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PONENCIA
Diagnóstico de Recesión en Válvulas
de Escape en Motores Caterpillar
3616
Con Colector de Vibraciones.
PONENTE:
TSU JOSE LUIS RATTIA
ANALISTA DE EQUIPOS DINAMICOS
LIMA – PERU 2011
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
1
Agradecimiento
Al ilustre Consejo Directivo de IPEMAN por permitirme compartir Experiencias fructíferas en
el Área del Mantenimiento para la Comunidad Latinoamericana.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
2
INDICE
Introducción
Antecedentes 4
Fundamentos tecnológicos 5
Disposición de los Motores Caterpillar 3616 6
Sistemas requeridos para su funcionamiento 6
Trenes de Válvulas 8
Recesión en Válvulas de Escape 9
Elementos de las Válvulas de Escape 8
Perfil de Temperaturas en las Válvulas de Escape 10
Modo de Fallas Comunes en Válvulas de Escape en Motores Caterpillar 3616 11
Diagnóstico de Recesión en Válvulas de Escape. 12
Características del Colector de Vibraciones. 13
Caso de Estudio – Planta Compresora “Zapato” – Unidad K2 76101 14
Control al Desgaste en Válvulas de Escape 17
Conclusiones y Recomendaciones 18
Referencias Bibliográficas 19
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
3
DIAGNOSTICO DE RECESION EN VALVULAS DE ESCAPE CAT-3616 MEDIANTE
ANALIZADOR DE VIBRACIONES – CASO DE APLICACIÓN
INTRODUCCION
La empresa COMPRESION GAS ORIENTE, filial de PDVSA GAS S, A. se encuentra
ubicada geográficamente, en el oriente de Venezuela. Con un amplio espectro
operacional, que va desde la Compresión de Gas, con propósitos de transmisión hasta
centros de procesamiento, que permiten incrementar la cadena de valor, mediante la
obtención de productos derivados, hasta, el servir como soporte a las actividades de
producción de crudo, mediante la presión suministrada a pozos, por métodos de
levantamiento a Gas Lift atraves de las estaciones de compresión ubicadas en los
Estados; Monagas, Anzoátegui, y Delta Amacuro.
Es la Compresión de Gas, un proceso que requiere,
operaciones de modo continuo, mediante el empleo de
diversas tecnologías que permiten incrementar la
energía cinética del gas; logrando así transportar
volúmenes importantes en millones de pies cúbicos por
día, hasta centros de procesamientos, con el fin de
obtener subproductos, y darle valor agregado en su
cadena de aprovechamiento . Ha de ser el contexto
operacional, junto a las variables, flujo volumétrico, y
presión, las que determinan la aplicación. Para alcanzar,
las metas establecidas, en un periodo de tiempo específico, se requiere, el
funcionamiento de equipos bajo condiciones de operación y mantenimiento confiables,
que permitan adaptarse a los requerimientos que la producción establezca, sin afectar su
integridad mecánica, y la seguridad del recurso humano asignado para su operación y
mantenimiento.
El crecimiento de la demanda interna, del gas natural se fundamenta en los
requerimientos provenientes de la pequeña y mediana empresa, industria metalúrgica, y
de generación, así como la implementación de proyectos de gasificación de
comunidades.
En la actualidad, el volumen de compresión manejado por equipos Moto-Compresores,
alcanza un 40% del volumen total manejado, en Área Anaco. Para alcanzar manejar, el
volumen mencionado, se emplean Motores de Combustión Interna, como medios
motrices, para proporcionar el accionamiento a los Compresores reciprocantes, los
cuales incrementan la energía en el volumen de gas manejado, a través del aumento de
presión desde un nivel de suministro, hasta niveles definidos por el cliente.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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1.0 ANTECEDENTES
El caso objeto de estudio, refiere; la identificación de condiciones de “recesión” en
Válvulas de Escape en Motores Caterpillar serie 3600. La recesión, se define como el
desgaste progresivo que presenta el perfil de la cara de la válvula durante su vida útil.
Este desgaste ocurre en ambas válvulas; admisión y escape. Sin embargo, las
condiciones de funcionamiento bajo las cuales operan las válvulas de escape, indican
condiciones críticas, para su ciclo de vida, entre las que pueden citarse; temperaturas
elevadas, impactos durante el cierre de la válvula, esfuerzos de compresión, entre otras.
Siendo estas condiciones las que han de ser consideradas, en la selección, y diseño de
las válvulas de escape, y su vida útil en la Cámara de Fuerza.
La unidad evaluada fue; el Moto-Compresor K2 de Planta Compresora “ZAPATOS”,
ubicada a 8 kms de la población de Campo Mata, Municipio Freites del Estado
Anzoátegui. Esta unidad se encuentra operando desde el año 2001, con facilidades
anexas para el tratamiento del gas combustible, tales como; planta deshidratadora, y una
planta separadora de líquidos, basada en el efecto Joule-Thompson. Esto con el
propósito de garantizar la capacidad calorífica requerida (BTU), por la parte motriz.
Esta unidad se encuentra integrada por un Motor Caterpillar 3616 de 4400 hp, el cual
provee accionamiento a un Compresor reciprocante White Superior – modelo Wh 66, con
capacidad de manejo de 40 millones de pies cúbicos/día, los cuales han de incrementar
la energía cinética del gas, para mover a través de gasoductos, el volumen requerido
hasta el Complejo de Extracción San Joaquín, para su procesamiento y aprovechamiento
final.
Los programas de mantenimientos preventivos aplicados, consideran una serie de
actividades tales como; calibraciones, mediciones y registros de condiciones de
desgaste, reemplazo de accesorios de limpieza y filtrado de; aire, lubricantes. Tomando
como referencia, las especificaciones establecidas por los fabricantes, la cual expresan
de modo cronológico, un conjunto de acciones atendiendo a las horas de servicio
acumuladas para la unidad en referencia.
El programa de monitoreo de condiciones, a equipos reciprocantes, aplicado desde el
año 2005, ha permitido identificar fallas potenciales en la unidad motoriz, siendo las
cámara de fuerza, una de las partes que más ha requerido atención, durante las rutinas
de inspección predictivas. La hoja de ruta especificada, para la inspección, considera el
monitoreo de; impactos, solturas, detonaciones, descalibraciones, huelgos excesivos,
recesiones en válvulas, ralladuras de camisa (ocasionados por la falda del pistón),
desgaste en levas. Para ello se emplean sensores de vibración y ultrasonido, con
selección previa de sus rangos de funcionamiento, afin de poder captar lo que de modo
real está ocurriendo dentro de la máquina.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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2.0 Fundamentos Tecnológicos
2.1 Funcionamiento de los Motores de Combustión Interna de Cuatro Tiempos:
De modo general el Motor de Combustión Interna, requiere para la de entrega de
potencia al elemento accionado, efectuar cuatro ciclos, denominados; admisión,
compresión, fuerza, y escape, estos ciclos lo podemos observar en la figura 1 mostrada;
Fig. 1 Los Cuatro ciclos del Motor de Combustión Interna
En el ciclo de admisión, la mezcla de aire-gas entra al cilindro a medida que el pistón se
mueve hacia abajo creando un vacío en el espacio delimitado por las paredes del cilindro
y la superficie superior denominada cámara de combustión. A continuación, el pistón
inicia un movimiento ascendente, efectuando un trabajo de compresión sobre la mezcla
aire-gas admitido en el ciclo anterior. La compresión de la mezcla , se encuentra definida
por el parámetro denominado; ratio de compresión, este mide la relación existente,
entre el volumen de mezcla que entra al cilindro y el volumen inherente al espacio que
queda, luego del pistón alcanzar la máxima longitud de su recorrido, y estar situado en el
punto muerto superior.
En este movimiento del pistón hacia el punto muerto superior, en la carrera de
compresión ocurren cosas interesantes. Se produce, luego de la mezcla aire-gas
alcanzar unas presiones y temperaturas definidas, la ignición de esta mezcla,
generándose a continuación, la liberación de la energía química presente en el gas,
comúnmente para aplicación de motores a gas se emplea; el metano, con poderes
caloríficos entre 900 a 1000 BTU. Estos valores limitan, el nivel de energía liberado
durante la conversión de energía química, en energía mecánica.
La energía química genera una explosión controlada, la cual le comunica movimiento al
pistón y se efectúa la carrera de fuerza o potencia. En este ciclo se le comunica
movimiento al equipo accionado. La carrera que ejecuta el pistón es en movimiento
descendente. El parámetro que define este movimiento es la presión media efectiva, la
cual se produce en la carrera de fuerza, cuando el pistón convierte la energía química en
energía mecánica de movimiento.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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Los residuos de la combustión, convertidos en gases que han de ser liberados a la
atmosfera salen atraves de las válvulas de escape, durante el movimiento ascendente
que efectúa el pistón, en el último ciclo de los cuatro requeridos para efectuar trabajo, el
ciclo de escape. El parámetro que mide la eficiencia del proceso de combustión, se
refiere a él % de oxígeno, como indicativo, de que la mezcla aire-gas, se encuentre en las
proporciones adecuadas. Un % de oxígeno, no adecuado, será signo de emisiones
contaminantes liberadas en una mayor proporción a la atmosfera, con respecto a las
normales.
3.0 Disposición de los Motores Caterpillar 3616
Comúnmente la disposición de los motores Caterpillar a gas de la serie; 3616, se define
por un arreglo de cilindros de fuerza dispuestos en “V”, con el propósito de obtener la
mayor potencia en el menor espacio disponible, conformado al mismo tiempo por una
serie de dispositivos y accesorios básicos para su funcionamiento. Estos dispositivos se
pueden brevemente identificar en forma de sistemas perfectamente integrados, los cuales
cada uno cumple una función específica orientada a obtener el mejor rendimiento durante
su operación. La disposición de estos motores se aprecia en la fig. 2, mostrada a
continuación;
Fig. 2 Motor Caterpillar – Serie 3600/Modelo 3616
3.1 Sistemas requeridos para su funcionamiento
Para alcanzar un óptimo rendimiento este motor posee; sistema de enfriamiento,
encargado de; extraer el calor generado en los cilindros de fuerza a causa de la
combustión, disminuir el incremento de la temperatura en el aceite lubricante debido al
roce en partes y componentes, de igual modo enfriar el aire procedente del
turbocompresor, permitiendo disponer un volumen de aire a una densidad y temperatura
específica para efectuar el trabajo requerido en los cilindros de potencia.
El sistema de lubricación, integrado por la bomba de engranaje; mostrada en la figura 3,
permite suministrar el fluido lubricante a una presión de 65 a 70 psi, con el propósito de
disminuir la fricción entre partes y componentes, para ello se requiere mantener una
temperatura promedio de trabajo, en el lubricante con el propósito de afectar en menor
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
7
grado las propiedades fundamentales como, la viscosidad, y otras brindadas por sus
aditivos, como resistencia anti-desgaste, a la oxidación, nitración.
Esto se obtiene, interponiendo un intercambiador de calor de tubo-coraza, que permitirá
mantener una temperatura adecuada de operación en el aceite. Disponiendo filtros de
aceite, que eliminaran partículas y suciedades de la corriente del fluido lubricante; estos
requieren ser reemplazados periódicamente, aplicando mantenimientos preventivos.
Fig. 3 Bomba de Engranaje Fig. 4 Válvula de Gas Combustible
El Sistema de Gas Combustible, proveerá la presión y flujo requerido, por medio de
reguladores de presión o “Big Joe”, que permiten en dos etapas de; 150 psi a 75 psi, y
luego en una segunda etapa una válvula del tipo Fisher 99, mostrada en figura 4; regula
de 75 psi hasta la presión de suministro al motor, de 45-50 psi. Con el propósito de
mantener el gas combustible libre de impurezas, se interpone en la línea de gas
combustible, filtros de malla textil, que permiten remover las partículas y residuos
presentes en la línea de flujo del gas combustible. Estos ameritan reemplazo
periódicamente.
La combustión de la mezcla requiere una
sincronización del suministro de la chispa, para la
ignición. Esto se obtiene mediante el CPU 95 –
Altronic, el cual suministra la chispa en el momento
adecuado. Enmarcado ello bajo una filosofía de
control de última generación denominada ADEM III,
mostrado en la figura 5, que permite un adecuado
control de aire y combustible, para cada
requerimiento de potencia.
Fig. 5 Sistema ADEM III.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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4.0 Trenes de Válvulas
Los trenes de válvulas, son mecanismos que permiten por medio de una adecuada
sincronización, la admisión de la mezcla aire-gas a los cilindros de fuerza. Se encuentran
conformados de modo general por los componentes mostrados en la figura 6.
Leyenda de Elementos:
1. Balancín, Bocinas Guías.
2. Válvulas de Admisión
3. Varillas de empuje admisión
4. Balancín de Gas Combustible
5. Válvula de Gas Combustible
6. Varilla de empuje Gas Combustible
7. Varilla de Accionamiento de Gas Combustible Fig. 6 Trenes de Válvulas
4.1 Las Válvulas de Escape
Estas poseen la función específica de permitir la salida de los gases de escape, como
residuos finales de la combustión. Es por ello, se encuentran sometidas a temperaturas
en ocasiones extremas, las cuales determinan la vida útil en su funcionamiento.
4.2 Elementos de la Válvula de Escape
La válvula de escape es diseñada, bajo
el tipo de válvulas poppet, las cuales
poseen resortes para controlar el
accionamiento de la válvula, y
retornarlas a su posición de origen, luego
de ser activadas por medio del árbol de
leva. En un extremo posee un vástago
sobre el cual se aloja el resorte de
accionamiento. Al otro lado posee un
disco denominado cabeza de la válvula,
la cual tiene perfiles mecanizados a; 30º,
y en algunos casos a 45º, estos trabajan
en los asientos de la válvula.
Fig. 7 Elementos de la Válvula de Escape
Punta de La Válvula Punta de La Válvula Punta de La Válvula Punta de La Válvula
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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5.0 Recesión en Válvulas de Escape.
Se define como el desgaste que sufre el lado de la cara de la válvula, contra el asiento,
luego de sucesivos ciclos de trabajo, debido a; desgaste abrasivo. Así también debido al
fenómeno llamado “fretting”, el cual se refiere al desgaste debido al contacto de dos
piezas, las cuales se encuentran de modo repetido en continuo deslizamiento entre sí.
Existen evidencias comprobadas, de la incidencia de la presión media efectiva, como
resultado de la combustión como elemento que conlleva a incrementar el deslizamiento
de las superficies en contacto acelerando en consecuencia la recesión de la válvula en su
asiento (1), veamos como lo muestra la figura 8;
Fig. 8 Comparación entre Válvulas de Escape
Diríamos, que la presión media efectiva, es un parámetro normal de operación, cuando
se comporta alrededor de un valor promedio entre todos los cilindros. Sin embargo,
valores atípicos, producto de “misfiring”, o mal encendido, asi como pre-igniciones
presentes, generan presiones no normales que aceleran el desgaste en el perfil de la
válvula. Otro elemento de consideración, según Lane y Smith (2), el cual afecta la
recesión en la válvula de escape es, la fuerza incidente sobre el asiento descrito de la
siguiente forma; en la figura 9, mostrada;
La fuerza PSenθ, no debe exceder el esfuerzo de corte
del material del inserto, si ello ocurre, se produciría
deformación plástica sobre la superficie del material del
inserto, induciendo grietas en el material, con posterior
desprendimiento del mismo. La fuerza P, se refiere a la
presión media efectiva, generada en cada ciclo de
potencia del motor. La disminución de la superficie de
trabajo, reduce la transferencia de calor por
conducción entre el perfil y el asiento de las
válvulas, acelerando el desgaste.
Fig.9 Fuerzas en Asiento
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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6.0 Perfil de Temperaturas en la Válvula de Escape.
En la figura 10, se muestra el perfil de temperaturas típico de una válvula de escape, la
temperatura se muestra en ºC, veamos;
La distribución de temperatura muestra el
comportamiento de un perfil típico de
temperatura en una válvula de escape de un
motor de combustión interna. Se puede
observar que la zona considerada critica; es la
unión en la zona “O”, entre el vástago de la
válvula, y la cabeza de la válvula. Es por ello
que los fabricantes de válvulas, ponen especial
énfasis en esta zona, considerada un modo
típico de fallas en válvulas de escape (3).
Las válvulas de escape, debido a sus
regímenes de altas temperaturas de trabajo, y
esfuerzos térmicos a los cuales se encuentran
expuestas, así como los gases corrosivos
generados de la combustión, se fabrican de
aceros austeniticos, con base en hierro y
níquel.
Las corrosiones generadas, debido a alta
temperatura crean condiciones de “creep”,
término referido a la deformación permanente
que sufre un material, cuando es sometido a
esfuerzos continuos inferiores a su resistencia
ultima, con exposición a relativas altas
temperaturas.
Fig.10 Distribución de Temperaturas
a) Vástago b) Cabeza de la Válvula
Un mecanismo, que permite controlar, el efecto de la exposición a altas temperaturas, es
ajustar la combustión dentro de los límites especificados, para las condiciones de carga a
las cuales se someten los materiales de la válvula y sus accesorios.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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7.0 Modos de Fallas Comunes en Válvulas de Escapes en Motores Caterpillar 3616
Atendiendo a la definición expuesta por John Moubray, en su obra; Mantenimiento
Centrado en Confiabilidad, la cual expresa; “Un modo de falla es cualquier suceso, que
cause una falla funcional” (4). Se pueden categorizar las siguientes fallas funcionales,
bajo las cuales los trenes de válvulas, y en especial las válvulas de escape, pueden
ocasionar una pérdida de la función de las cámaras de fuerza;
MODO DE FALLA FALLA FUNCIONAL CAUSA Ejemplo de Fallas
Válvula Sobrecalentada Perdida de Propiedades de
los Materiales de la Válvula.
Alta
Temperatura
>1200 ºF
Vástago de Válvula Doblado Descalibracion recurrente
Defecto de
ensamblaje
Detonaciones
Guía
Desgastada
Alta Recesión en Válvulas de
Escape
Perdida de Compresión en
Cilindros
Falla de
Lubricación
Detonaciones
Incorrecta
Calibración
Rotura de perfil de válvula de
Escape Perdida de Compresión
Alta
Temperatura
>1200 ºF
Perfil de Válvula Corroído
Perdida de Tolerancia a
causa de perdida de
material en Válvula.
Operación en
Ambientes
Corrosivos
Fig. 11 Modos de Fallas Comunes en Valvulas de Motores Caterpillar 3616 a Gas.
Los modos de Fallas mostrados ameritan el empleo de técnicas predictiva para su
identificación.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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8.0 Diagnóstico de Recesión en Válvulas de Escape mediante el Uso de Colectores
de Vibración – “Windrock” Modelo: 6310 - PA
El empleo de colectores de vibración, permiten detectar condiciones de funcionamiento
que son muestras del desgaste presente en componentes. El avance de las tecnologías
ha permitido incorporar las ventajas que ella implica, a los programas de mantenimiento
bajo estrategias novedosas, como lo es el monitoreo de condiciones basado en
análisis de vibraciones. El caso mostrado, nos indica la detección de condiciones de
recesión en válvulas de escape en un Motor Caterpillar Modelo: 3616 a gas natural,
empleado para comprimir 40 millones de pies cúbicos por día. Esta unidad se encuentra
ubicada en la Planta Compresora “Zapatos”, geográficamente situada en el área de
AMO – Campo Mata, perteneciente al municipio Freites del Estado Anzoátegui.
Este volumen de gas es comprimido para transmisión, y posterior procesamiento en el
Complejo Criogénico San Joaquín – Edo Anzoátegui. Obteniendo a partir de este
subproductos tales como: gas metano, y liquido del gas natural.
8.1 Criterio Empleado
Del perfil de una leva en su diagrama de recorrido se obtiene ;
Fig. 12 Diagrama de Recorrido de una Leva Fig. 13 Tren de Valvulas
Criterio :
A medida que la recesion o desgaste del perfil de la valvula se incrementa, la distancia
“S”, recorrida por el levanta-valvulas ver fig 12, se hace menor, en consecuencia el
tiempo empleado para el cierre de la valvula contra el asiento disminuye . Esta condicion,
podra observarse con claridad al mostrar la data de vibraciones registrada, mediante el
colector de datos.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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8.2 Características del equipo utilizado
Equipo: Analizador de Vibraciones para Equipos Reciprocantes – “Windrock”
Modelo: 6310 – PA / Cuatro Canales – Conexión inalámbrica.
Sensor de Ultrasonido: Tecnología Heterodyne / Alcance: 35 kHz – 45 kHz
Fig. 14 Sensor de Ultrasonido y Accesorios Fig. 15 Analizador Windrock 6310 PA
Fuente: Curso de análisis de Motores y Compresores “Windrock”, pág. 46.
Unidades de Vibraciones: Ges (1 Ges = 32.1 pie/seg^2-rms = 9.81 m/seg^2-rms).
Características del Sensor de Ultrasonido: convierte señales de alta frecuencia
(35Khz – 45Khz), no detectadas por el oído humano en señales eléctricas, de baja
frecuencia las cuales pueden ser visualizadas en la pantalla del analizador.
Encoder:
Permite acoplarse al compresor y sensar las rev/min a la cual gira el cigüeñal.
Previamente debe ser sincronizado mediante marca, el TDC (punto muerto-lado head)
del compresor, con el propósito de reproducir la posición de cualquier componente del
compresor en el display del analizador.
Lámpara de Tiempo:
Para la sincronización de eventos de referencia que ocurren en el Motor, los cuales
deben sincronizarse para ser visualizados en el Analizador. Permite adelantar o atrasar
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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un evento en función de la sincronización necesaria antes de iniciar la colección de la
data.
8.3 Caso de Estudio: Detección de Recesión en válvulas de escape en Motores
Caterpillar – Modelo: 3616 - Planta Compresora “Zapatos”.
El siguiente caso mostrado a continuación, nos presenta la identificación de condiciones
de recesión en válvulas de escape. Estas condiciones de recesión pueden ser generadas
por factores como: ciclos de apertura y cierre de la válvula, presión media efectiva de
combustión inadecuada, como observamos en la figura 14; esta presión empuja la cara
de la válvula contra su asiento, así como las altas temperaturas de trabajo a las que son
sometidas las válvulas de escape, pueden generar condiciones de “creep”, ocasionando
fallas debido a exposición prolongada a altas temperaturas, con esfuerzos inferiores a la
resistencia ultima del material.
Fig.16 Condiciones incidentes en la recesión de la válvula de Escape
En atención, a condiciones operacionales presentes en Unidad K2 - 76101 de Planta
Compresora Zapato, debido a continuas detonaciones en cilindros de fuerza. Se
procede a efectuar Inspeccion mediante análisis de vibraciones con analizador
“Windrock”- Modelo: 6310 PA. Las datas tomadas, se colectaron en un lapso de tiempo
aproximado de un mes, con el proposito de evaluar el comportamiento de los cilindros de
fuerza, y las desviaciones en su comportamiento.
Como herramientas para el diagnostico, se aplico; eventos colocados en fase (phasing),
así como desfase (unphasing), con el proposito de descartar reflejos (cross-talk), de otros
cilindros de fuerza, los cuales podrían conducir a diagnósticos errados.
El análisis que se muestra a continuación , se basa en condiciones de recesión las cuales
generan eventos “tempranos” en el cierre de la válvula de escape , esto se considera
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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como un evento que ocurre bajo altos niveles de desgaste , y su magnitud en amplitud
dependerá del nivel de recesión alcanzado en la operación de la válvula .
8.4 Información Obtenida con Analizador de Vibraciones Windrock - 6310 PA
Data Colectada: 11-06-2010 - Modo: Ultrasonido – Eventos faseados (Phasing)
Fig.17 Válvulas de Escape nº 6, muestran leve impacto al cierre
Fig.18 Eventos desfasados (unphased), muestran Cross Talk en cilindro 8.
CILINDROS DE FUERZA: 6, y 8
Indican leve impacto Al cierre en válvula de escape
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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El evento mostrado para la válvula de escape en el cilindro de fuerza nº 6, indica un
crosstalk generado en el evento de cierre de la válvula de admisión, en el cilindro de
fuerza nº 8, lo cual indica , el nivel de impacto presente , debido a recesión elevada en
válvulas de escape en cilindro de fuerza nº 6.
Data tomada el:16/08/10 - Posterior al reemplazo de la Cámara nº 6 :
Fig. 19 Eventos alineados al cierre en Válvulas de Escape.
La grafica nos indica, comportamiento de válvula de escape al cierre de modo normal.
Esta data fue tomada, posterior al reemplazo de la cámara nº 6, la cual fue detectada,
mediante análisis predictivo con analizador de equipos reciprocantes “Windrock”-Modelo
6310 P/A, utilizando para ello registros de ultrasonido de la operación de apertura y cierre
de válvulas de; admisión, y escape.
Cámara nº 6 – Re-emplazada :
La válvula indicada denota “alta recesión”
en asiento. Esta condición se presenta
debido al alto nivel de desgaste generado
por los ciclos en los cuales la cabeza de la
válvula cierra contra el asiento. Las
condiciones de desgaste se hacen
presentes en ambas partes. Es necesario
precisar, el nivel de desgaste se evidencia
en forma notoria en la válvula de escape
debido al régimen de alta temperatura a
las cuales se encuentran sometidas.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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8.5 Control al Desgaste en Válvulas de Escape.
Luego de verificar condiciones de recesión en la válvula de escape según los registros de
ultrasonido colectados mediante analizador de vibraciones, es necesario plantearse
acciones correctivas que restituyan la función del activo a niveles confiables.
Las opciones a seguir, suponen dos estrategias, dadas las condiciones identificadas,
luego de la toma de data efectuada. Una en primer lugar, tiene que ver con la acción
proactiva, la cual considera estrategias en la selección, almacenamiento, y aplicación del
lubricante a emplear, asi como el ajuste del tiempo de ignición, en correspondencia con el
nivel del poder calorífico o BTU; del combustible empleado, el cual ha de estar en
correspondencia con el sugerido por el fabricante de la parte motriz. Esto permitirá un
aprovechamiento del nivel de energía ajustado a los requerimientos.
La segunda estrategia a seguir; considera aquellas acciones de carácter preventivo, que
se fundamentan en acciones periódicas de; medición estática y dinámica de la “recesión”
del perfil de la válvula de escape, así como calibraciones y ajuste de los puentes de
válvulas, acción que permitirá un desgaste uniforme en la interface asiento-perfil de la
válvula de escape. Se hace necesario monitorear el aceite lubricante, con el propósito de
verificar metales de desgaste presentes en las muestras colectadas. Un registro de
tendencia facilitara, tomar acciones, en presencia de valores que exceden los límites
permisibles de desgaste.
A partir de la información obtenida, se requiere establecer tendencias de; recesiones,
metales de desgastes con sus valores límites permisibles, que permitan ser validadas,
mediante la colección de data con analizador de vibraciones. Enmarcada estas
estrategias de “control al desgaste”, dentro de una adecuada sinergia entre las acciones
de carácter proactivo, y preventivo lo cual implicara una disminución significativa en los
mantenimientos de tipos correctivos
La aplicación del ciclo predictivo, el cual implica; captura del dato, análisis de
información, emisión de reporte, cerrando el ciclo con la retroalimentación de las
actividades efectuadas, permite; aplicado bajo condiciones periódicas, identificar el nivel
de afectación en trenes de válvulas de cámaras de fuerza
9.0 Beneficios Obtenidos:
El diagnóstico de recesión de válvulas de escape, mediante colectores de datos, permitió
obtener una serie de beneficios entre los cuales podemos mencionar:
i. Identificación de condiciones de “recesión” críticas en válvulas de escapes, en etapas
anteriores a la falla.
ii. Mejora la confiabilidad operacional del equipo, bajo un ambiente de integración; del
equipo; el mantenedor, los procedimientos y practicas operacionales, con las
normativas de seguridad, calidad y medio ambiente.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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10.0 Conclusiones y Recomendaciones
Las condiciones de recesión en válvulas de escape, representan modos de falla
inherentes al ciclo de vida de los trenes de válvulas, en servicio. Sin embargo, lograr el
tiempo de funcionamiento se corresponda con un máximo ciclo de vida útil, nos permite
afirmar, que el activo, ha logrado cumplir eficientemente la función, para la cual fue
diseñado e instalado en el equipo..
De allí se hace necesario plantear las siguientes recomendaciones:
i.Integrar equipos de trabajo en el área de mantenimiento, que permitan;
inspeccionar, tomar registros de información, evaluación y diagnóstico, planificar e
implementar acciones de control en niveles de desgaste en trenes de válvulas,
atendiendo las especificaciones del fabricante.
ii. Crear la cultura de “medir, verificar, registrar, y comparar” como base para
determinar las condiciones de desgaste presentes, en trenes de válvulas. Se mide el
componente, se verificar la medida obtenida (unidades, tolerancias de medida),
se registra con el propósito de servir como información para establecer
tendencias, base de datos, etc. Se compara con las especificaciones límites
establecidas por el fabricante, y se establecen las acciones a seguir.
iii. Implementar programas de entrenamiento, que aseguren el manejo de la
información técnica por parte del personal de mecánica e instrumentación, afín a las
prácticas de mantenimiento, de acuerdo a especificaciones del fabricante, así como
un claro entendimiento del personal supervisorio de esta tecnología, y las
responsabilidades inherentes al control y seguimiento de las actividades, puestas en
prácticas.
iv. Planificar programas de inspección, bajo un enfoque sinérgico de monitoreo
basado en condiciones de; análisis de aceite, análisis de vibraciones de carácter;
periódico, que permitan validar la integridad mecánica, de las partes y componentes,
identificando condiciones de desgastes, que conlleven a fallas inminentes en las
cámaras de fuerza.
v. Establecer una base de información, en la cual confluyan los resultados de las
actividades efectuadas; mantenimientos realizados, independientemente de su
naturaleza; preventiva, correctiva, o predictiva. Pudiendo a partir de esta, generar
líneas de tendencia, que muestren el comportamiento en el tiempo, de las partes y
componentes, sirviendo esta información como base para la construcción de los
indicadores de gestión, y la toma de decisiones.
vi. Implementar procedimientos de mejoras continuas, en las prácticas de
mantenimiento aplicadas, con la participación de los equipos de trabajo involucrados.
11vo CONGRESO DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO – PERU
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Referencias Bibliográficas
(1) Van Dissel , Rbarber,G.C Larson, Narasimhan;(1989)
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(2) Lane M.S , Smith P, (1982)
Development in sintered valve seat inserts, SAE Paper 820233.
(3) R Lewis, RS Dwyer-Joyce ; Automotive Engine Valve Recession
Paginas; 12-17. Professional Engineering Publishing, UK
(4) Mantenimiento Centrado en Confiabilidad; John Moubray
Industrial Press Inc, Segunda Edición, 1989, pág. 54.
(5) Curso Análisis de Motores y Compresores –Windrock
Página 46.
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