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TTéécnicas Bcnicas Báásicas de ansicas de anáálisis lisis de motores & Compresores de motores & Compresores ReciprocantesReciprocantes
CBM EQUIPOLuis SerranoIván Gavidia
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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PequePequeñño resumen o resumen del cursodel curso
Programas de análisisCaracterización de los motores y los compresores
Tipos de datosUbicación de los puntos de prueba.
Secuencia de eventosMotores de 2 tiemposMotores de 4 tiemposCompresores
Análisis de las fallas en los motoresAnálisis de las fallas en los compresores.
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PROGRAMAS DE ANPROGRAMAS DE ANÁÁLISISLISIS
ObjetivosTipos de análisisProcesos de análisis
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Programas de anProgramas de anáálisislisis
Objetivos de los programas de análisisEliminar el mantenimiento innecesario y costosoReducir costos de mantenimientoAumentar la disponibilidad de las máquinasReducir tiempo de paradaMejorar el desempeño de los equipos.Reducir emisionesIncrementar la seguridad de los equipos y del personal
“No se puede mejorar lo que no se mide”
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Programas de anProgramas de anáálisislisis
Tipos de análisis de las máquinasAnálisis del mantenimiento
Identificar fallas incipientes de tal forma que se pueda transformar el mantenimiento correctivo en mantenimiento programado.Ayudar a evitar las fallas en servicioLa meta es reducir los costos de mantenimiento
Análisis de desempeñoCaracterizar el potencial operativo del motor/compresorEficienciaConsumo de combustiblePotenciaEntrega de potencia final.
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Programas de anProgramas de anáálisislisis
El proceso de análisisAdquirir información de la máquinaCentralizarse en la información concerniente a medidas de desempeño y condición.Organizar e imprimir la informaciónInvestigar y analizar la condición y desempeño.Reportar lo encontradoTomar accionesRealizar seguimiento de las acciones.
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CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓN DE LOS N DE LOS MOTORES Y LOS COMPRESORESMOTORES Y LOS COMPRESORES
Tipos de datosUbicación de los puntos de prueba
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores
Tipos de datos especialesProceso de datos
Hablar sobre el procesoEjemplos: presión y temperatura de succión.
Dato de fase-marcadaDatos referenciados al volanteEjemplo: datos de presión versus tiempo.
Datos No-faseLa muestra es, solamente, una función del tiempoEjemplo: datos de aceleración de un rodamiento de un
turbocargador
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresMedida de la posición del volante
Uno por gradoEncoder del eje360 pulsos por revoluciónLa mejor precisión
Uno por vuelta del volante
Los picos magnéticos, activos u ópticos son comunes1 pulso por revoluciónUsualmente permanece montado
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresEjemplo de la presiEjemplo de la presióón de fase n de fase –– marcada (PT)marcada (PT)
Presión en la cabeza y en el final del compresor trazadas en el cilindro de un compresor
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresMovimiento libre, datos no Movimiento libre, datos no faseadosfaseados
Los datos son tomados independientemente de la posición del cigüeñalQue se obtiene:
Niveles de vibración totalesEl espectro muestra los componentes de la frecuencia
Aplicaciones comunesVibraciones estructuralesSoportes, fundacionesTurbo cargadoresBombas de aceite y de aguaPulsaciones de presión
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresEjemplo de datos de movimiento libre, no Ejemplo de datos de movimiento libre, no faseadofaseadoespectroespectro
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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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresTTíípico motor de 2 tiempos PT/VTpico motor de 2 tiempos PT/VT
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresTTíípico motor de 4 tiempos PT/VTpico motor de 4 tiempos PT/VT
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Datos del CompresorDatos del Compresor
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CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresoresModelo de un compresor tModelo de un compresor tíípico HEpico HE
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SECUENCIA DE EVENTOSSECUENCIA DE EVENTOS
Motor de 2 tiempos, de ignición por chispaMotor de 4 tiempos, de ignición por chispaCompresores Reciprocantes de doble acción
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Entendiendo las fallas en las mEntendiendo las fallas en las mááquinasquinas
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 ocurridoEl viaje frontal de la llama ha empezadoLa 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: combustiPT: combustióónn
La llama viaja a través de la cámaraEl calor es liberado, la presión aumentaLa temperatura en la llama frontal es de 3500ºFEl pico ocurre entre los 10 – 15 grados ATDCLa velocidad de propagación es critica
Muy rápido, detonaciónMuy 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 completaLa presión hace que el pistón bajeComo 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: expansiPT: expansióónn
El pistón destapa el puerto de salidaLa presión cae más rápidamenteEn 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: succiPT: succióón de airen de aire
El puerto de succión es descubiertoPresión en el cilindro <= presión de succiónAire 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 cierranEl 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: PT: AdmisionAdmision de combustiblede combustible
El barrido continua hasta que los puertos se cierranEn este punto se presenta la menor presión en el cilindroEl combustible es inyectado justamente antes que el escape se cierreLa apertura del puerto de expulsión arrastra combustibleEl 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: compresiPT: compresióónn
La inyección de combustible cesa, los puertos son cerradosLa presión empieza a aumentarLa carga de aire – combustible es turbulentaLa turbulencia mezcla la carga de aire – combustibleLa temperatura aumenta
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPT: igniciPT: ignicióónn
La ignición ocurre entre los 5 – 10 grados BTCDEl avance da tiempo para que la combustión se inicie y para que la llama frontal viajeLa 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 ocurridoEl viaje de la llama frontal a ha empezadoLa 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: combustiPV: combustióónn
La llama viaja a lo largo de la cámaraEl calor es liberado y la presión aumentaLa temperatura en la llama frontal es cerca de 3500ºFEl pico ocurre entre los 10 – 15 grados ATDCLa velocidad de propagación es critica
Muy rápido, detonaciónMuy 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 completaLa presión hace que el pistón bajeComo 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: expansiPV: expansióónn
El pistón Abre el puerto de salidaLa presión cae más rápidamenteEn 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: admisiPV: admisióón de airen de aire
El puerto de succión es descubiertoPresión en el cilindro <= presión de succiónAire 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 cierranEl 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: AdmisiPV: Admisióón de combustiblen de combustible
El barrido continua hasta que la toma se cierreEn esta punto se presenta la menor presión en el cilindroEl combustible es inyectado justamente antes que la salida se cierreLa 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: compresiPV: compresióónn
La inyección de combustible cesa, los puertos son cerradosLa presión empieza a aumentarLa carga de aire – combustible es turbulentaLa turbulencia mezcla la carga de aire –combustibleLa temperatura aumenta
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposPV: igniciPV: ignicióónn
La ignición ocurre entre los 5 – 10 grados BTCDEl avance da tiempo para que la combustión se inicie y para que la llama frontal viajeLa 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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: inicio del ciclon 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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: combustin en el cilindro: combustióónn
El anillo se encuentra totalmente cargado por la presión del gasSe 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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: potencian 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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: Salida de Gasesn 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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: succin en el cilindro: succióón de aire y barridon de aire y barrido
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: inyeccin en el cilindro: inyeccióón de combustiblen 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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: compresin en el cilindro: compresióónn
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 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: ignicin en el cilindro: ignicióónn
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Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiemposVibraciVibracióón en el cilindro: final del ciclon 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 ocurridoLa propagación de la llama ha empezadoLa 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: presiPT/VT: presióón pico del encendidon pico del encendido
Propagación de la llama frontal a través del cilindroAumento de la presión y la temperatura
Muy rápido, detonaciónMuy 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: AdmisiPT/VT: Admisióón de airen 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: PT/VT: AdmisionAdmision de combustiblede 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: compresiPT/VT: compresióón e ignicin e ignicióónn
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 (VT: interferencias (CrosstalkCrosstalk))
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: succiPV: succióón de airen 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: succiPV: succióón de combustible y compresin de combustible y compresióónn
Comienza la succión de combustible BBDCLa 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: igniciPV: ignicióónn
La mezcla es comprimida y sobrecalentadaLa 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 ocurridoEl 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: presiPV: presióón pico del encendidon pico del encendido
La llama viaja a lo largo de la cámaraEl calor es liberado y la presión aumentaEl pico ocurre entre los 15 – 20 grados ATDCSi la presión incrementa es
Muy rápido, detonaciónMuy 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 combustiónLe presión lleva al cilindro hacia abajoComo 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 ACCIDOBLE ACCIÓÓNN
Ciclo de compresión (PV) del final de la cabeza (HE)Ciclo de compresión (PV) del final del cigüeñal (CE)HE eventos de las válvulasHE y CE presión – tiempo (PT)HE y CE vibración – tiempo (VT)
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Secuencia de eventos para compresor Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocanteHE ciclo de compresiHE ciclo de compresióónn
HE compresión1 – 2
HE descarga2 – 3
HE expansión3 – 4
HE succión4 – 1
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Secuencia de eventos para compresor Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocanteCE ciclo de compresiCE ciclo de compresióónn
CE compresión1 – 2
CE descarga2 – 3
CE expansión 3 – 4CE succión
4 – 1
CE compresión1 – 2
CE descarga2 – 3
CE expansión3 – 4
CE succión4 – 1
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Secuencia de eventos para compresor Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocantePV: HE evento de compresiPV: HE evento de compresióónn
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 Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocantePV: 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 Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocantePV: HE evento de expansiPV: HE evento de expansióónn
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 Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocantePV: HE evento de succiPV: HE evento de succióónn
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 Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocantePT: HE y CEPT: HE y CE
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Secuencia de eventos para compresor Secuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocanteHE vibraciHE vibracióón de la vn de la váálvulalvula
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 vibraciCE vibracióón de la vn de la váálvulalvula
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Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor ReciprocanteHE y CE Interferencia en la vHE y CE Interferencia en la váálvula.lvula.
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Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor ReciprocanteRepresentaciRepresentacióón tn tíípica HE PT/VTpica HE PT/VT
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RRáápida recapitulacipida recapitulacióónn
Ya hemos hablado del comportamiento normal de:
Motor de combustión por chispa de 2 tiemposMotor de combustión por chispa de 4 tiemposCompresor 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
CombustiónMecánica
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Fallas en los motores que podemos Fallas en los motores que podemos monitorearmonitorear
Calidad de la combustiónDesbalanceoDetonaciónPerdida del fuegoPre – igniciónEmisiones excesivas
EficienciaPotencia indicadaTorqueEficiencia
Desarrollo económicoCostos del combustibleConsumo de combustible
Condiciones mecánicasFugas en las válvulasFugas en los anillos Tren de válvulasDesgaste, Camisa Desgastada y pistónCamisa puerto/puenteCarbón en los puertosPasadorRodamientos principales, Bujes del
cigüeñalProblemas de igniciónFallas en el turbo cargadorProblemas en las bombas de aceite y
de aguaVibraciones en la carcasa y en la
fundación
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CombustiCombustióónn
Muchos de los problemas que enfrentamos con los motores son debidos a la variación de la combustiónLos motores no queman en la misma manera en cada ciclo
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CombustiCombustióónnEcuaciEcuacióón qun quíímica de la combustimica de la combustióónn
Los motores convierten la energía química en calorToman 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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CombustiCombustióónnSi fuera asSi fuera asíí de simplede simple
El aire es O2 (23%) y N2 (77%)Ambos se ven involucrados en la reacción químicaEl proceso de combustión no es ni completo ni instantáneoMuchos pasos intermedios ocurren durante la combustiónEsto nos lleva a otros subproductos de la combustión tales como NOx, HC, CO y particulados (humos)
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CombustiCombustióónnPor que la combustiPor que la combustióón es tan variable?n es tan variable?
Mezcla incompleta en el cilindroDificultad en quemar las partículas más delgadas de la mezclaCargas inconsistentes de aire/combustible en cada cicloMuy baja calidad del combustibleFallas en la igniciónTemporizado incorrecto de las válvulasCondiciones ambientales variables.
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CombustiCombustióónnResultados de una pobre combustiResultados de una pobre combustióónn
El quemado en cada uno se vuelve inconsistente, altas combustiones seguidas de bajas combustionesEsforzar el motor, térmica y mecánicamenteReducción de la vida útil de los componentes del motorPerdidas de combustibleIncremento en las emisionesEsto cuesta mucho dinero
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CombustiCombustióónnFallas tFallas tíípicaspicas
DesbalanceoCilindros muertosCombustión TempranaCombustión suaveDetonaciónPre – ignición
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Balance del motorBalance del motor
Los constructores diseñaron el motor para manejar presiones y temperaturas especificas en los cilindrosCilindros con picos muy elevados de presión desarrollan esfuerzos mecánicos y térmicos muy grandesEl 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)
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Balance del motorBalance del motorRata de aumento de la presiRata de aumento de la presióón (motor n (motor desbalanceado)desbalanceado)
Altamente Variable
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DetonaciDetonacióónn
La detonación ocurre cuando la llama frontal se propaga muy rápido generando así una combustión descontroladaLa detonación puede llevar a fallas muy tempranas debido a los altos esfuerzos térmicos y mecánicosCausas de la detonación:
La mezcla es muy ricaObstrucción o contaminación del aire succionadoBarrido incomplet0Composición inconsistente del combustibleMotor sobrecargadoEl tiempo de ignición esta muy adelantadoLos cilindros altamente cargados en motores desbalanceadosson más susceptibles a la detonación
99
DetonaciDetonacióónnComparaciComparacióón de las grn de las grááficas de las presiones en los ficas de las presiones en los motoresmotores
100
DetonaciDetonacióónnCiclos mCiclos múúltiples PT para la potencia de un cilindro ltiples PT para la potencia de un cilindro (P3)(P3)
101
CombustiCombustióón Pobren Pobre
Esto sucede cuando la presión en el cilindro es alcanzada demasiado tarde (también conocida como ignición tardía)El PFP usualmente es bajo y tardíoCausas de la combustión pobre:
Barrido incompletaLa proporción de aire/combustible es muy delgada causando una lenta llama frontalLa proporción de aire/combustible es demasiado rica para una apropiada combustiónTiempo de ignición tardíoPobre composición del combustible
102
Fuegos suavesFuegos suavesComparaciComparacióón de las grn de las grááficas de presificas de presióón en el motorn en el motor
103
CombustiCombustióón Pobren PobrePT: comparado con el normalPT: comparado con el normal
104
CombustiCombustióón Pobre n Pobre PV: comparado con el normalPV: comparado con el normal
105
CombustiCombustióón Pobre n Pobre Otro ejemplo comparando cilindros PTOtro ejemplo comparando cilindros PT
106
CombustiCombustióón Tempranan Temprana
Esto ocurre cuando la presión en el cilindro es alcanzada muy rápidamenteEl PFP es usualmente alto y cierra a TDCCausas de Ignición Temprana:
La proporción aire/combustible es muy ricaTiempo de ignición muy tempranoTemperatura del aire, tibio
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CombustiCombustióón Tempranan TempranaComparaciComparacióón de la presin de la presióón del motorn del motor
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Cilindros muertosCilindros muertos
Los cilindros muertos no tienen una combustión discernibleCausas de los cilindros muertos:
Problemas de igniciónCarga impropia de aire/combustible
109
Cilindros muertosCilindros muertosComparaciComparacióón de los picos de presin de los picos de presióón en el cilindron en el cilindro
110
Cilindros muertosCilindros muertosComparaciComparacióón de la presin de la presióón del cilindro en forma y n del cilindro en forma y tiempotiempo
111
Cilindros muertosCilindros muertosComparaciComparacióón de la proporcin de la proporcióón de aumento de la n de aumento de la presipresióón del cilindron del cilindro
112
Cilindros muertosCilindros muertosRelaciRelacióón entre la presin entre la presióón y la proporcin y la proporcióón de n de aumento de la presiaumento de la presióónn
113
Cilindros muertosCilindros muertosPV comparaciPV comparacióón con el normaln con el normal
114
Pre Pre –– igniciignicióónn
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 rodamientosLos 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 carbónManchas calientes creadas por la detonaciónTiempo de ignición muy temprano NO es normalmente considerado pre – ignición
115
Pre Pre –– igniciignicióónnBosquejo de la pre Bosquejo de la pre –– igniciignicióón (datos no actuales)n (datos no actuales)
116
Pre Pre –– igniciignicióón PV Motrando 2 Giros del Eje.n PV Motrando 2 Giros del Eje.
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CombustiCombustióónnResumen del anResumen del anáálisislisis
NormalTodos los cilindros PFP promedio están dentro del 10 – 15% del promedio PFP del motorBaja desviación ciclo a ciclo en cilindro PFPÁngulo PFP consistente y en la ubicación esperadaTemperaturas de salida similares entre cilindros potenciados
DesbalanceadoEl promedio de los picos de presión de llama son desigualesAlta desviación en PFP para el cilindroTemperaturas de salida desigualesUsualmente acompañados por altas concentraciones de NOx y HC
DetonaciónA menudo audibleAlto PFP con un ángulo muy temprano de PFPMuy altas proporciones de incremento de presiones comparados con otros cilindrosA menudo se genera una onda de choque que se ve en PTLa combustión puede ser más ruidosa que lo normal
118
CombustiCombustióónnResumen del anResumen del anáálisis (cont.)lisis (cont.)
Combustión suaveTipo de mezcalPromedio del PFP menor de lo normalEl ángulo PFP más tarde de lo normalBaja rata de incremento de la presión cuando se compara con otros cilindrosPuede ser seguido de una detonaciónAumento de la temperatura de salida
Combustión tempranaEl ángulo PFP más temprano de lo normalEl promedio del PFP mayor de lo normalAlta rata de incremento de la presión cuando se compara con otros cilindrosBajas temperaturas de salida
119
CombustiCombustióónnResumen del anResumen del anáálisis (cont.)lisis (cont.)
Cilindros muertoEl promedio del PFP en el momento de la compresión – exhibe ninguna variación del ciclo, desviación baja del PFPPresión máxima = presión de compresión corriendoBaja rata de incremento de la presión cuando se compara con otros cilindrosConsumo de potenciaDesperdicio de combustible (USD 100-200/día/cyl)Combustible en la salida puede representar el riesgo de devolverse encendidoBaja temperatura en la salida
Pre – igniciónLa auto – combustión se presenta antes de la ignición normalEl ángulo PFP puede presentarse antes del TDCSe generan esfuerzos mecánicos y térmicos en el pistón, los pasadores, bielas y los rodamientos
120
CombustiCombustióónnPT para un cilindro muerto, fuego suave y PT para un cilindro muerto, fuego suave y detonacidetonacióónn
121
CombustiCombustióónnPV para un cilindro muerto, fuego suave y PV para un cilindro muerto, fuego suave y detonacidetonacióónn
122
ANALIZANDO LA CONDICION ANALIZANDO LA CONDICION MECMECÁÁNICA DE MOTORESNICA DE MOTORES
VálvulasCamisaBarras y pasadoresAnillosSistemas de ignición
123
Tren De VTren De Váálvulaslvulas
124
Tren de la vTren de la váálvulaslvulasProblemas comunesProblemas comunes
MecánicosPerdidas/desgaste de balancinesTolerancias no apropiadas en los levantadoresResortes rotosTensiones incorrectas en los resortesDesgaste de la guía de la válvulaDesgaste o des-sincronización de la levaExcesivo desgaste en los engranes del eje de levas
FugasVálvulas quemadasDepósitos en el sello de la válvulaSello dañadoDaño en el vástago de la válvula
125
Tren de vTren de váálvulaslvulasTolerancias incorrectasTolerancias incorrectas
Puede causar que la válvula abra y cierre en el momento equivocadoEl evento de apertura de la válvula puede ser ruidosoPuede causar ruido al cerrarse la válvula cuando esta cae en su asiento
126
Tren de vTren de váálvulaslvulasLevantadores hidrLevantadores hidrááulicosulicos
Estos mantienen el tiempo correcto de la válvula y minimizan el desgaste en el tren de válvulas sobre un amplio rango de condiciones de operaciónLa 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 tempranoEl patrón de vibraciones muestra impacto al abrir y cerrarse
127
Tren de vTren de váálvulaslvulasExcesiva tolerancia en las vExcesiva tolerancia en las váálvulas de escape lvulas de escape (levantador s(levantador sóólido)lido)
128
Tren de vTren de váálvulaslvulasComparaciComparacióón de la vibracin de la vibracióón para una vn para una váálvula de lvula de escape con fugaescape con fuga
129
Tren de vTren de váálvulaslvulasPT y PV: fuga en las vPT y PV: fuga en las váálvulas de Escapelvulas de Escape
130
Tren de vTren de váálvulaslvulasDesgaste Desgaste BalancBalancíínesnes
131
Tren de vTren de váálvulaslvulasDesgaste en los engranes de la levaDesgaste en los engranes de la leva
132
Tren de vTren de váálvulaslvulasDesgaste en los engranes de la levaDesgaste en los engranes de la leva
133
Tren de vTren de váálvulaslvulasFuga en la vFuga en la váálvula de combustiblelvula de combustible
134
Tren de vTren de váálvulaslvulasFuga en la vFuga en la váálvula de combustiblelvula de combustible
135
Tren de vTren de váálvulaslvulasResumen del anResumen del anáálisislisis
Normal.Los eventos de apertura de la válvula son suaves o ausentesLos eventos de la válvula son similares en todo el motorLos eventos de cierre están de acuerdo con el ángulo del cigüeñal, impacto sencillo o de corta duraciónNo hay fugas después que la válvula se cierre
Desgaste del balancín.El múltiples impactos siguiendo el normal cierre de la válvulaRuido excesivo al abrir o cerrar
Excesiva tolerancia en el levantadorLa válvula se abre tarde y se cierra tempranoRuidos de impacto al cerrarse la válvulaA veces se ve el impacto en la aperturaCierre temprano de la válvula de escape puede aumentar la cola de PV
136
Tren de vTren de váálvulaslvulasResumen del anResumen del anáálisislisis
Rotura de los resortes de la válvulaRuidos de impacto al abrirse la válvulaLa válvula puede cerrar tarde
Desgaste de la guía de la válvulaLa rugosidad vista en los patrones de vibración a medida que la válvula se abre y cierraLa válvula se puede quedar en la guía y no cerrar a tiempoSe 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 otroPueda causar excesivo desgaste del lóbulo de ataque de la leva, con patrón de demasiada vibraciónCuando se presenten los problemas tenga a la mano el transductor de vibración para hacer las mediciones correspondientes
137
Tren de vTren de váálvulaslvulasResumen del anResumen del anáálisislisis
Fuga en las válvulasPatrones de soplado (turbulencia) aparecen cuando la presión aumenta en el cilindro
Inadecuado asentamiento de la válvulaMúltiples impactos cuando la válvula trata de asentarseBuscar por diferencias entre válvulas a lo largo del motorSe pueden ver patrones de soplado cuando la presión es alta en el cilindroPuede ser causado por asiento fuera de parámetros, resorte incorrecto/desgastado/roto, desgaste de la guía, perdida de un balancín, vástago de la válvula doblado.
138
Pistones, Bujes, Anillos y Camisas Pistones, Bujes, Anillos y Camisas
139
Golpes en el pistGolpes en el pistóón (Piston Slap)n (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 pistónSe hace más pronunciado cuando la tolerancia en la parte superior incrementa debido al desgaste del anillo
140
Golpes en el pistGolpes en el pistóónnVibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe Vibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe en el pisten el pistóón (Piston Slap)n (Piston Slap)
141
Golpes en el pistGolpes en el pistóónnVibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe Vibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe en el pisten el pistóónn
142
Barras del pistBarras del pistóónn
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 TDCEn 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 pistBarras del pistóónnGolpes de pistGolpes de pistóón (n (WristWrist pin) para un motor de 2 pin) para un motor de 2 tiempostiempos
144
Barras del pistBarras del pistóónnGolpes de pistGolpes de pistóón (n (WristWrist pin) para un motor de 4 pin) para un motor de 4 tiempostiempos
145
Barras del pistBarras del pistóónnExcesiva tolerancia en el pasador (4 tiempos)Excesiva tolerancia en el pasador (4 tiempos)
146
Anillos del pistAnillos del pistóónnDesgaste 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 válvulaUna Camisa dañada puede evitar que anillo haga sello correctamenteAún 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 cicloPara motores de 4 tiempos, los anillos del pistón pasan por el mismo punto 4 veces en un cicloLa 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 PFPLa 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 (Interferencia (crostalkcrostalk) en el evento de escape en P3) 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 simsiméétricotrico
155
CamisasCamisasDesgaste de camisasDesgaste de camisas
156
CamisasCamisasDesgaste de LumbrerasDesgaste de Lumbreras
157
CamisasCamisasLumbrerasLumbreras
158
Sistemas de igniciSistemas de ignicióónn
Proveen la energía para iniciar la reacción en cadena en la mezcla de
aire/combustible y consiste de….Suministro de energíaCircuito de tiempo (timming unit)Mecanismos de distribuciónTransformadorBujías
159
Sistema de igniciSistema de ignicióón primarion primario
160
Sistemas de igniciSistemas de ignicióónnPatrPatróón de n de IgnicionIgnicion secundariassecundarias
161
Sistemas de igniciSistemas de ignicióónnPatrones de la igniciPatrones de la ignicióón secundaria tn secundaria tíípicapica
162
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónnTiempoTiempo……
Tiempo avanzado puede causar…Combustión tempranaTemprano y PFP altoDetonaciónTemperaturas de escape bajas
Tiempo retardado puede causar…Combustión RetardadaTarde y bajo PFPPerdidas de combustión/combustión suaveAltas temperaturas de escape
163
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónnProblemas tProblemas tíípicos en las bujpicos en las bujííasas
Claro de bujia excesivo – el voltaje de ionización incrementa, chispa muy fuerteClaro de bujia insuficiente – el voltaje de ionización disminuye, chispa debilSuciedad – el crecimiento de contaminantes disminuye el espacio y genera una disminución en el voltaje de ionizaciónDesgaste del contacto o escamaduras en el metal –incrementa el espacio por lo tanto incrementa el voltaje de ionización
164
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónnCablesCables
El crecimiento de la corrosión reduce el voltaje de ionizaciónDaños o cables perdidos pueden causar conexiones a tierra
165
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónnBobinasBobinas
Revisar que la polaridad sea la correctaObservar el anillo inferior de la bobina para poder ver las condiciones del arrollamiento de la bobina
166
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónnDos bobinas malas Dos bobinas malas –– la chispa no se alcanzala chispa no se alcanza
167
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónnBobina invertidaBobina invertida
168
ANALIZANDO LAS FALLAS ANALIZANDO LAS FALLAS EN LOS COMPRESORESEN LOS COMPRESORES
Qué fallas podemos detectar?Caracterizando el compresor normalIdentificando fallas
169
Fallas en los compresores que podemos Fallas en los compresores que podemos detectardetectar
Condición de las válvulasFugas en la válvula de succiónFugas en la válvula de descargaCierre repentino (slamming)Excesivo claroOndulación de la válvula (flutter)Resortes rotos
Condición del cilindro y barrasFugas en anillosDesgaste del pistón o de la camisaDesgaste de rider ringGolpes en las crucetasStress mecánico del cilindroCojinetes de bancada
EficienciaCapacidadPotenciaExceso de carga en la barra yfallas en la inversión de la barra
Equipo auxiliarVasijas y tuberíasFundación y cimientos
170
CaracterizaciCaracterizacióón de la mn de la mááquinaquina
Los analistas usan todo esto:Datos de operaciónPresión y vibración versus tiempo (PT/VT)Presión versus volumen (PV)Log P versus Log VDatos históricos, mantenimientoComparación de la poblaciónResultados de los cálculosParámetros normalizados
171
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPT/VT normalPT/VT normal
172
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en la vPase en la váálvula de descarga HE : PT/VTlvula de descarga HE : PT/VT
173
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en la vPase en la váálvula de succilvula de succióón HE: PT/VTn HE: PT/VT
174
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en los anillos: PT/VTPase en los anillos: PT/VT
175
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPV normalPV normal
176
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en la vPase en la váálvula de succilvula de succióón HE: PVn HE: PV
177
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en la vPase en la váálvula de descarga HE: PVlvula de descarga HE: PV
178
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en los anillosPase en los anillos
179
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorLogPLogP –– LogV normalLogV normal
180
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en la vPase en la váálvula de succilvula de succióón HE: n HE: LogPLogP –– LogVLogV
181
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en la vPase en la váálvula de descarga HE: lvula de descarga HE: LogPLogP –– LogVLogV
182
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorPase en los anillos: Pase en los anillos: LogPLogP –– LogVLogV
183
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn 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 α VEsCapacidad de descarga α Ved
Idealmente, la proporción debe ser 1.00La fugas en las válvula y anillos pueden cambiar VEs y VEdy causar que el balance de flujo se desvíe de 1.00El balance de flujo es un “Parámetro Normalizado” por que es relativamente independiente de las condiciones de operación
aDesccapacidadSuccióncapacidad
arg__
=
184
CaracterizaciCaracterizacióón del compresor n del compresor DDelta en la temperatura de descarga (DTD)
DTD es la diferencia entre la temperatura de descarga teórica y la temperatura realLa temperatura de descarga actual es medida en la tobera de descargaLa temperatura teórica de descarga es calculada de las propiedades del gas, Ts, Pd y PdUn DTD alto indica que el gas descargado es más caliente de lo esperadoEsto 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
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresorTemperaturas normales en el tope de la vTemperaturas normales en el tope de la váálvulalvula
186
FALLAS EN EL COMPRESORFALLAS EN EL COMPRESOR
Fugas de presión
187
Fugas de presiFugas de presióónnFuentes de las fugas y herramientas de análisis
EjemplosVálvulas de succiónVálvulas de descargaEmpaquetadurasAnillos
Herramientas de análisisGráfico PVPatrones de vibraciónTemperaturasbalance de flujoLogP – LogV
188
Fugas de presiFugas de presióónnFuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón CE: PT/VTn CE: PT/VT
189
Fugas de presiFugas de presióónnFuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: PT/VTn HE: PT/VT
190
Fugas de presiFugas de presióónnFuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: PVn HE: PV
191
Fugas de presiFugas de presióónnFuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: n HE: LogPLogP –– LogVLogV
192
Fugas de presiFugas de presióónnFuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: Temp. en tapa de n HE: Temp. en tapa de vváálvulaslvulas
193
Fugas de presiFugas de presióónnFuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: Reporte de saludn HE: Reporte de salud
194
Fugas de presiFugas de presióónnPase por anillosPase por anillos
Fugas en los anillosFuga ligera en los anillos de un compresor de hidrogenoOxido de hierro viajaba a lo largo de la línea de conducción desgastando los anillosFiltros 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 PresiFugas de PresióónnPase de gas severo por anillosPase de gas severo por anillos
196
Fugas de presiFugas de presióónnResumen de Resumen de analisisanalisis
Fuga en la válvula de succiónPatrones 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 fugaBalance de flujo > 1.05Proporción n para LogP – LogV > 1.03Delta elevado en la temperatura de descarga. Temperatura elevada en la parte superior de la válvulaPunta de descarga redondeada en la PVLa capacidad final de los cilindros caeLas líneas de expansión y compresión en PT y PV están por debajo de la teórica
Fuga en la válvula de descargaPatrones 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 fugaBalance de flujo > 0.97Proporción n para LogP – LogV < 0.98Punta de descarga redondeada en la PVLa presión de succión incrementaDelta 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 descargaLa capacidad final del cilindro disminuyeLas líneas de expansión y compresión en PT y PV están por encima de la teórica
197
Fugas de presiFugas de presióónnFugas severas en los anillosFugas severas en los anillos
Fuga en empaquetadurasTodas las fugas en las empaquetaduras son de mínima cuantía. Fuga excesiva es muy similar a la fuga en la válvula de succiónPatrones de fuga en las válvulas CE. Se recomienda mover el censor más cerca de la empaquetadura para confirmarLa temperatura de las empaquetaduras aumenta.Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por debajo de la teóricaLos patrones de vibración del gas pasante cerca de la parte terminal del cigüeñal cuando la presión en esta parte es mayor que la atmosféricaBalance de flujo > 1.05Proporción n para LogP – LogV > 1.03
Fuga en el anilloPatrones de vibración del gas pasante en todas las válvulas cuando la presión diferencial a lo largo del anillo es altaEl balance de flujo generalmente aumentaLa presión de succión aumenta y la presión de descarga disminuyeAumento en el delta de temperatura de descargaLas líneas de expansión y de descarga en PT y PV no se rigen por la ley general de los gases ideales: PVn=constante
198
FALLAS EN LOS COMPRESORESFALLAS EN LOS COMPRESORES
Dinámica de las válvulas
199
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasAlgunas causas de las fallas en las válvulas
Desgaste mecánico y fatigaMateriales extraños en el gasAccionamiento anormal de los elementos de las válvulasExcesivo levantamiento de la válvula para la aplicaciónApertura y cierre múltipleCierre abruptoResonancia y pulsaciones de presiónGases corrosivosLíquidos en el gasDepósitos en los elementos de sellado y resortes
200
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasTécnicas para el análisis
Comparar los patrones de vibración y observar las diferencias
Revisar el historialRevisar válvulas similares
El evento de apertura de la válvula es usualmente más demorado que el de cierreEl 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 BDCMonitorear las perdidas de la válvula hasta que esta represente un desperdicio de energía
201
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasCierre abrupto (Cierre abrupto (slammingslamming))……llevlleváándolo a la fugandolo a la fuga
202
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasEventos mEventos múúltiples de aberturaltiples de abertura
203
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasOndulaciOndulacióón (n (FlutterFlutter))
204
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasResumen del anResumen del anáálisislisis
Difícil apertura, Difícil cierre, Cierre tardío, Resortes rotosPuede 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 mantenerloSi el cierre abrupto (slamming) se presenta en el cierre y apertura, es casi seguro que los resortes son demasiado livianos o que se handesgastado o que están rotos debido al excesivo ciclajeLas válvulas muy elevadas pueden tomar más tiempo para cerrarse. La pulsación puede causar que la presión diferencial incremente repentinamente generando un cierre duro
Cierre tempranoTensión excesiva en el resorteLa pulsación puede causar que la presión diferencial decrezca repentinamente y esto haga que la válvula se cierre rápidamente
205
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasResumen del anResumen del anáálisis (cont.)lisis (cont.)
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 elpatrón de vibración, se puede ver múltiples impactos de cierre y aperturaOscilaciones 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 descargaPara corregir el problema, reduzca el levantamiento de la válvula y/o la tensión del resorte; minimice la pulsación de la presión
Aperturas múltiplesSi 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 válvulaLas 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 reabrenResortes pesados pueden causar que la válvula se cierre rápido. La presión en el cilindro puede reabrir la válvula tarde en la carrera
206
DinDináámica de las vmica de las váálvulaslvulasResumen del anResumen del anáálisis (cont.)lisis (cont.)
Perdidas excesivasLas 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 velocidadLevantamiento de la válvula o área de flujo insuficienteAlgunos de los elementos de sellado en la válvula se pueden atorar reduciendo el área efectiva de flujoLas curvas PT y PV aparecen redondeadas durante la fase de descarga o succión
Vibraciones mecánicasLas vibraciones mecánicas que se generan durante la succión o descarga pueden ser causadas cuando los platos se atascan o las guías están desgastadas
207
FALLAS DEL COMPRESORFALLAS DEL COMPRESOR
Perdidas
208
Perdidas en los compresoresPerdidas en los compresoresCCáálculo de la potencialculo de la potencia
Se necesita hacer un trabajo para transportar gas a lo largo de una tuberíaEse trabajo es el área contenida en la gráfica PVLa rata de trabajo hecho es la potenciaSi dibujamos la curva PV como presión (psi) vsvolumen (% de carrera), podemos usar:
33000PLANIHP =
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 caidasde presión a medida que el gas fluye por la tubería de succión, las válvulas de succión, válvulas de descarga y tubería de descargaPara 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 No –– perdidas de IHPperdidas 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 válvulaPresión de succión y de descargaTemperatura de succión y de descargaVelocidad del compresorComposición del gasDiseño de la tubería de succión y descargaDiseño de los pasajes del compresor
213
PulsaciPulsacióónn
Ondas de presión causadas por la succión y la descarga en los finales del compresor.Puede cuasar vibraciones en las tuberíasLa vibración puede ser extrema si la pulsación coincide con:
La frecuencia de la resonancia acústica en la tuberíaLa frecuencia natural de la tubería
Afecta el desarrollo del compresorCuando las válvula abren y cierranEficiencia volumétrica (capacidad)HP consumido moviendo el gas
214
PulsaciPulsacióónnTrazado de la presiTrazado de la presióón en la toberan en la tobera
215
PulsaciPulsacióónnPotencia total HEPotencia total HE
216
PulsaciPulsacióónnNo No –– perdidas de potencia HEperdidas de potencia HE
217
PulsaciPulsacióónnPerdidas totalesPerdidas totales
218
PulsaciPulsacióónnPerdidas en los pasajes y en la vPerdidas en los pasajes y en la váálvulalvula
219
PulsaciPulsacióónnEfecto en la HPEfecto en la HP
220
PotenciaPotenciaCostos de las pCostos de las péérdidas de potenciardidas 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 gasLos fabricantes de las barras especifican cuales son los valores de las cargas permisiblesDependiendo del material de la barra, la barra puede llevar un exceso de 200000 LbfEl pasador debe soportar esas fuerzasCargas inapropiadas en la barra puede causar:
Desgaste excesivo en los bujes del pin y crucetasFalla en los bujes de crucetaEsfuerzos 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 pistónFuerza inicial – ejercida por la masa y la aceleración de los componentes reciprocantesFuerza total = fuerza del gas + fuerza inercialLas barras del compresor deben alternarse de tensión a compresión en cada ciclo. Esto es importante para la lubricación de cada uno de los componenteAPI 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 aceleraciónLas fuerzas inerciales son significativas en:
Pistones de masas grandes Compresores de alta velocidadProporción 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 tensiSolo tensióónn
230
Barras del compresorBarras del compresorSolo compresiSolo compresióónn
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 anResumen del anáálisislisis
La carga en la barra esta por encima del límiteEl pin de cruceta , el pistón, las uniones y la barra son esforzadas por encima del límite especificado por el constructorAjustar la carga en el compresorCambiar las líneas de presión
Insuficiente carga de inversión el la barraAPI 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 compresor
Golpe en la inversiónRevise las vibraciones de baja frecuencia. Busque por golpes cuando la carga de la barra cambia de tensión a compresión y viceversa
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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
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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 ReciprocanteEl movimiento es más complejo debido a:
Alineación imperfectaFlexibilidad en la barra
El análisis del movimiento es usualmente usado para identificar:
Problemas de alineación en el cilindroDesgaste de la banda de anillos (rider band)Desgaste de los cilindrosDesgaste de los shims de la cruceta
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Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorDesgaste de la barra (Desgaste de la barra (rodrod runrun out) del cilindro y su out) del cilindro y su historia (a 240 grados)historia (a 240 grados)
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Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorDesgaste de la barra (Desgaste de la barra (RodRod runrun out)out)
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Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresorResumen del anResumen del anáálisislisis
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 cilindro
Patrones 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 cigRodamientos principales y del cigüüeeññalalMedicionesMediciones
Es muy difícil obtener datos certeros de los cojinetes principales y del cigüeñal – el camino de transmisión no es grandeEn 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 golpesMedida de la carcasa donde halla un camino de transmisión al cojinete
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FundaciFundacióónnTendencia de la vibraciTendencia de la vibracióón de la carcasa: tornillos de n 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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FundaciFundacióónnEspectro: vibraciEspectro: vibracióón normal de la carcasan 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