exterior de los cojinetes del mun queen la superficie interna debido a tolerancias ajustadas y fuerza centrifuga

Ya que la identificacin del desecho es con frecuencia la clave para determinar la causa de raz del desgasteabrasivo, cada vez que sea posible deberamos inspeccionar cuidadosamente las reas con receptculos enbusca de partculas de desechos atrapados, eliminarlas y limpiarlas lentamente, y examinarlas con una buenaluz y ampliacin.

Los restos grandes y duros han cortado y ranuradolos cojinetes del eje.

El dao abrasivo es mas severo en las superficiesexteriores que en las superficies interiores.

Una inspeccin general revela la presencia de corteabrasivo, y una primera idea preconcebida podraser que el cliente permiti que los restos ingresen ycausen el dao.

Solo con inspeccionar las superficies desgastadascon ampliacin se pueden identificar las partculasabrasivas como esfricas, de tamao uniforme,partculas duras con colores de revenido. Municinde acero? Fuente?


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TEMPERATURAS DE ESCAPE ALTAS

En el desarme, las partes internas tambin deberan mostrar seales de altas temperaturas, tales como aceiterecocido por todas partes, un escudo de calor altamente oxidado, colores de revenido, desgaste del cojinete,etc.

Seales de Temperaturade Escape Altas

Mucho dao por calor- Aceite recocido- Oxidacin- Colores de revenido

Mucho desgaste del cojinete

Con poca frecuencia las temperaturas de escapealtas pueden elevar la temperatura de la carcasacentral por encima de 1000 F, carburizando elaceite del interior, oxidando las partes y provocandoun desgaste acelerado.

Una examinacion visual del exterior del turbocargador sometido a temperaturas extremadamentealtas por lo general revela mucha oxidacin detodos los metales, como as tambin contacto de lasruedas con las carcasas.


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DAOS POR MATERIAL EXTERNO

Cuando el material externo ingresa a la rueda de la turbina, los bordes externos de las hojas son doblados ytorcidos cuando la rueda de alta velocidad golpea un objeto estacionario. (Aunque sea pequeo, el materialexterno liviano parecer pesado para una hoja de alta velocidad).

Seales de MaterialExterno

Daos a la hoja de la rueda Eje central flexionado Desgaste normal del

cojinete Separacin de la rueda

Cuando el material externo ingresa a los turbocargadores, se produce un dao inmediato a losbordes de muchas hojas. Ya sea la carga deimpacto o una condicin de desbalance puedeprovocar la flexin del eje central o la separacin dela rueda.

Cuando el material externo grande ingresa a larueda del compresor, los bordes internos de la hojason doblados y torcidos.

El material externo mas pequeo provocara menosdao severo en la misma ubicacin. Las vas detraccin sucias por el dao nos indican que fueronusadas despus de producido el dao.


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DAOS POR DETENCION EN CALIENTE

Despus de una operacin de carga completa, losturbo cargadores tienen una temperatura mxima yrequieren varios minutos de una operacin sincarga para permitir que el aceite de lubricacinelimine el exceso de calor. Cuando se detiene encaliente, se permite que el calor penetre en lacarcasa central, carburise el aceite residual, y enocasiones, disminuya la resistencia de las partes.

El cojinete del lado caliente presenta un desgasteabrasivo fino a causa del aceite carburizado. Lasuperficie ha sido rallada para mostrar la nuevacapa de aceite carburizado.

Si el aceite recocido provoca que un cojinete seadhiera al eje central, se producir una potenciamxima y un desgaste excesivo en el lado exterior.

Cuando los cojinetes son retirados del eje central despus de detenciones en caliente, es comn encontrar

puntos de templado y aros donde el aceite residual se ha vertido en un eje caliente a travs de pasajes deaceite y alrededor de los cojinetes. Detenciones en caliente repetidas por lo general producen varios puntospor templado. Los puntos ms recientes sern brillosos y los puntos ms viejos desaparecern con eldesgaste.


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PROBLEMAS DE TURBO CARGADORES

Mientras que la mayora de las fallas de los turbo cargadores son causadas por problemas ambientales, lasfallas ocasionalmente se producen a causa de problemas con los mismos turbos. Podemos agrupar estosproblemas en dos reas generales, diseo del turbo y materiales (estallido de la rueda, fatiga de la hoja,

inclusiones de fundiciones, etc.) y fabricacin del turbo (problemas de armado, daos por manipuleo, etc.)Existen seales y hechos que nos ayudaran a identificar estos problemas con el turbo.

ESTALLIDO DE LA RUEDA

Cuando nos preguntamos Qu provoco que esta

rueda del compresor de fracturara?, la respuestamas comn es material externo. Todas lassuperficies deberan ser examinadas y todas lasfracturas clasificadas antes de brindar nuestraopinin.

La fractura ms grande debera ser estudiada mscuidadosamente. Cuando se la sostiene a la alturade los brazos, es difcil ver los detalles en lasuperficie de fractura. Necesitamos observar a lasuperficie con buena iluminacin y ampliacin.

Ahora la superficie de fractura muestra claramenteun rea semi circular que es ms suave y brillosaen el lado inferior derecho del calibre del eje. Estoes una fractura por fatiga y un estallido resultantede la rueda, producido por una fuerza centrifugacclica.


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INCLUSIONES DE FUNDICION

A pesar de es poco comn, es posible tener inclusiones, gas atrapado u otros problemas de fundicin queproducen discontinuidad y debilidad en una parte de metal. Ya que las tensiones severas en las partes enrotacin son con frecuencia producidas por una fuerza centrifuga y RPM altas, deberamos esperar que se

produzca un dao severo si existe la presencia de un defecto de fundicin.

Una inspeccin casual puede conducirnos a pensarque esta rueda de turbina ha sufrido la presencia deun dao por impacto resultante.

Pero cuando se usa un imn para controlar la fallade soldadura, el imn es atrado, indicando que eleje esta fracturado, un resultado de la sobre carga.

A medida que se inspecciona cada hoja fracturada,una hoja tiene una fractura diferente, msinteresante y debera ser estudiada con buena luz yampliacin.

Un defecto de fundicin es ahora percibidofcilmente, lo que provoco fractura por fatiga de lahoja, produciendo el otro dao por impacto,sobrecargando y quebrando el eje central.


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FALLAS POR SOLDADURA INERCIAL

Las ruedas de turbina son soldadas por rayo o porfriccin a los ejes centrales. Si se comete un errordurante este proceso, puede no producirse laadhesin adecuada, como vemos aqu. Ya que larueda de turbina no es magntica y el eje si, sepuede usar un imn para controlar la falla de lasoldadura.

Las fallas de soldadura son suaves y planas conpoco metal remanente en la superficie de fracturade la rueda de la turbina.

La energa de escape es suficiente para mantenerla rueda fracturada girando hasta que sea losuficientemente pequea para escaparse del turbocargador.

Un imn se adhiere a esta fractura, indicndonosque el eje se ha quebrado y que la soldaduraestaba bien.

Una inspeccin visual con buena iluminacinmuestra tanto colores de revenido como metalcortado del eje, lo cual tambin indica que esto no


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OTROS PROBLEMAS DE TURBO CARGADORES

Cuando el aluminio ha sido removido por arriba opor debajo del rea del asiento de la tuerca, elaluminio restante puede deformarse, produciendotensin del eje fuera del centro, flexin del eje, ycontacto de la rueda con la carcasa.

El pasaje de lubricacin no fue perforado en estaplaca axial y causo un desgaste adhesivoinmediato.

Los pasajes perforados pueden estar mal ubicados.Este pasaje de aceite de admisin descentradoprodujo una lubricacin marginal de los cojinetes.

Algunas veces una rueda caliente o fra puede teneruna hoja faltante y solo daos menores en las otrashojas. Una primera idea preconcebida es por logeneral que ha ingresado material externo.

Una inspeccin mas cercana, sin embargo, muestraque se produjo la fractura por fatiga de la hoja,inicindose en el centro (mas suave y lisa) yterminando hacia el exterior (mas spera y rugosa)


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FABRICACION

Tenga cuidadocon las ideas

preconcebidas

Los problemas de los turbo cargadores tambinpueden ser causados por errores de fabricacin, porparte de la fabrica, del distribuidor o del personal delcliente. Los errores incluyen la instalacin o re usode partes daadas. Debemos tener cuidado con lasideas preconcebidas a medida que analizamos lasfallas de los turbo cargadores, y dejar que loshechos nos guen hacia la causa de raz correcta.

Si las superficies de la tuerca de retencin de larueda del compresor no son lisas y cuadradas conroscas, pueden interferir con la rueda de aluminio yprovocar que la fuerza de sujecin se relaje.

Cuando los calibres de la carcasa son speros y loscojinetes no rotan libremente, se produce unapotencia mxima y un desgaste excesivo del otrolado del cojinete.

La instalacin de un eje spero en el interior de lacarcasa puede causar dao de impacto a los arossellos y a las ranuras, produciendo problemas defuga de aceite.

El manipuleo brusco o el cargado lateral mientras

se ajustan las tuercas de retencin pueden flexionarlos ejes centrales, produciendo desbalance,desgaste excesivo del cojinete, y contacto de larueda con la carcasa.


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CONCLUSION

Conclusin

Causa de raz = Resultado de la fallaespecfica especfico

Hechos - Piense

A medida que nos encontramos con problemas conlos turbo cargadores, los hechos especficos decada falla nos conducirn a la identificacin correctade la causa de raz de la falla. Por lo tanto,debemos pensar de acuerdo a los hechos hastaque entendamos que lo que ha pasado es vital.

Pregunta de Doble Control

Hay alguna forma posiblepor la cual otro factorpuede haber causado lafalla?

El uso de la pregunta de doble control paracontrolar la coherencia de nuestro pensamiento essiempre una buena idea.

Y cuando descubramos que partes de lacompetencia han causado la falla, es unaoportunidad de explicar la diferencia con las partesCAT y aumentar la confianza del cliente.

VENTAS!

Productos Partes Servicio

Si aplicamos continuamente los Ocho Pasos parael Anlisis de Fallas Aplicado, podemos mejorarla calidad de nuestro apoyo a los productos yaumentar las ventas de los productos, partes yservicios.


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C TERPILL R

OTROS LIBROS DE REFERENCIA

A continuacin hay una lista de Libros de Referencia incluidos en la Seriede Analisis de Fallas Aplicado. Debido a que los libros sobre otros temas ycomponentes estan completados, seran anunciados de la manera usual

N de Forma TituloSEVB0549 Principios de Metalurgia

SEVB0554 Principios de Desgaste

SEVB0552 Principios de Fracturas

SEVB0547 Principios de Examinacion Visual

SEVB0545 Sujetadores Roscados

SEVB0546 Bielas

SEVB0548 Cigeales

SEVB0544 Cojinetes del Motor

SEVB0553 Pistones, Aros y Camisas

SEVB0551 Vlvulas del Motor

SEVB0550 Turbocargadores

SEVB0561 Engranajes

SEVB0562 Conjinetes Anti- Friccion

SEVB0563 Motores y Bombas Hidraulicas

SEVB0564 Conjunto Completo de los Libros de Referencia

antes enunciados

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