Analisis motores y compresores reciprocantes

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  1. 1 TTéécnicas Bcnicas Báásicas de ansicas de anáálisislisis de motores & Compresoresde motores & Compresores ReciprocantesReciprocantes CBM EQUIPO Luis…
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  • 1. 1 TTéécnicas Bcnicas Báásicas de ansicas de anáálisislisis de motores & Compresoresde motores & Compresores ReciprocantesReciprocantes CBM EQUIPO Luis Serrano Iván Gavidia Eduardo Garzón
  • 2. 2 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.
  • 3. 3 PequePequeñño resumeno resumen del cursodel curso Programas de análisis Caracterización de los motores y los compresores Tipos de datos Ubicación de los puntos de prueba. Secuencia de eventos Motores de 2 tiempos Motores de 4 tiempos Compresores Análisis de las fallas en los motores Análisis de las fallas en los compresores.
  • 4. 4 PROGRAMAS DE ANPROGRAMAS DE ANÁÁLISISLISIS Objetivos Tipos de análisis Procesos de análisis
  • 5. 5 Programas de anProgramas de anáálisislisis Objetivos de los programas de análisis Eliminar el mantenimiento innecesario y costoso Reducir costos de mantenimiento Aumentar la disponibilidad de las máquinas Reducir tiempo de parada Mejorar el desempeño de los equipos. Reducir emisiones Incrementar la seguridad de los equipos y del personal “No se puede mejorar lo que no se mide”
  • 6. 6 Programas de anProgramas de anáálisislisis Tipos de análisis de las máquinas Análisis del mantenimiento Identificar fallas incipientes de tal forma que se pueda transformar el mantenimiento correctivo en mantenimiento programado. Ayudar a evitar las fallas en servicio La meta es reducir los costos de mantenimiento Análisis de desempeño Caracterizar el potencial operativo del motor/compresor Eficiencia Consumo de combustible Potencia Entrega de potencia final.
  • 7. 7 Programas de anProgramas de anáálisislisis El proceso de análisis Adquirir información de la máquina Centralizarse en la información concerniente a medidas de desempeño y condición. Organizar e imprimir la información Investigar y analizar la condición y desempeño. Reportar lo encontrado Tomar acciones Realizar seguimiento de las acciones.
  • 8. 8 CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓN DE LOSN DE LOS MOTORES Y LOS COMPRESORESMOTORES Y LOS COMPRESORES Tipos de datos Ubicación de los puntos de prueba
  • 9. 9 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores Tipos de datos especiales Proceso de datos Hablar sobre el proceso Ejemplos: presión y temperatura de succión. Dato de fase-marcada Datos referenciados al volante Ejemplo: datos de presión versus tiempo. Datos No-fase La muestra es, solamente, una función del tiempo Ejemplo: datos de aceleración de un rodamiento de un turbocargador
  • 10. 10 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores Medida de la posición del volante Uno por grado Encoder del eje 360 pulsos por revolución La mejor precisión Uno por vuelta del volante Los picos magnéticos, activos u ópticos son comunes 1 pulso por revolución Usualmente permanece montado
  • 11. 11 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores Ejemplo de la presiEjemplo de la presióón de fasen de fase –– marcada (PT)marcada (PT) Presión en la cabeza y en el final del compresor trazadas en el cilindro de un compresor
  • 12. 12 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores Movimiento libre, datos noMovimiento libre, datos no faseadosfaseados Los datos son tomados independientemente de la posición del cigüeñal Que se obtiene: Niveles de vibración totales El espectro muestra los componentes de la frecuencia Aplicaciones comunes Vibraciones estructurales Soportes, fundaciones Turbo cargadores Bombas de aceite y de agua Pulsaciones de presión
  • 13. 13 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores Ejemplo de datos de movimiento libre, noEjemplo de datos de movimiento libre, no faseadofaseado espectroespectro Espectro tomado de la carcasa de un motor cerca de los tornillos de anclaje. Mils pico – pico, final de la bomba de aceite, dirección horizontal. Velocidad del motor 323 RPM
  • 14. 14 Datos Del MotorDatos Del Motor
  • 15. 15 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores TTíípico motor de 2 tiempos PT/VTpico motor de 2 tiempos PT/VT
  • 16. 16 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores TTíípico motor de 4 tiempos PT/VTpico motor de 4 tiempos PT/VT
  • 17. 17 Datos del CompresorDatos del Compresor
  • 18. 18 CaracterizaciCaracterizacióón de los motores y los compresoresn de los motores y los compresores Modelo de un compresor tModelo de un compresor tíípico HEpico HE
  • 19. 19 SECUENCIA DE EVENTOSSECUENCIA DE EVENTOS Motor de 2 tiempos, de ignición por chispa Motor de 4 tiempos, de ignición por chispa Compresores Reciprocantes de doble acción
  • 20. 20 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?
  • 21. 21 SECUENCIA DE EVENTOS PARASECUENCIA 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
  • 22. 22 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: inicio del cicloPT: inicio del ciclo La ignición a ocurrido El viaje frontal de la llama ha empezado La mezcla de aire y combustible es sobrecalentada
  • 23. 23 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: combustiPT: combustióónn La llama viaja a través de la cámara El calor es liberado, la presión aumenta La temperatura en la llama frontal es de 3500ºF El pico ocurre entre los 10 – 15 grados ATDC La velocidad de propagación es critica Muy rápido, detonación Muy bajo, fuego suave
  • 24. 24 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: potenciaPT: potencia La combustión se completa La presión hace que el pistón baje Como el volumen incrementa, la presión decrece
  • 25. 25 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: expansiPT: expansióónn El pistón destapa el puerto de salida La presión cae más rápidamente En este punto la temperatura es de 800ºF
  • 26. 26 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: succiPT: succióón de airen de aire El puerto de succión es descubierto Presión en el cilindro <= presión de succión Aire fresco recorre la recámara y la enfría
  • 27. 27 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: BarridoPT: Barrido El barrido continua hasta que los puertos se cierran El enfriamiento del cilindro continua
  • 28. 28 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT:PT: AdmisionAdmision de combustiblede combustible El barrido continua hasta que los puertos se cierran En este punto se presenta la menor presión en el cilindro El combustible es inyectado justamente antes que el escape se cierre La apertura del puerto de expulsión arrastra combustible El puerto se cierra antes de que algo de combustible se escape
  • 29. 29 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: compresiPT: compresióónn La inyección de combustible cesa, los puertos son cerrados La presión empieza a aumentar La carga de aire – combustible es turbulenta La turbulencia mezcla la carga de aire – combustible La temperatura aumenta
  • 30. 30 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: igniciPT: ignicióónn La ignición ocurre entre los 5 – 10 grados BTCD El avance da tiempo para que la combustión se inicie y para que la llama frontal viaje La carga de aire – combustible es sobrecalentada
  • 31. 31 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PT: final del cicloPT: final del ciclo La llama frontal empieza a propagarse a lo largo de la cámara
  • 32. 32 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: inicio del ciclo (TDC)PV: inicio del ciclo (TDC) La ignición ha ocurrido El viaje de la llama frontal a ha empezado La mezcla de aire y combustible es sobrecalentada
  • 33. 33 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: combustiPV: combustióónn La llama viaja a lo largo de la cámara El calor es liberado y la presión aumenta La temperatura en la llama frontal es cerca de 3500ºF El pico ocurre entre los 10 – 15 grados ATDC La velocidad de propagación es critica Muy rápido, detonación Muy despacio, fuego suave
  • 34. 34 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: potenciaPV: potencia La combustión se completa La presión hace que el pistón baje Como el volumen incrementa, la presión decrece
  • 35. 35 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: expansiPV: expansióónn El pistón Abre el puerto de salida La presión cae más rápidamente En este punto la temperatura es de 800ºF
  • 36. 36 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: admisiPV: admisióón de airen de aire El puerto de succión es descubierto Presión en el cilindro <= presión de succión Aire fresco recorre la cámara y la enfría
  • 37. 37 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: BarridoPV: Barrido El barrido continua hasta que los puertos se cierran El enfriamiento del cilindro continua
  • 38. 38 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: AdmisiPV: Admisióón de combustiblen de combustible El barrido continua hasta que la toma se cierre En esta punto se presenta la menor presión en el cilindro El combustible es inyectado justamente antes que la salida se cierre La apertura del puerto de expulsión arrastra combustible
  • 39. 39 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: compresiPV: compresióónn La inyección de combustible cesa, los puertos son cerrados La presión empieza a aumentar La carga de aire – combustible es turbulenta La turbulencia mezcla la carga de aire – combustible La temperatura aumenta
  • 40. 40 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: igniciPV: ignicióónn La ignición ocurre entre los 5 – 10 grados BTCD El avance da tiempo para que la combustión se inicie y para que la llama frontal viaje La carga de aire – combustible es sobrecalentada
  • 41. 41 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos PV: final del cicloPV: final del ciclo La llama frontal empieza a propagarse a lo largo de la cámara
  • 42. 42 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: inicio del ciclon en el cilindro: inicio del ciclo
  • 43. 43 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: combustin en el cilindro: combustióónn El anillo se encuentra totalmente cargado por la presión del gas Se pueden observar algunas vibraciones como resultado de la combustión
  • 44. 44 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: potencian en el cilindro: potencia Clip del anillo
  • 45. 45 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: Salida de Gasesn en el cilindro: Salida de Gases Escape
  • 46. 46 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: succin en el cilindro: succióón de aire y barridon de aire y barrido
  • 47. 47 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: inyeccin en el cilindro: inyeccióón de combustiblen de combustible Inyección de combustible
  • 48. 48 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: compresin en el cilindro: compresióónn Cierre de las válvulas de acceso del combustible
  • 49. 49 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: ignicin en el cilindro: ignicióónn
  • 50. 50 Secuencia de eventos para un motor de 2 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 2 tiempos VibraciVibracióón en el cilindro: final del ciclon en el cilindro: final del ciclo
  • 51. 51 SECUENCIA DE EVENTOS PARA UNSECUENCIA DE EVENTOS PARA UN MOTOR DE 4 TIEMPOSMOTOR DE 4 TIEMPOS Presión y vibración (PT/VT) Presión – Volumen (PV)
  • 52. 52 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT: punto muerto superiorPT/VT: punto muerto superior La ignición ha ocurrido La propagación de la llama ha empezado La mezcla de aire – combustible es sobrecalentada
  • 53. 53 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT: presiPT/VT: presióón pico del encendidon pico del encendido Propagación de la llama frontal a través del cilindro Aumento de la presión y la temperatura Muy rápido, detonación Muy despacio, fuego suave
  • 54. 54 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT: carrera de potenciaPT/VT: carrera de potencia
  • 55. 55 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/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
  • 56. 56 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT: AdmisiPT/VT: Admisióón de airen de aire Cierre Válvula de Escape
  • 57. 57 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT:PT/VT: AdmisionAdmision de combustiblede combustible Cierre de la válvula de succión Cierre Válvula de Admisión
  • 58. 58 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT: compresiPT/VT: compresióón e ignicin e ignicióónn Cierre de la válvula Gas combustible
  • 59. 59 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PT/VT: final del cicloPT/VT: final del ciclo ¿Qué es Esto?
  • 60. 60 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos VT: interferencias (VT: interferencias (CrosstalkCrosstalk)) Este motor tiene elevadores sólidos
  • 61. 61 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: punto muerto superiorPV: punto muerto superior
  • 62. 62 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: succiPV: succióón de airen de aire Aire fresco entra al cilindro
  • 63. 63 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: succiPV: succióón de combustible y compresin de combustible y compresióónn Comienza la succión de combustible BBDC La turbulencia revuelve la mezcla
  • 64. 64 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: igniciPV: ignicióónn La mezcla es comprimida y sobrecalentada La ignición ocurre entre los 10 – 20 grados BTDC
  • 65. 65 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: punto muerto superiorPV: punto muerto superior La ignición ha ocurrido El viaje de la llamas frontal ha iniciado
  • 66. 66 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: presiPV: presióón pico del encendidon pico del encendido La llama viaja a lo largo de la cámara El calor es liberado y la presión aumenta El pico ocurre entre los 15 – 20 grados ATDC Si la presión incrementa es Muy rápido, detonación Muy despacio, fuego suave
  • 67. 67 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: Carrera de potenciaPV: Carrera de potencia Se completa la combustión Le presión lleva al cilindro hacia abajo Como el volumen aumenta la presión decrece
  • 68. 68 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: punto muerto inferiorPV: punto muerto inferior La válvula de escape abre justo antes del BDC
  • 69. 69 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: Salida de GasesPV: Salida de Gases La presión cae rápidamente Blow Down
  • 70. 70 Secuencia de eventos para un motor de 4 tiemposSecuencia de eventos para un motor de 4 tiempos PV: final del cicloPV: final del ciclo
  • 71. 71 SECUENCIA DE EVENTOS PARASECUENCIA DE EVENTOS PARA COMPRESOR RECIPROCANTE DECOMPRESOR 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 válvulas HE y CE presión – tiempo (PT) HE y CE vibración – tiempo (VT)
  • 72. 72 Secuencia de eventos para compresorSecuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocante HE ciclo de compresiHE ciclo de compresióónn HE compresión 1 – 2 HE descarga 2 – 3 HE expansión 3 – 4 HE succión 4 – 1
  • 73. 73 Secuencia de eventos para compresorSecuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocante CE ciclo de compresiCE ciclo de compresióónn CE compresión 1 – 2 CE descarga 2 – 3 CE expansión 3 – 4 CE succión 4 – 1 CE compresión 1 – 2 CE descarga 2 – 3 CE expansión 3 – 4 CE succión 4 – 1
  • 74. 74 Secuencia de eventos para compresorSecuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocante PV: 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
  • 75. 75 Secuencia de eventos para compresorSecuencia de eventos para compresor reciprocantereciprocante PV: 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 T
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