Implantación de análisis de aceite en motores de combustión interna de Ciclo Diesel

8/14/2019 Implantacin de anlisis de aceite en motores de combustin interna de Ciclo Diesel

1/6

Implantacin de Anlisis de Aceite en Motores de Combustin Interna deCiclo Diesel

Gabriel A. Arellano OrtizFacultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin

Escuela Superior politcnica del Litoral (ESPOL)Campus Gustavo Galindo, Km. 30.5 va Perimetral

Apartado 09-01-5863. Guayaquil, [email protected]

Manuel Helguero G. Ing.Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin

Escuela Superior politcnica del Litoral (ESPOL)Campus Gustavo Galindo, Km. 30.5 va Perimetral

Apartado 09-01-5863. Guayaquil, [email protected]

ResumenEl mantenimiento basado en condicin (CBM) y el mantenimiento predictivo son estrategias que incrementan

la confiabilidad de la maquinaria, permitindonos conocer su estado real y del lubricante que utiliza, sin

necesidad de desarmarla. El objetivo principal de esta tesis es implantar el Anlisis de Aceite (AA) en un motor de

ciclo diesel de cuatro tiempos, a crudo y de operacin continua, utilizando la metodologa de interpretacin

denominada SACODE. El resultado de la interpretacin del AA se complementa con el resultado de la

interpretacin de varios parmetros operacionales del motor del CBM.

Para el desarrollo de la metodologa SACODE se establecieron los lmites condenatorios del AA captando las

muestras cada 250 horas. Las principales anomalas observadas en las tendencias del AA durante un ao se

presentan en el formato de reporte de AA. Complementario al AA y paralelamente, se realiz el monitoreo de losparmetros operacionales durante los ltimos siete meses del AA. Asimismo las principales anomalas observadas

de estos parmetros se presentaron en el formato de reporte de CBM. En las conclusiones se integran los

diagnsticos del motor y del lubricante, determinando las causas que originaran las posibles fallas y las acciones

correctivas que deben tomarse.

Palabras Claves:Mantenimiento basado en condicin, mantenimiento predictivo, anlisis de aceite, motor diesel,

tribologa, lubricacin.

AbstractThe condition based maintenance (CBM) and predictive maintenance are strategies that increase the reliability of

machinery, enabling us to know their actual condition and lubricant used without disarming it. The main objective

of this thesis is to implement the Oil Analysis (OA) in a diesel engine four-stroke cycle, a crude and continuous

operation, using the methodology of interpretation called SACODE. The result of the interpretation of OA iscomplemented by the result of interpretation of various operational parameters of the CBM engine.

To develop the methodology SACODE sentencing limits were established by picking up the OA samples every 250

hours. The main anomalies observed in AA trends for one year are presented in report form OA. Send the AA and

in parallel, was conducted the monitoring of operational parameters during the last seven months of AA. Also the

main anomalies of these parameters were presented in report form CBM. The conclusions are integrated

diagnostics engine and lubricant, determining the causes that originate the possible fails and corrective actions to

be taken.

Keywords: Predictive maintenance, condition based maintenance, oil analysis, diesel engine, tribology,

lubrication.


2/6

1. Introduccin

La lubricacin es una de las tareas msimportantes en la conservacin de la maquinaria. Enlas industrias como la generacin de energa y laspetroleras donde se trabaja con maquinaria pesada, elmantenimiento predictivo y el mantenimiento basadoen condicin son estrategias ampliamente utilizadaspara monitorear los componentes crticos de losequipos. En este estudio se presenta la implantacindel AA en un Motor de Combustin Interna de CicloDiesel que opera a crudo y que es utilizado parageneracin elctrica. Para este fin, se complementan elAA con el CBM, establecindose la misma frecuenciade muestreo del aceite con el monitoreo de los

parmetros operacionales. Se empieza describiendo elequipo analizado, su principio de funcionamiento, suspartes, las propiedades de su aceite lubricante y suscaractersticas fsicas y qumicas.En el AA se aplica la metodologa denominadaSACODE, la que establece los lmites condenatorios,las alarmas y la metodologa de diagnstico.En el CBM se seleccionan los parmetros amonitorearse y tomando como referencia los valoresnominales establecidos por el fabricante se realiza elanlisis comparativo determinando el estado de cadauna de estas partes del motor. Estos datos sonobtenidos del sistema de monitoreo.

2. Objetivo

El objetivo es implantar el AA en un Motor deCombustin Interna de Ciclo Diesel de 4 Tiempos deoperacin continua, como estrategia delMantenimiento Predictivo. Para determinar eldesempeo del Motor y del lubricante utilizadodurante un ao de operacin y monitoreo.

Este objetivo se lograr creando los formatos quepermitirn realizar los anlisis y diagnsticos del AAy del CBM. Estableciendo los lmites condenatorios y

alarmas para predecir las posibles fallas que podranoriginarse en el motor.

3. Metodologa

3.1 Anlisis del problema

En 1892 el alemn Rudolf Diesel, basado en que eltrabajo de compresin rpida en un medio incrementasu energa interna y su temperatura, propusocomprimir solo aire hasta alcanzar una temperatura losuficientemente elevada para que lograra encender elcombustible que se inyectara hacia el final de lacarrera de compresin.

Figura 1.Motor Diesel de 4 Tiempos.

El lubricante y el sistema de lubricacin

desempean las siguientes funciones principales:

Reducir las prdidas de friccin y asegurarel mximo rendimiento mecnico del motor.

Proteger el motor contra el desgaste. Contribuir a la refrigeracin de los pistones,

los cojinetes, los cilindros y dems partes. Remover las impurezas de las zonas

lubricadas. Mantener las fugas de gas y de aceite a un

nivel mnimo aceptable.

Tabla 1. Caractersticas del aceite lubricante nuevoutilizado.

Figura 2. Sistema de Lubricacin del Motor Diesel


3/6

3.2 Metodologa de trabajo

Mantenimiento Basado en Condicin. Las tareasa condicin consisten en chequear si hay fallaspotenciales, para que se pueda actuar para prevenir lafalla funcional o evitar las consecuencias. Estotambin se conoce como CBM porque la necesidad deacciones correctivas o para evitar las consecuencias sebasa en una evaluacin de la condicin del elemento.

Figura 3. Sistema Externo de Operacin de un Motor-Generador.

Anlisis de Aceite. El AA consiste en una serie depruebas de laboratorio que se usan para evaluar lacondicin de los lubricantes usados. Al estudiar los

resultados del anlisis se obtiene la informacinsuficiente que permite tomar decisiones en cuanto a lanecesidad de cambiar el lubricante o de someterlo a unproceso de filtracin o de dilisis. Con este anlisistambin se puede elaborar un diagnstico sobre lacondicin de desgaste del equipo y sus componentes.

Lnea Base. Son las caractersticas originales delaceite nuevo que se utilizar en la lubricacin delequipo como viscosidad, el TBN, el contenido deaditivos P, Zn, Ca, Mg, B y Si.

Lmites Estadsticos. Son lmites basados en

desviaciones de los promedios histricos encondiciones normalizadas. Se los obtiene calculandoel valor promedio y la desviacin estndar de losanlisis anteriores del equipo o equipos de idnticascaractersticas y condiciones de monitoreo. Seestablece el lmite de precaucin como el valorpromedio +1 desviacin estndar y el lmite crticocomo el valor promedio +2 desviaciones estndar.

Tabla 2. Frmulas para establecimiento de lmitesestadsticos.

Valor Normal x

Lmite Alarma x

Lmite Crtico 2x

Lmites Objetivos. Son aquellos que se establecencomo un valor predeterminado que se est buscandoobtener.

Lmites de Precaucin. Sealan una condicin porsobre la cual se tiene una situacin anormal y unaaccin es necesaria.

Lmites Crticos.Sealan una condicin por sobre lacual se tiene una situacin crtica y se requiere tomaruna accin inmediata.

Tabla 3. Cdigo de colores

CDIGO CONDICIN ACCIN

VERDE Normal No

AMARILLO Anormal S

ROJO Crtica Inmediata

3.3 Anlisis de resultados

Interpretacin de tendencias del AA segn latcnica SACODE. Se interpretan los parmetros desalud, contaminacin y desgaste. En la siguientefigura se muestra la velocidad de desgaste del motor,donde se han sumado las ppm de los elementos dedesgaste y se divide para las horas de frecuencia demuestreo establecido (250 horas).

Figura 4. Tendencia de Velocidad de Desgaste delMotor.


4/6

Parmetros de Desgaste. En la tendencia del total delos elementos de desgaste del motor se observa unrango entre 0,05 ppm/h y 3,92 ppm/h, el cual deberareducirse ya que son altos niveles de desgaste, en 250horas. A pesar de ello la pendiente de la tendencia dedesgaste es ligeramente negativa. En la siguientegrfica se muestra el desgaste de los cojinetes delcigeal, y que pueden detectarse en el AA.

Figura 5. Desgaste en cojinetes.

Interpretacin de tendencias de los parmetrosoperacionales.

TENDENCIA PRESION DEL CARTER- POTENCIA

GENERADA

0

1

2

3

4

5

30/08/

2008

24/09/

2008

19/10/

2008

13/11/

2008

08/1

2/2008

02/01/

2009

27/01/

2009

21/0

2/2009

18/03/

2009

12/0

4/2009

07/05/

2009

PRESION

(milibares)

5400

5600

5800

6000

6200

POTENCIA

GE

NERADA(KW)

Presin Crter Potenci a G enerada

Figura 6. Tendencia de la Presin del Crter y laPotencia Activa.

En la grfica conjunta de Potencia Activa yPresin del Crter se observa que el motor gener6100 KW de energa elctrica en forma establedurante 8 meses (Agosto 2008 hasta Marzo 2009). Eneste tiempo la presin del crter aument de 1.5 mbara 4 mbar, luego de esto la potencia decay en 400KW.

Tabla 4. Consumo de aceite desde Marzo 2008 hastaMarzo 2009.

El consumo de aceite en el motor ha sido alto ymuy variable. El consumo normal de aceite deberaestar entre 3,5 - 4,5 lts/hr aceite segn lasespecificaciones del fabricante, los valores promedioque se registraron fue de 4,6 lts/hora. En la Tabla 4 sepresenta el costo total de aceite de crter en el motordurante un ao.

4. ResultadosSe muestran los formatos con los resultados del

ltimo AA, ltimo monitoreo de los datosoperacionales y adems se mencionan las anomalaspresentadas durante el tiempo de monitoreo.


5/6

Tabla 5. Reporte de Anlisis de Aceite.

Tabla 6. Reporte de Mantenimiento Basado en Condicin.


6/6

5. Conclusiones.

1. Se ha cumplido el objetivo de implantar el AA aun Motor de Ciclo Diesel de 4 Tiempos como unatcnica del MPd. Adems de establecer eldesempeo del motor y del aceite lubricantedurante el tiempo de monitoreo. La metodologa ylos lmites establecidos del anlisis son aplicablespara motores diesel de las mismas caractersticas ycondiciones de operacin.

2. Se demuestra que es justificable la implantacindel MPd tribolgico en una planta termoelctrica,por los beneficios que implica la deteccintemprana de anomalas. La supervisin de lacondicin eficaz del AA permite realizar cambiosde aceite oportunos y la aplicacin del CBM en elmotor, permite determinar lo que est sucediendodentro de la unidad sin necesidad de desarmarla.

3. El Motor Diesel analizado se encuentra trabajandoen desbalance trmico por la exagerada diferenciade temperaturas entre cilindros y por las altastemperaturas. Se debe mantener una mximadiferencia de TGE entre cilindros de 5C, paramantener el motor en equilibrio trmico y evitarlas diluciones y la sobrecarga en los cojinetes de

biela y cojinetes de punto de apoyo de cigeal.4. El aceite lubricante est perdiendo su propiedaddetergente-dispersante por alta temperatura lo queen consecuencia produce la acumulacin de hollnen las ranuras de los aros, produciendo una mezclaabrasiva que desgasta aceleradamente los aros decompresin de los pistones y de las camisas.

5. El costo por aceite para motor durante el ao demonitoreo ascendi a $ 149.660, de los cuales $90.412 se invirtieron en las compensaciones deaceite nuevo, que representa el 60% del costototal. Lo que indica que el motor consumiexageradas cantidades de aceite y est ocasionando

prdidas econmicas considerables.

6. Recomendaciones

1. Es recomendable adicionar al Anlisis de Aceite laprueba ASTM D-189 de Carbn Conradson ya queel anlisis FTIR es muy impreciso. No seevidencia en los resultados las novedadesregistradas en los mantenimientos como ladeposicin de carbn, la contaminacin concombustible y agua. Adems deben incluirse laspruebas ASTM D-92 de Punto de Inflamacin y

ASTM D-893 de Insolubles en pentano y bencenopara obtener resultados ms confiables en el AA.

2. Se recomienda disear una base de datos que alingresar la informacin almacene, normalice,calcule lmites condenatorios, grafique tendencias,identifique pivotes y que presente el formato conla informacin ms relevante para facilitar eldiagnstico.

3. Se recomienda cambiar la estrategia de operacindel motor haciendo nfasis en: la calibracin de lasbombas de inyeccin en los mantenimientos, laregulacin peridica de la inyeccin decombustible por cilindro, mejoramiento de lacalidad del combustible mezclando un porcentajede diesel con crudo o implantar un tratamientopara reducir los elementos contaminantes y laoperacin del motor a las RPM tcnico-econmica

especificadas por el fabricante.

7. Referencias

[1]AGUDELO SANTAMARA JONH RAMIRO,Motores Trmicos, Tomo I, Universidad deAntioquia Facultad de Ingeniera Departamento deMecnica Medelln, 2000.

[2]ASHLEY MAYER, Noria Corporation, PaperUnderstanding Time-dependent LimitsPracticing Oil Anlisis Magazine. Noviembre2005.

[3]BENITEZ HERNANDEZ LUIS EDUARDO,

Anlisis de Fallas por Lubricacin, CursoInspector de Tribologa y Lubricacin, Lima,Septiembre 2006.

[4]DE CASTRO MIGUEL VICENTE, El MotorDiesel en el Automvil, Ediciones CEAC S.A,1ra. Edicin, Noviembre 1987.

[5]ESPOL, Motores Endotrmicos, ESCUELASUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL,1986.

[6]MARKS, Manual del Ingeniero Mecnico,Tomo 1, Editorial Mc Graw-Hill, 9na. Edicin eningls, 3ra edicin en espaol, 1987.

[7]MONTGOMERY DOUGLAS C., GEORGE C.RUNGER, Probabilidad y estadstica aplicadas ala ingeniera, 2da. Edicin, Editorial LIMUSAWILEY.

[8]Revista Machinery Lubrication en Espaol,www.machinerylubrication.com/sp.Interpretacin sistemtica del anlisis de aceite Tcnica SACODE.

[9]ROJAS NADAL MANUEL, ReporteInvestigacin sobre fallas y averas de Motores deCombustin Interna. Academia para la CienciaMilitar de la URSS. 1998.

[10] WARTSILA OPERATING INSTRUCTION,

Anlisis del Aceite de Lubricacin y Seguimientode la Calidad del Aceite, Octubre 2003.

Implantación de análisis de aceite en motores de combustión interna de Ciclo Diesel

Documents

Transcript of Implantación de análisis de aceite en motores de combustión interna de Ciclo Diesel