Analisis motores y compresores reciprocantes

1
TTéécnicas Bcnicas Báásicas de ansicas de anáálisislisis
de motores & Compresoresde motores & Compresores
ReciprocantesReciprocantes
CBM EQUIPO
Luis Serrano
Iván Gavidia
Eduardo Garzón

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
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
PROGRAMAS DE ANPROGRAMAS DE ANÁÁLISISLISIS
Objetivos
Tipos de análisis
Procesos de análisis

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
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
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
CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓN DE LOSN DE LOS
MOTORES Y LOS COMPRESORESMOTORES Y LOS COMPRESORES
Tipos de datos
Ubicación de los puntos de
prueba

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
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
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
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
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
Datos Del MotorDatos Del Motor

15
TTíípico motor de 2 tiempos PT/VTpico motor de 2 tiempos PT/VT

16
TTíípico motor de 4 tiempos PT/VTpico motor de 4 tiempos PT/VT

17
Datos del CompresorDatos del Compresor

18
Modelo de un compresor tModelo de un compresor tíípico HEpico HE

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
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
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
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
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
PT: potenciaPT: potencia
La combustión se completa
La presión hace que el pistón baje
Como el volumen incrementa, la presión
decrece

25
PT: expansiPT: expansióónn
El pistón destapa el puerto de salida
La presión cae más rápidamente
En este punto la temperatura es de 800ºF

26
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
PT: BarridoPT: Barrido
El barrido continua hasta que los
puertos se cierran
El enfriamiento del cilindro continua

28
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
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
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
sobrecalentada

31
PT: final del cicloPT: final del ciclo
La llama frontal empieza a
propagarse a lo largo de la cámara

32
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
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
La velocidad de propagación es critica
Muy despacio, fuego suave

34
PV: potenciaPV: potencia
La combustión se completa
La presión hace que el pistón baje
Como el volumen incrementa, la presión
decrece

35
PV: expansiPV: expansióónn
El pistón Abre el puerto de salida
La presión cae más rápidamente
En este punto la temperatura es de 800ºF

36
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
PV: BarridoPV: Barrido
El barrido continua hasta que los puertos se
cierran
El enfriamiento del cilindro continua

38
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
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
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
sobrecalentada

41
PV: final del cicloPV: final del ciclo
La llama frontal empieza a propagarse a lo largo
de la cámara

42
VibraciVibracióón en el cilindro: inicio del ciclon en el cilindro: inicio del ciclo

43
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
VibraciVibracióón en el cilindro: potencian en el cilindro: potencia
Clip del anillo

45
VibraciVibracióón en el cilindro: Salida de Gasesn en el cilindro: Salida de Gases
Escape

46
VibraciVibracióón en el cilindro: succin en el cilindro: succióón de aire y barridon de aire y barrido

47
VibraciVibracióón en el cilindro: inyeccin en el cilindro: inyeccióón de combustiblen de combustible
Inyección de combustible

48
VibraciVibracióón en el cilindro: compresin en el cilindro: compresióónn
Cierre de las válvulas de acceso del combustible

49
VibraciVibracióón en el cilindro: ignicin en el cilindro: ignicióónn

50
VibraciVibracióón en el cilindro: final del ciclon en el cilindro: final del ciclo

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
PT/VT: punto muerto superiorPT/VT: punto muerto superior
La propagación de la llama ha empezado
La mezcla de aire – combustible es
sobrecalentada

53
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

54
PT/VT: carrera de potenciaPT/VT: carrera de potencia

55
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
PT/VT: AdmisiPT/VT: Admisióón de airen de aire
Cierre Válvula
de Escape

57
PT/VT:PT/VT: AdmisionAdmision de combustiblede combustible
Cierre de la válvula
de succión
Cierre Válvula
de Admisión

58
PT/VT: compresiPT/VT: compresióón e ignicin e ignicióónn
Cierre de la válvula Gas combustible

59
PT/VT: final del cicloPT/VT: final del ciclo
¿Qué es Esto?

60
VT: interferencias (VT: interferencias (CrosstalkCrosstalk))
Este motor tiene elevadores sólidos

61
PV: punto muerto superiorPV: punto muerto superior

62
PV: succiPV: succióón de airen de aire
Aire fresco entra al cilindro

63
PV: succiPV: succióón de combustible y compresin de combustible y compresióónn
Comienza la succión de combustible BBDC
La turbulencia revuelve la mezcla

64
PV: igniciPV: ignicióónn
La mezcla es comprimida y sobrecalentada
La ignición ocurre entre los 10 – 20 grados
BTDC

65
PV: punto muerto superiorPV: punto muerto superior
El viaje de la llamas frontal ha iniciado

66
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
Si la presión incrementa es

67
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
PV: punto muerto inferiorPV: punto muerto inferior
La válvula de escape abre justo antes del BDC

69
PV: Salida de GasesPV: Salida de Gases
La presión cae rápidamente
Blow Down

70
PV: final del cicloPV: final del ciclo

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
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
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
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
PV: HE evento de descargaPV: HE evento 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

76
PV: 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)

77
PV: 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

78
Secuencia de eventos para compresor ReciprocanteSecuencia de eventos para compresor Reciprocante
Ejemplo: HE y CE PVEjemplo: HE y CE PV

79
PT: HE y CEPT: HE y CE

80
HE 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

81
CE vibraciCE vibracióón de la vn de la váálvulalvula

82
HE y CE Interferencia en la vHE y CE Interferencia en la váálvula.lvula.

83
RepresentaciRepresentacióón tn tíípica HE PT/VTpica HE PT/VT

84
RRáápida recapitulacipida recapitulacióónn
Ya hemos hablado del comportamiento normal
de:
Motor de combustión por chispa de 2 tiempos
Motor de combustión por chispa de 4 tiempos
Compresor Reciprocante de doble efecto
Ahora sabemos como deben verse los eventos,
entonces podemos ver las fallas

85
ANALIZANDO FALLAS DE MOTORANALIZANDO FALLAS DE MOTOR
Combustión
Mecánica

86
Fallas en los motores que podemosFallas en los motores que podemos
monitorearmonitorear
Calidad de la combustión
Desbalanceo
Detonación
Perdida del fuego
Pre – ignición
Emisiones excesivas
Eficiencia
Potencia indicada
Torque
Eficiencia
Desarrollo económico
Costos del combustible
Consumo de combustible
Condiciones mecánicas
Fugas en las válvulas
Fugas en los anillos
Tren de válvulas
Desgaste, Camisa Desgastada y pistón
Camisa puerto/puente
Carbón en los puertos
Pasador
Rodamientos principales, Bujes del
cigüeñal
Problemas de ignición
Fallas en el turbo cargador
Problemas en las bombas de aceite y
de agua
Vibraciones en la carcasa y en la
fundación

87
CombustiCombustióónn
Muchos de los problemas que
enfrentamos con los motores son
debidos a la variación de la
combustión
Los motores no queman en la
misma manera en cada ciclo

88
EcuaciEcuacióón qun quíímica de la combustimica de la combustióónn
Los motores convierten la energía
química en calor
Toman 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 +→+

89
Si fuera asSi fuera asíí de simplede simple
El aire es O2 (23%) y N2 (77%)
Ambos se ven involucrados en la reacción
química
El proceso de combustión no es ni
completo ni instantáneo
Muchos pasos intermedios ocurren
durante la combustión
Esto nos lleva a otros subproductos de la
combustión tales como NOx, HC, CO y
particulados (humos)

90
Por que la combustiPor que la combustióón es tan variable?n es tan variable?
Mezcla incompleta en el cilindro
Dificultad en quemar las partículas más
delgadas de la mezcla
Cargas inconsistentes de
aire/combustible en cada ciclo
Muy baja calidad del combustible
Fallas en la ignición
Temporizado incorrecto de las válvulas
Condiciones ambientales variables.

91
Resultados de una pobre combustiResultados de una pobre combustióónn
El quemado en cada uno se vuelve
inconsistente, altas combustiones
seguidas de bajas combustiones
Esforzar el motor, térmica y
mecánicamente
Reducción de la vida útil de los
componentes del motor
Perdidas de combustible
Incremento en las emisiones
Esto cuesta mucho dinero

92
Fallas tFallas tíípicaspicas
Desbalanceo
Cilindros muertos
Combustión Temprana
Combustión suave
Detonación
Pre – ignición

93
Balance del motorBalance del motor
Los constructores diseñaron el motor
para manejar presiones y temperaturas
especificas en los cilindros
Cilindros con picos muy elevados de
presión desarrollan esfuerzos mecánicos
y térmicos muy grandes
El balanceo del motor distribuye estos
esfuerzos a lo largo del motor para
maximizar la vida útil de los componentes

94
Presiones en los cilindros (motor balanceado)Presiones en los cilindros (motor balanceado)

95
Rata de incremento de las presiones (motorRata de incremento de las presiones (motor
balanceado)balanceado)

96
Presiones en el cilindro (motor desbalanceado)Presiones en el cilindro (motor desbalanceado)

97
Rata de aumento de la presiRata de aumento de la presióón (motorn (motor
desbalanceado)desbalanceado)
Altamente Variable

98
DetonaciDetonacióónn
La detonación ocurre cuando la llama frontal se propaga
muy rápido generando así una combustión descontrolada
La detonación puede llevar a fallas muy tempranas debido a
los altos esfuerzos térmicos y mecánicos
Causas de la detonación:
La mezcla es muy rica
Obstrucción o contaminación del aire succionado
Barrido incomplet0
Composición inconsistente del combustible
Motor sobrecargado
El tiempo de ignición esta muy adelantado
Los cilindros altamente cargados en motores desbalanceados
son más susceptibles a la detonación

99
ComparaciComparacióón de las grn de las grááficas de las presiones en losficas de las presiones en los
motoresmotores

100
Ciclos mCiclos múúltiples PT para la potencia de un cilindroltiples 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 tardío
Causas de la combustión pobre:
Barrido incompleta
La proporción de aire/combustible es muy delgada
causando una lenta llama frontal
La proporción de aire/combustible es demasiado rica
para una apropiada combustión
Tiempo de ignición tardío
Pobre composición del combustible

102
Fuegos suavesFuegos suaves
ComparaciComparacióón de las grn de las grááficas de presificas de presióón en el motorn en el motor

103
PT: comparado con el normalPT: comparado con el normal

104
PV: comparado con el normalPV: comparado con el normal

105
Otro ejemplo comparando cilindros PTOtro ejemplo comparando cilindros PT

106
CombustiCombustióón Tempranan Temprana
Esto ocurre cuando la presión en el
cilindro es alcanzada muy rápidamente
El PFP es usualmente alto y cierra a
TDC
Causas de Ignición Temprana:
La proporción aire/combustible es muy rica
Tiempo de ignición muy temprano
Temperatura del aire, tibio

107
CombustiCombustióón Tempranan Temprana
ComparaciComparacióón de la presin de la presióón del motorn del motor

108
Cilindros muertosCilindros muertos
Los cilindros muertos no tienen una
combustión discernible
Causas de los cilindros muertos:
Problemas de ignición
Carga impropia de aire/combustible

109
ComparaciComparacióón de los picos de presin de los picos de presióón en el cilindron en el cilindro

110
ComparaciComparacióón de la presin de la presióón del cilindro en forma yn del cilindro en forma y
tiempotiempo

111
ComparaciComparacióón de la proporcin de la proporcióón de aumento de lan de aumento de la
presipresióón del cilindron del cilindro

112
RelaciRelacióón entre la presin entre la presióón y la proporcin y la proporcióón den de
aumento de la presiaumento de la presióónn

113
PV comparaciPV comparacióón con el normaln con el normal

114
PrePre –– 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
rodamientos
Los 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
carbón
Manchas calientes creadas por la detonación
Tiempo de ignición muy temprano NO es normalmente
considerado pre – ignición

115
PrePre –– igniciignicióónn
Bosquejo de la preBosquejo de la pre –– igniciignicióón (datos no actuales)n (datos no actuales)

116
PrePre –– igniciignicióón PV Motrando 2 Giros del Eje.n PV Motrando 2 Giros del Eje.

117
Resumen del anResumen del anáálisislisis
Normal
Todos los cilindros PFP promedio están dentro del 10 – 15% del promedio PFP del
motor
Baja desviación ciclo a ciclo en cilindro PFP
Ángulo PFP consistente y en la ubicación esperada
Temperaturas de salida similares entre cilindros potenciados
Desbalanceado
El promedio de los picos de presión de llama son desiguales
Alta desviación en PFP para el cilindro
Temperaturas de salida desiguales
Usualmente acompañados por altas concentraciones de NOx y HC
Detonación
A menudo audible
Alto PFP con un ángulo muy temprano de PFP
Muy altas proporciones de incremento de presiones comparados con otros cilindros
A menudo se genera una onda de choque que se ve en PT
La combustión puede ser más ruidosa que lo normal

118
Resumen del anResumen del anáálisis (cont.)lisis (cont.)
Combustión suave
Tipo de mezcal
Promedio del PFP menor de lo normal
El ángulo PFP más tarde de lo normal
Baja rata de incremento de la presión cuando se compara con otros
cilindros
Puede ser seguido de una detonación
Aumento de la temperatura de salida
Combustión temprana
El ángulo PFP más temprano de lo normal
El promedio del PFP mayor de lo normal
Alta rata de incremento de la presión cuando se compara con otros
cilindros
Bajas temperaturas de salida

119
Cilindros muerto
El promedio del PFP en el momento de la compresión – exhibe
ninguna variación del ciclo, desviación baja del PFP
Presión máxima = presión de compresión corriendo
Baja rata de incremento de la presión cuando se compara con otros
cilindros
Consumo de potencia
Desperdicio de combustible (USD 100-200/día/cyl)
Combustible en la salida puede representar el riesgo de devolverse
encendido
Baja temperatura en la salida
Pre – ignición
La auto – combustión se presenta antes de la ignición normal
El ángulo PFP puede presentarse antes del TDC
Se generan esfuerzos mecánicos y térmicos en el pistón, los
pasadores, bielas y los rodamientos

120
PT para un cilindro muerto, fuego suave yPT para un cilindro muerto, fuego suave y
detonacidetonacióónn

121
PV para un cilindro muerto, fuego suave yPV para un cilindro muerto, fuego suave y
detonacidetonacióónn

122
ANALIZANDO LA CONDICIONANALIZANDO LA CONDICION
MECMECÁÁNICA DE MOTORESNICA DE MOTORES
Válvulas
Camisa
Barras y pasadores
Anillos
Sistemas de ignición

123
Tren De VTren De Váálvulaslvulas

124
Tren de la vTren de la váálvulaslvulas
Problemas comunesProblemas comunes
Mecánicos
Perdidas/desgaste de balancines
Tolerancias no apropiadas en los levantadores
Resortes rotos
Tensiones incorrectas en los resortes
Desgaste de la guía de la válvula
Desgaste o des-sincronización de la leva
Excesivo desgaste en los engranes del eje de levas
Fugas
Válvulas quemadas
Depósitos en el sello de la válvula
Sello dañado
Daño en el vástago de la válvula

125
Tren de vTren de váálvulaslvulas
Tolerancias incorrectasTolerancias incorrectas
Puede causar que la
válvula abra y cierre en
el momento equivocado
El evento de apertura
de la válvula puede ser
ruidoso
Puede causar ruido al
cerrarse la válvula
cuando esta cae en su
asiento

126
Levantadores 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
operación
La 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 temprano
El patrón de vibraciones muestra impacto al abrir
y cerrarse

127
Excesiva tolerancia en las vExcesiva tolerancia en las váálvulas de escapelvulas de escape
(levantador s(levantador sóólido)lido)

128
ComparaciComparacióón de la vibracin de la vibracióón para una vn para una váálvula delvula de
escape con fugaescape con fuga

129
PT y PV: fuga en las vPT y PV: fuga en las váálvulas de Escapelvulas de Escape

130
DesgasteDesgaste BalancBalancíínesnes

131
Desgaste en los engranes de la levaDesgaste en los engranes de la leva

132
Desgaste en los engranes de la levaDesgaste en los engranes de la leva

133
Fuga en la vFuga en la váálvula de combustiblelvula de combustible

134
Fuga en la vFuga en la váálvula de combustiblelvula de combustible

135
Normal.
Los eventos de apertura de la válvula son suaves o ausentes
Los eventos de la válvula son similares en todo el motor
Los eventos de cierre están de acuerdo con el ángulo del cigüeñal,
impacto sencillo o de corta duración
No hay fugas después que la válvula se cierre
Desgaste del balancín.
El múltiples impactos siguiendo el normal cierre de la válvula
Ruido excesivo al abrir o cerrar
Excesiva tolerancia en el levantador
La válvula se abre tarde y se cierra temprano
Ruidos de impacto al cerrarse la válvula
A veces se ve el impacto en la apertura
Cierre temprano de la válvula de escape puede aumentar la cola de
PV

136
Rotura de los resortes de la válvula
Ruidos de impacto al abrirse la válvula
La válvula puede cerrar tarde
Desgaste de la guía de la válvula
La rugosidad vista en los patrones de vibración a medida que la
válvula se abre y cierra
La válvula se puede quedar en la guía y no cerrar a tiempo
Se 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 otro
Pueda causar excesivo desgaste del lóbulo de ataque de la
leva, con patrón de demasiada vibración
Cuando se presenten los problemas tenga a la mano el
transductor de vibración para hacer las mediciones
correspondientes

137
Fuga en las válvulas
Patrones de soplado (turbulencia) aparecen cuando la
presión aumenta en el cilindro
Inadecuado asentamiento de la válvula
Múltiples impactos cuando la válvula trata de asentarse
Buscar por diferencias entre válvulas a lo largo del motor
Se pueden ver patrones de soplado cuando la presión es
alta en el cilindro
Puede 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 CamisasPistones, 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 pistón
Se hace más pronunciado cuando la tolerancia
en la parte superior incrementa debido al
desgaste del anillo

140
Golpes en el pistGolpes en el pistóónn
Vibraciones de baja frecuencia mostrando el golpeVibraciones de baja frecuencia mostrando el golpe
en el pisten el pistóón (Piston Slap)n (Piston Slap)

141
Golpes en el pistGolpes en el pistóónn
Vibraciones de baja frecuencia mostrando el golpeVibraciones 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 TDC
En 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
Golpes de pistGolpes de pistóón (n (WristWrist pin) para un motor de 2pin) para un motor de 2
tiempostiempos

144
Golpes de pistGolpes de pistóón (n (WristWrist pin) para un motor de 4pin) para un motor de 4
tiempostiempos

145
Excesiva tolerancia en el pasador (4 tiempos)Excesiva tolerancia en el pasador (4 tiempos)

146
Anillos del pistAnillos del pistóónn
Desgaste 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 válvula
Una Camisa dañada puede evitar que anillo haga
sello correctamente
Aún 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
CamisasCamisas
Estropeados 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 ciclo
Para motores de 4 tiempos, los anillos del pistón
pasan por el mismo punto 4 veces en un ciclo
La 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 PFP
La presión en el carter puede incrementar debido al
blowby resultante del desgaste de la camisa

148
CamisasCamisas
Ej. Ranura en la Camisa (P2, 10 ciclos)Ej. Ranura en la Camisa (P2, 10 ciclos)

149
CamisasCamisas
Ranura en la CamisaRanura en la Camisa

150
CamisasCamisas
Ranura en la CamisaRanura en la Camisa

151
CamisasCamisas
Interferencia (Interferencia (crostalkcrostalk) en el evento de escape en P3) en el evento de escape en P3

152
CamisasCamisas
DDesgaste de Camisaesgaste de Camisa

153
CamisasCamisas
Desgaste de CamisaDesgaste de Camisa

154
CamisasCamisas
Desgaste de Camisa confirmados por un cursorDesgaste de Camisa confirmados por un cursor
simsiméétricotrico

155
CamisasCamisas
Desgaste de camisasDesgaste de camisas

156
CamisasCamisas
Desgaste de LumbrerasDesgaste de Lumbreras

157
CamisasCamisas
LumbrerasLumbreras

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 energía
Circuito de tiempo (timming unit)
Mecanismos de distribución
Transformador
Bujías

159
Sistema de igniciSistema de ignicióón primarion primario

160
PatrPatróón den de IgnicionIgnicion secundariassecundarias

161
Patrones de la igniciPatrones de la ignicióón secundaria tn secundaria tíípicapica

162
Fallas en la igniciFallas en la ignicióónn
TiempoTiempo……
Tiempo avanzado puede causar…
Combustión temprana
Temprano y PFP alto
Detonación
Temperaturas de escape bajas
Tiempo retardado puede causar…
Combustión Retardada
Tarde y bajo PFP
Perdidas de combustión/combustión suave
Altas temperaturas de escape

163
Problemas tProblemas tíípicos en las bujpicos en las bujííasas
Claro de bujia excesivo – el voltaje de ionización
incrementa, chispa muy fuerte
Claro de bujia insuficiente – el voltaje de ionización
disminuye, chispa debil
Suciedad – el crecimiento de contaminantes
disminuye el espacio y genera una disminución en
el voltaje de ionización
Desgaste del contacto o escamaduras en el metal –
incrementa el espacio por lo tanto incrementa el
voltaje de ionización

164
CablesCables
El crecimiento de la corrosión
reduce el voltaje de ionización
Daños o cables perdidos pueden
causar conexiones a tierra

165
BobinasBobinas
Revisar que la polaridad sea la
correcta
Observar el anillo inferior de la
bobina para poder ver las
condiciones del arrollamiento
de la bobina

166
Dos bobinas malasDos bobinas malas –– la chispa no se alcanzala chispa no se alcanza

167
Bobina invertidaBobina invertida

168
ANALIZANDO LAS FALLASANALIZANDO LAS FALLAS
EN LOS COMPRESORESEN LOS COMPRESORES
Qué fallas podemos detectar?
Caracterizando el compresor normal
Identificando fallas

169
Fallas en los compresores que podemosFallas en los compresores que podemos
detectardetectar
Condición de las válvulas
Fugas en la válvula de succión
Fugas en la válvula de descarga
Cierre repentino (slamming)
Excesivo claro
Ondulación de la válvula (flutter)
Resortes rotos
Condición del cilindro y barras
Fugas en anillos
Desgaste del pistón o de la camisa
Desgaste de rider ring
Golpes en las crucetas
Stress mecánico del cilindro
Cojinetes de bancada
Eficiencia
Capacidad
Potencia
Exceso de carga en la barra y
fallas en la inversión de la barra
Equipo auxiliar
Vasijas y tuberías
Fundación y cimientos

170
CaracterizaciCaracterizacióón de la mn de la mááquinaquina
Los analistas usan todo esto:
Datos de operación
Presión y vibración versus tiempo (PT/VT)
Presión versus volumen (PV)
Log P versus Log V
Datos históricos, mantenimiento
Comparación de la población
Resultados de los cálculos
Parámetros normalizados

171
CaracterizaciCaracterizacióón del compresorn del compresor
PT/VT normalPT/VT normal

172
Pase en la vPase en la váálvula de descarga HE : PT/VTlvula de descarga HE : PT/VT

173
Pase en la vPase en la váálvula de succilvula de succióón HE: PT/VTn HE: PT/VT

174
Pase en los anillos: PT/VTPase en los anillos: PT/VT

175
PV normalPV normal

176
Pase en la vPase en la váálvula de succilvula de succióón HE: PVn HE: PV

177
Pase en la vPase en la váálvula de descarga HE: PVlvula de descarga HE: PV

178
Pase en los anillosPase en los anillos

179
LogPLogP –– LogV normalLogV normal

180
Pase en la vPase en la váálvula de succilvula de succióón HE:n HE: LogPLogP –– LogVLogV

181
Pase en la vPase en la váálvula de descarga HE:lvula de descarga HE: LogPLogP –– LogVLogV

182
Pase en los anillos:Pase en los anillos: LogPLogP –– LogVLogV

183
Balance 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 VEs
Capacidad de descarga α Ved
Idealmente, la proporción debe ser 1.00
La fugas en las válvula y anillos pueden cambiar VEs y VEd
y causar que el balance de flujo se desvíe de 1.00
El balance de flujo es un “Parámetro Normalizado” por que
es relativamente independiente de las condiciones de
operación
aDesccapacidad
Succióncapacidad
arg_
_
=

184
DDelta en la temperatura de descarga (DTD)
DTD es la diferencia entre la temperatura de descarga
teórica y la temperatura real
La temperatura de descarga actual es medida en la tobera
de descarga
La temperatura teórica de descarga es calculada de las
propiedades del gas, Ts, Pd y Pd
Un DTD alto indica que el gas descargado es más caliente
de lo esperado
Esto 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
Temperaturas 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 presióónn
Fuentes de las fugas y herramientas de análisis
Ejemplos
Válvulas de succión
Válvulas de descarga
Empaquetaduras
Anillos
Herramientas de análisis
Gráfico PV
Patrones de vibración
Temperaturas
balance de flujo
LogP – LogV

188
Fuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón CE: PT/VTn CE: PT/VT

189
Fuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: PT/VTn HE: PT/VT

190
Fuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: PVn HE: PV

191
Fuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE:n HE: LogPLogP –– LogVLogV

192
Fuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: Temp. en tapa den HE: Temp. en tapa de
vváálvulaslvulas

193
Fuga en la vFuga en la váálvula de succilvula de succióón HE: Reporte de saludn HE: Reporte de salud

194
Pase por anillosPase por anillos
Fugas en los anillos
Fuga ligera en los anillos de un compresor de
hidrogeno
Oxido de hierro viajaba a lo largo de la línea de
conducción desgastando los anillos
Filtros 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 Presióónn
Pase de gas severo por anillosPase de gas severo por anillos

196
Resumen deResumen de analisisanalisis
Fuga en la válvula de succión
Patrones 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 fuga
Balance de flujo > 1.05
Proporción n para LogP – LogV > 1.03
Delta elevado en la temperatura de descarga. Temperatura elevada en la parte superior de la válvula
Punta de descarga redondeada en la PV
La capacidad final de los cilindros cae
Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por debajo de la teórica
Fuga en la válvula de descarga
Patrones 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 fuga
Proporción n para LogP – LogV < 0.98
Punta de descarga redondeada en la PV
La presión de succión incrementa
Delta 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 descarga
La capacidad final del cilindro disminuye
Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por encima de la teórica

197
Fugas severas en los anillosFugas severas en los anillos
Fuga en empaquetaduras
Todas las fugas en las empaquetaduras son de mínima cuantía. Fuga excesiva es muy similar
a la fuga en la válvula de succión
Patrones de fuga en las válvulas CE. Se recomienda mover el censor más cerca de la
empaquetadura para confirmar
La temperatura de las empaquetaduras aumenta.
Las líneas de expansión y compresión en PT y PV están por debajo de la teórica
Los patrones de vibración del gas pasante cerca de la parte terminal del cigüeñal cuando la
presión en esta parte es mayor que la atmosférica
Proporción n para LogP – LogV > 1.03
Fuga en el anillo
Patrones de vibración del gas pasante en todas las válvulas cuando la presión diferencial a lo
largo del anillo es alta
El balance de flujo generalmente aumenta
La presión de succión aumenta y la presión de descarga disminuye
Aumento en el delta de temperatura de descarga
Las 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 váálvulaslvulas
Algunas causas de las fallas en las válvulas
Desgaste mecánico y fatiga
Materiales extraños en el gas
Accionamiento anormal de los elementos de las válvulas
Excesivo levantamiento de la válvula para la aplicación
Apertura y cierre múltiple
Cierre abrupto
Resonancia y pulsaciones de presión
Gases corrosivos
Líquidos en el gas
Depósitos en los elementos de sellado y resortes

200
Técnicas para el análisis
Comparar los patrones de vibración y observar las
diferencias
Revisar el historial
Revisar válvulas similares
El evento de apertura de la válvula es usualmente más
demorado que el de cierre
El 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 BDC
Monitorear las perdidas de la válvula hasta que esta
represente un desperdicio de energía

201
Cierre abrupto (Cierre abrupto (slammingslamming))……llevlleváándolo a la fugandolo a la fuga

202
Eventos mEventos múúltiples de aberturaltiples de abertura

203
OndulaciOndulacióón (n (FlutterFlutter))

204
Difícil apertura, Difícil cierre, Cierre tardío, Resortes rotos
Puede 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 mantenerlo
Si el cierre abrupto (slamming) se presenta en el cierre y apertura, es
casi seguro que los resortes son demasiado livianos o que se han
desgastado o que están rotos debido al excesivo ciclaje
Las válvulas muy elevadas pueden tomar más tiempo para cerrarse.
La pulsación puede causar que la presión diferencial incremente
repentinamente generando un cierre duro
Cierre temprano
Tensión excesiva en el resorte
La pulsación puede causar que la presión diferencial decrezca
repentinamente y esto haga que la válvula se cierre rápidamente

205
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 el
patrón de vibración, se puede ver múltiples impactos de cierre y apertura
Oscilaciones 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
descarga
Para corregir el problema, reduzca el levantamiento de la válvula y/o la tensión del resorte;
minimice la pulsación de la presión
Aperturas múltiples
Si 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 válvula
Las 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 reabren
Resortes pesados pueden causar que la válvula se cierre rápido. La presión en el cilindro
puede reabrir la válvula tarde en la carrera

206
Perdidas excesivas
Las 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 velocidad
Levantamiento de la válvula o área de flujo insuficiente
Algunos de los elementos de sellado en la válvula se pueden
atorar reduciendo el área efectiva de flujo
Las curvas PT y PV aparecen redondeadas durante la fase de
descarga o succión
Vibraciones mecánicas
Las 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 compresores
CCáálculo de la potencialculo de la potencia
Se necesita hacer un trabajo para transportar gas a
lo largo de una tubería
Ese trabajo es el área contenida en la gráfica PV
La rata de trabajo hecho es la potencia
Si dibujamos la curva PV como presión (psi) vs
volumen (% de carrera), podemos usar:
33000
PLAN
IHP =
de donde:
P: área contenida por la curva
L: longitud de la carrera
A: área del pistón
N: ciclos por minuto (RPM)

209
Caída 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 caidas
de presión a medida que el gas fluye por la tubería de succión,
las válvulas de succión, válvulas de descarga y tubería de
descarga
Para 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
NoNo –– perdidas de IHPperdidas de IHP

211
IHP totalIHP total

212
Magnitud de las perdidasMagnitud de las perdidas
Los factores que afectan la magnitud de las perdidas
son:
Diseño de la válvula
Presión de succión y de descarga
Temperatura de succión y de descarga
Velocidad del compresor
Composición del gas
Diseño de la tubería de succión y descarga
Diseño 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 tuberías
La vibración puede ser extrema si la pulsación
coincide con:
La frecuencia de la resonancia acústica en la tubería
La frecuencia natural de la tubería
Afecta el desarrollo del compresor
Cuando las válvula abren y cierran
Eficiencia volumétrica (capacidad)
HP consumido moviendo el gas

214
Trazado de la presiTrazado de la presióón en la toberan en la tobera

215
Potencia total HEPotencia total HE

216
NoNo –– perdidas de potencia HEperdidas de potencia HE

217
Perdidas totalesPerdidas totales

218
Perdidas en los pasajes y en la vPerdidas en los pasajes y en la váálvulalvula

219
Efecto en la HPEfecto en la HP

220
PotenciaPotencia
Costos de las pCostos de las péérdidas de potenciardidas de potencia

221
CARGA EN LAS BARRA DELCARGA 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 gas
Los fabricantes de las barras especifican cuales son los
valores de las cargas permisibles
Dependiendo del material de la barra, la barra puede
llevar un exceso de 200000 Lbf
El pasador debe soportar esas fuerzas
Cargas inapropiadas en la barra puede causar:
Desgaste excesivo en los bujes del pin y crucetas
Falla en los bujes de cruceta
Esfuerzos mecánicos en el pistón, tuerca del pistón y otras
cargas en los componentes de los cojinetes

223
FuerzasFuerzas
Fuerza del gas – ejercida por la presión en ambos lados del
pistón
Fuerza inicial – ejercida por la masa y la aceleración de los
componentes reciprocantes
Fuerza total = fuerza del gas + fuerza inercial
Las barras del compresor deben alternarse de tensión a
compresión en cada ciclo. Esto es importante para la
lubricación de cada uno de los componente
API 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
Fuerzas del gasFuerzas del gas

225
Fuerza del gasFuerza del gas

226
Fuerza 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 aceleración
Las fuerzas inerciales son significativas en:
Pistones de masas grandes
Compresores de alta velocidad
Proporción de servicio de baja
compresión

227
Fuerza inercialFuerza inercial

228
Carga total de la barraCarga total de la barra

229
Solo tensiSolo tensióónn

230
Solo compresiSolo compresióónn

231
Golpe en el pin de la crucetaGolpe en el pin de la cruceta

232
Carga excesivaCarga excesiva

233
Golpe de CrucetaGolpe de Cruceta

234
La carga en la barra esta por encima del límite
El pin de cruceta , el pistón, las uniones y la barra son esforzadas por encima
del límite especificado por el constructor
Ajustar la carga en el compresor
Cambiar las líneas de presión
Insuficiente carga de inversión el la barra
API 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 inversión
Revise las vibraciones de baja frecuencia. Busque por golpes cuando la carga
de la barra cambia de tensión a compresión y viceversa

235
MOVIMIENTOS DE LA BARRA DELMOVIMIENTOS DE LA BARRA DEL
COMPRESORCOMPRESOR
Cuál e s el movimiento de la barra?
Como se mide este movimiento?
Herramientas de análisis

236
Movimiento de la barra del compresorMovimiento de la barra del compresor
Por que esto es importante?Por que esto es importante?
Idealmente, las barras solo tendrán movimiento
traslación Reciprocante
El movimiento es más complejo debido a:
Alineación imperfecta
Flexibilidad en la barra
El análisis del movimiento es usualmente usado para
identificar:
Problemas de alineación en el cilindro
Desgaste de la banda de anillos (rider band)
Desgaste de los cilindros
Desgaste de los shims de la cruceta

237
Desgaste de la barra (Desgaste de la barra (rodrod runrun out) del cilindro y suout) del cilindro y su
historia (a 240 grados)historia (a 240 grados)

238
Desgaste de la barra (Desgaste de la barra (RodRod runrun out)out)

239
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
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
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

240
FALLAS EN EL COMPRESORFALLAS EN EL COMPRESOR
Cojinetes de bancada y biela

241
Rodamientos principales y del cigRodamientos principales y del cigüüeeññalal
MedicionesMediciones
Es muy difícil obtener datos certeros de los cojinetes
principales y del cigüeñal – el camino de
transmisión no es grande
En 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 golpes
Medida de la carcasa donde halla un camino de
transmisión al cojinete

242
FundaciFundacióónn
Tendencia de la vibraciTendencia de la vibracióón de la carcasa: tornillos den de la carcasa: tornillos de
anclaje rotosanclaje rotos

243
FALLAS EN COMPRESORES
Vibraciones en tuberias y carcazas

244
Fundacion
Tendencia de vibracion: Pernos de anclaje rotos

245
Fundación
Espectro: Vibración Normal en una carcaza

246
FundaciFundacióónn
Espectro: 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

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