compresor mantto reciprocante

8/13/2019 compresor mantto reciprocante

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PLANTEAMIENTO PARA LA DETERMINACIN DE LA EJECUCIN DEMANTENIMIENTO OVERHAUL A MOTORES CATERPILLAR 3612 Y

COMPRESORES ARIEL JGC4

GABRIEL LEONARDO ARDILA PEREZDIEGO FERNANDO BARAJAS TRIANA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS

ESCUELA DE INGENIERA MECNICAESPECIALIZACIN EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO

BUCARAMANGA2012


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PLANTEAMIENTO PARA LA DETERMINACIN DE LA EJECUCIN DEMANTENIMIENTO OVERHAUL A MOTORES CATERPILLAR 3612 Y

COMPRESORES ARIEL JGC4

GABRIEL LEONARDO ARDILA PEREZDIEGO FERNANDO BARAJAS TRIANA

Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al ttulo de Especialista enGerencia de Mantenimiento

Director: SERGIO ANDRES GUTIERREZ ROJASIngeniero Mecnico

Especialista en Ingeniera del gas

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS

ESCUELA DE INGENIERA MECNICAESPECIALIZACIN EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO

BUCARAMANGA2012


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AGRADECIMIENTOS

Doy gracias a Dios por darme la sabidura y paciencia para el desarrollo de tan

importante xito como es el de ser especialista, tambin reconozco el apoyo de mi

ser amado Erika Milena, mis padres Hernando y Licenia, amigos y profesores.

Diego Fernando

Agradezco a Dios por la fortaleza, a mi esposa, madre y hermanos por su apoyo

incondicional, y a mis allegados por toda su colaboracin.

Gabriel Leonardo


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CONTENIDO

pag

INTRODUCCIN ................................................................................................... 16

1 OBJETIVOS .............................................................................................. 17

1.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 17

1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ..................................................................... 17

2 JUSTIFICACIN ....................................................................................... 18

3 MARCO TEORICO.................................................................................... 19

3.1 COMPRESOR RECIPROCANTE ............................................................. 19

3.1.1 Desempeo de un Compresor Reciprocante ............................................ 20

3.1.1.1 Ciclo de compresin .................................................................................. 20

3.1.1.2 Desplazamiento del Cilindro ...................................................................... 22

3.1.1.3 Eficiencia Volumtrica ............................................................................... 23

3.1.1.4 Velocidad del Pistn .................................................................................. 25

3.1.1.5 Temperatura de Descarga ........................................................................ 27

3.1.1.6 Potencia .................................................................................................... 27

3.1.2 Componentes del Compresor Reciprocante ............................................. 313.1.2.1 Pistn ........................................................................................................ 31

3.1.2.2 Vstago ..................................................................................................... 32

3.1.2.3 Biela .......................................................................................................... 33

3.1.2.4 Cruceta ...................................................................................................... 33

3.1.2.5 Cilindro ...................................................................................................... 34

3.1.2.6 Vlvula ...................................................................................................... 35

3.1.2.7 Packing ..................................................................................................... 37

3.2 MOTOR A GAS ......................................................................................... 38

3.2.1 Funcionamiento de un Motor a Gas .......................................................... 38

3.2.1.1 Admisin ................................................................................................... 38

3.2.1.2 Compresin ............................................................................................... 39


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3.2.1.3 Expansin ................................................................................................. 39

3.2.1.4 Escape ...................................................................................................... 40

3.2.2 Partes Fundamentales de un Motor a Gas ................................................ 40

3.2.2.1 La Culata ................................................................................................... 403.2.2.2 El Bloque ................................................................................................... 41

3.2.2.3 Carter ........................................................................................................ 41

3.3 MANTENIMIENTO PREDICTIVO ............................................................. 42

3.3.1 Tcnicas Predictivas ................................................................................. 43

3.3.2 Anlisis De Vibraciones ............................................................................. 43

3.3.3 Anlisis de Aceites .................................................................................... 45

4 SELECCIN DE COMPONENETES PARA DETERMINAR ELOVERHAUL ........................................................................................................... 46

4.1 Matriz Cualitativa ....................................................................................... 47

4.2 Componentes Seleccionados para Motor ................................................. 62

4.2.1 Cigeal .................................................................................................... 62

4.2.1.1 Vibraciones ............................................................................................... 62

4.2.1.2 Anlisis de Aceite ...................................................................................... 63

4.2.1.3 Medicin de Deflexin ............................................................................... 64

4.2.2 Camisas .................................................................................................... 65

4.2.2.1 Anlisis de aceites..................................................................................... 66

4.2.3 Biela .......................................................................................................... 66

4.2.3.1 Cargas Sobre La Biela .............................................................................. 66


4.2.3.3 FUGA DE COMPRESIN (BLOW BY) .................................................. 68

4.2.4 Pin Pistn .................................................................................................. 69

4.2.4.1 Anlisis de aceite ...................................................................................... 694.2.5 Pistn ........................................................................................................ 70


4.2.5.2 Pistn SLAP .............................................................................................. 70

4.2.6 Culata ........................................................................................................ 72


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LISTA DE FIGURAS

Pag

FIGURA 1. Compresor Reciprocante Ariel JGC4 .................................................. 19

FIGURA 2. Diagrama indicador Ideal ................................................................... 20

FIGURA 3. Ciclos de Compresin del Compresor Reciprocante .......................... 21

FIGURA 4. Eficiencia del Compresor Reciprocante con una velocidad de la vlvula3000 fpm. ............................................................................................................... 29

FIGURA 5 Componentes del Compresor Reciprocante ......................................... 30

FIGURA 6. Vstago de un Compresor Ariel .......................................................... 32

FIGURA 7 Biela ..................................................................................................... 33

FIGURA 8 Cruceta ................................................................................................ 34

FIGURA 9 Cilindro ................................................................................................. 35

FIGURA 10 Vlvulas .............................................................................................. 36

FIGURA 11 Packing ............................................................................................... 37

FIGURA 12 Ciclo Otto ............................................................................................ 38

FIGURA 13 secciones principales de un motor ..................................................... 42

FIGURA 14 Seales en el Dominio del Tiempo y en el Dominio de la Frecuencia 44

FIGURA 15 Curva P-F ........................................................................................... 57

FIGURA 16 Recomendacin de Fabricante ........................................................... 58

FIGURA 17 Costo de Mantenimiento con respecto al Gas .................................... 59

FIGURA 18 Diagrama de Flujo .............................................................................. 61

FIGURA 19 Cojinetes de bancada en aceleracin ................................................. 62

FIGURA 20 Tendencia del Aceite .......................................................................... 63


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FIGURA 21 Problemas Asociado a Camisas en Grfico de Vibracin .................. 65

FIGURA 22 Cargas sobre la biela......................................................................... 67

FIGURA 23 Representa la Evidencia de Pase de Gases al Crter....................... 68

FIGURA 24 Grfica Wrist Pin ................................................................................. 69

FIGURA 25 Representacin del fenmeno en vibracin sin filtro de frecuencia. .. 71

FIGURA 26 Representacin del fenmeno en ultrasonido .................................... 71

FIGURA 27 Montaje Representativo de Vlvula .................................................... 72

FIGURA 28 Anlisis de vibraciones en bancada .................................................. 78

FIGURA 29 Anlisis de vibraciones de Bielas ....................................................... 79

FIGURA 30 Ruidos indicadores de Problemas en Cilindros .................................. 80

FIGURA 31 Presiones de cilindro tpicas para motores con diferentes relacionesde compresin ....................................................................................................... 85

FIGURA 32 Valores de Deflexin. ......................................................................... 87

FIGURA 33 Evaluacin de Deflexin .................................................................... 87


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LISTA DE TABLAS

Pag.

Tabla 1 Eficiencia Multiplicadora de la Gravedad Especfica ................................. 28

Tabla 2 Eficiencia Multiplicadora para baja presin ............................................... 29

Tabla 3 Valoracin para determinar el Overhaul.................................................. 47

Tabla 4 Actividades de Overhaul .......................................................................... 52

Tabla 5 Componentes Dominantes para Realizar el Overhaul .............................. 56

Tabla 6 Registro de Deflexin ................................................................................ 64

Tabla 7 Evaluacin de deflexin ............................................................................ 64

Tabla 8 Valoracin para determinar el Overhaul ................................................... 73

Tabla 9 Componentes a Diagnosticar .................................................................... 74

Tabla 10 listado de actividades COMPRESOR ARIEL JGC4 ................................ 74

Tabla 11 Actividad para ejecucin de Overhaul .................................................... 76


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RESUMEN

TTULO: PLANTEAMIENTO PARA LA DETERMINACIN DE LA EJECUCIN DE

MANTENIMIENTO OVERHAUL A MOTORES CATERPILLAR 3612 Y COMPRESORES ARIELJGC4

AUTOR: GABRIEL LEONARDO ARDILA PEREZ-DIEGO FERNANDO BARAJAS TRIANA

PALABRAS CLAVE: Motor, Compresor, Overhaul

DESCRIPCIONLa presente monografa se enfoca en el desarrollo del rea de mantenimiento deuna compaa que presta sus servicios a la industria del petrleo y gas, en especial el servicio dereparacin a equipos de seguridad.

El costo de los trabajos overhaul de las mquinas objeto de esta monografa, puede ser enpromedio cerca del 60% del costo de comprarla; una organizacin puede decidir ejecutar estetrabajo de acuerdo a las horas de operacin recomendadas por el catlogo del fabricante, pero deacuerdo al contexto y condiciones operacionales, los trabajos overhaul son requeridos en undeterminado momento que puede no coincidir exactamente con la recomendacin de fbrica. Elmomento de la ejecucin del overhaul, es posible determinarlo desarrollando planteamientoscuantitativos o cualitativos de acuerdo a la condicin del equipo; para determinar la condicin delequipo, se usan tcnicas de mantenimiento predictivo y preventivo tales como vibracionesmecnicas, medicin de desempeo dinmico, ultrasonido, metrologa, boroscopa, anlisis deaceite, entre otros.

Ejecutar el overhaul en el momento oportuno, es una decisin apropiada en cuanto a riesgos yrendimientos financieros, ya que realizar un overhaul cuando el equipo aun tiene condicionesaceptables para operar, es hacer un gasto anticipado, y realizarlo cuando el equipo opera por

debajo de las condiciones aceptables, es asumir riesgos de seguridad, ambientales yoperacionales, igualmente se contribuye al deterioro de la integridad del equipo y desempeo conbajas eficiencias..

_________________

*Proyecto de grado

**Facultad de Ingenieras Fsico-mecnicas. Especializacin en Gerencia de mantenimiento.Director: Ing Sergio Gutierrez


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SUMMARY

TITLE:APPROACH FOR DETERMININGTHE PERFORMANCE OF MAINTENANCE OVERHAUL

A CATERPILLAR 3612 COMPRESSOR AND ARIEL JGC4AUTHOR: GABRIEL LEONARDO ARDILA PEREZ-DIEGO FERNANDO BARAJAS TRIANA

KEY WORDS: Engine, Compressor, Overhaul.

SUBJECT: This paper focuses on the development of the maintenance area of a company thatprovides services to oil and gas industry, especially the service and repair of safety equipment.

The cost of the overhaul on the equipment referred in this monograph, its on average about 60% of

the cost of buying it; an organization can decide to execute the work according to the hours ofoperation recommended by the manufacturer's catalog, but according to the context andoperational conditions, overhaul is required in a specific time, that may not exactly the factoryrecommendation. The execution time of overhaul can be determined by quantitative or qualitativeapproaches developed according to the condition of the asset; to determine that condition, are usedtechniques of predictive and preventive maintenance such as mechanical vibrations, dynamicperformance measurement, ultrasound, metrology, videoscope, oil analysis, among others.

To execute the overhaul at the right time, is an appropriate decision regarding risks and financialreturns, and to make an overhaul when the asset still has acceptable conditions to operate, is to doan anticipated spending. To execute the overhaul when the asset hasnt acceptable conditions tooperate, is to take security, environmental and operational risks, also contributes to the deterioration

of the integrity of the asset, and performance with low efficiencies.

__________________________*Monograph**School of Mechanical Physical Engineering. Maintenance Management Specialization.Director: Eng Sergio Gutierrez


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INTRODUCCIN

Los trabajos overhaul a los motores de combustin interna y compresores

reciprocantes son requeridos para restaurar la condicin de desempeo de los

equipos, aumentar la confiabilidad de estos y su integridad, en organizaciones de

estndares de administracin de activos de buen nivel estos trabajos se conciben

como inversin y es por esto que se requiere realizarlos en el momento oportuno

Para determinar el momento oportuno de la ejecucin de los trabajos overhaul es

necesario tener implementadas tcnicas de diagnstico predictivo a los equipos

as como evaluaciones intrusivas y no intrusivas para con estos datos tomar ladecisin de cuando llevar a cabo el trabajo mayor. Teniendo en cuenta esto este

documento plantea las indicaciones tcnicas para llevar la trazabilidad de las

variables ms determinantes que indicaran el momento de la ejecucin del

overhaul

Este planteamiento se realiza teniendo en cuenta que el equipo funcionara bajo

condiciones de operacin para las cuales ha sido diseado as como para una

vida til sin fallos catastrficos que su solucin impliquen reparaciones mayores en

los equipos


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1 OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Elaborar el planteamiento para la determinacin de la ejecucin de mantenimientooverhaul a motores Caterpillar 3612 y compresores Ariel JGC4

1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Seleccionar los componentes de las mquinas a los cuales se les realizara la

medicin de las variables para tomar la decisin de la ejecucin de los trabajosoverhaul.

Seleccionar las variables que se medirn a los componentes escogidos.

Determinar los lmites mnimos y mximos para las variables seleccionadas.

Establecer la frecuencia de medicin de las variables.

Crear los procedimientos y formatos para el registro de las variablesseleccionadas


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3 MARCO TEORICO

Este captulo de la monografa presenta una estructura terica acerca del

compresor reciprocante consta de dos grandes partes: el lado de cilindroscompresores y la parte de fuerza o sistema de potencia. La primera, eleva la

presin al gas de proceso (compresor), y la segunda, acciona los compresores,

suministrndoles potencia (motores de gas de combustin interna).

Para realizar la ejecucin de un ptimo overhaules necesario contar con las

tcnicas que proporciona el mantenimiento predictivo: anlisis de aceite,

vibraciones mecnicas, termografa, metrologa y boroscopa.

3.1 COMPRESOR RECIPROCANTE

El compresor Figura 1es una mquina cuya funcin es incrementar la presin de

un gas o una mezcla de gases. La presin del fluido se eleva reduciendo el

volumen especfico del mismo, por su paso a travs del compresor.

FIGURA 1. Compresor Reciprocante ArielJGC4

Fuente:http://es.arielcorp.com/ariel_products.aspx?id=63,2012
http://es.arielcorp.com/ariel_products.aspx?id=63http://es.arielcorp.com/ariel_products.aspx?id=63


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3.1.1 Desempeo de un Compresor Reciprocante

3.1.1.1 Ciclo de compresin

La figura 2 indica una curva ideal seguido, por una serie de ilustracin que

representa el movimiento del pistn del cilindro y la posicin de la vlvula.

FIGURA 2. Diagrama indicador Ideal

Fuente:CompressorSelection and Sizing .Roice. N. Brown segunda edicin , 1987


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FIGURA 3. Ciclos de Compresin del Compresor Reciprocante

Fuente:Compressor Selection and Sizing .Roice. N. Brown segundaedicin, 1987


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Cuando el cigeal da por completo la revolucin, se dice que la compresin

completa un ciclo. Para comenzar el ciclo, se refieren a la figura 3 (a) la ubicacin

donde el pistn es en el extremo inferior de la carrera (Punto Muerto Inferior) y es

en el punto de ruta en el diagrama de indicador. En este punto, el cilindro esllenado por gas (presin P1), Tenga en cuenta que las vlvulas estn cerradas. En

(b), el pistn ha empezado a moverse hacia la izquierda, Esta es la parte de

compresin del ciclo y se ilustra por Sendero 1-2. Cuando el pistn alcanza el

punto 2 en el indicador diagrama, la vlvula de escape comienza a abrirse. La

parte de descarga del ciclo se muestra en (c). Esto se muestra en el diagrama de

2-3 indicadores de trayectoria. Observe que la vlvula de descarga est abierta

durante este lapso, mientras que la vlvula de admisin es cerrada. El gas sedescarga a la presin de la lnea de descarga P2. Cuando el pistn alcanza el

punto 3, se ha recorrido hasta el extremo superior de su carrera (punto muerto

superior centro). Fsicamente, en este punto de la corrida, hay un espacio entre el

pistn de la cara y la cabeza. Este espacio se traduce en un volumen atrapado y

es llamado volumen muerto.A continuacin en el ciclo, el pistn invierte la

direccin y comienza la porcin de expansin del ciclo, como se ilustra en (d) de la

figura. Ruta 3-4 muestra esta porcin del ciclo. Aqu, el gas contenido en el

volumen de holgura, es re-expandido a la presin de admisin. Ntese que la

descarga la vlvula se ha cerrado, y la vlvula de admisin an sigue cerrada. En

el punto 4,la expansin es completa y se abre la vlvula de admisin. La porcin

de admisin del ciclo se muestra en (e). Esto est indicado por Sendero 4-1 en el

diagrama de indicador.

3.1.1.2 Desplazamiento del Cilindro

El clculo del desplazamiento del cilindro es un procedimiento sencillo de

geometra. Es el producto de tres factores, los cuales son: el pistn rea, menos


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del vstago, y el nmero de trazos en un momento dado. La ecuacin es la

siguiente:

(1.1)

Donde,

Pd = Desplazamiento del pistn

St = Carrera del Embolo.

D = Dimetro del pistn.

N = Velocidad del compresor.

d = Dimetro del Vstago.

3.1.1.3 Eficiencia Volumtrica

Para determinar la capacidad real de entrada de un cilindro, el desplazamiento

calculado debe ser modificado. Hay dos razones por las que la modificacinesnecesario. El primero es debido a la holgura en el extremo de la carrera del

mbolo. Anteriormente en este captulo, cuando el ciclo de compresin se ha

descrito, una porcin del indicador, Sendero 3-4, se conoce como la porcin de

expansin del ciclo. El gas atrapado en la zona de aclaramiento se expande y en

parte vuelve a llenar el cilindro de tomar un poco de su capacidad. La siguiente

ecuacin refleja el efecto de expansin sobre la capacidad y se refiere como la

teora de la eficiencia volumtrica.

(1.2)

Donde


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F= de descarga compresibilidad a la entrada.

rp=razn de presin

c = porcentaje de holgura

k = exponente isentrpico

El lmite del valor terico puede ser demostrado, sustituyendo cero la holgura el

cual es un resultado con un volumen de eficiencia multiplicado por 1.00.

La segunda razn para la modificacin del volumen desplazado es que en

aplicacin en el mundo real, el cilindro no alcanza el rendimiento volumtrico

predicho por la ecuacin (1.2) por lo tanto, se modifica, para incluir los datosempricos. La ecuacin que se utiliza aqu es el recomendado por el Aire

Comprimido y Gas Instituto1, pero es un poco arbitraria, ya que no hay una

ecuacin universal. Hablando en trminos prcticos, sin embargo, hay suficiente

flexibilidad en las directrices para la ecuacin para producir resultados

razonables. El 1 .00 en la ecuacin terica se sustituye con .97 para reflejar que

incluso con cero aclaramiento del cilindro no se llenar perfectamente. La variable

L se aade al final para permitir el deslizamiento de gas ms all de los anillos delos pistones en varios tipos de construccin. Si, en el curso de hacer una

estimacin, un valor especfico que se desea, utilice 0,03 para compresores

lubricados y 0.07 para las mquinas no lubricadas. Estos son aproximaciones, y el

valor exacto puede variar entre 0,02 y 0,03.

(1.3)

F= Z2 / Z1 (1.4)

Compressed Air and Gas Hand Book, third Edition, New York, NY: 1 Compressed Air and GasHand institute, 1961


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La capacidadde entrada delcilindrose calculapor:

(1.5)

3.1.1.4 Velocidad del Pistn

Otro valor que se determina es la velocidad del pistn (PS). El pistn promedio

velocidad puede ser calculado por:

(1.6)

La base para la evaluacin de la velocidad del pistn vara a lo largo de la

industria.Un intento de resolver los fundamentos se har, en primer lugar,porque

hay tantas configuraciones y formas de la vaivn del compresor, parece lgico que

no hay lmite de velocidad para el pistn ya que se aplicar en general a todas las

mquinas. El fabricante se encuentra endesacuerdo con el usuario, ya que le

gustara mantener la velocidad alta y disminuir eltamao del compresor, mientras

que el usuario desea mantener la velocidadbaja para los propsitos de fiabilidad.

Como ocurre con tantos otros casos, el rbitroes la economa. Una razn obvia

para limitar la velocidad es elcosto de mantenimiento, Cuanto menor sea la

velocidad del pistn, menor mantenimiento y elconfiabilidad es mayor. La relacin

dada por la ecuacin (1.1) que define eltamao del cilindro. Por lo tanto, si la

velocidad se reduce, disminuye la velocidad del pistn, entonces el dimetro del

cilindro debe aumentar para compensarel desplazamiento perdido para Mantener

la capacidad deseada. Como el tamao del cilindroaumenta, tambin lo hace elcostodelcilindro.No es difcil ver por qu lausuario y el fabricante son menos algo

de unpropsito transversal. Si el usuariorequiere un servicio de alto grado de

confiabilidad y que quiere mantener el cilindroy el anillo de desgaste, que debe ser

consciente del aumento de coste.Para complicar el tema de la velocidad del


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pistn, mirar a las ecuaciones 1.1 y1.6. Tenga en cuenta el termino (St), La

velocidad del mbolo puede ser controlado por uncorta carrera, pero debido a la

prdida de desplazamiento, el dimetro y / ola velocidad debe ser aumentada, si la

velocidad slo se incrementa, todo el ejercicioes acadmica como la velocidad delmbolo estar de regreso hasta el valor original.Sin embargo, el dimetro solo o

tanto el dimetro y la velocidad se incrementa, elresultado neto puede ser una

velocidad del pistn inferior.


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3.1.1.5 Temperatura de Descarga

Mientras el cabezal no es normalmente un valor particularmente importante en la

seleccin de un compresor reciprocante, se utiliza para la comparacin con otro

tipo de compresores, la ecuacin 1.7 la ecuacin para cabezal adiabtico es

definida por:

(1.7)

La temperatura de descarga calculado reescribiendo se obtiene la siguiente

ecuacin:

(1.8)

T1 = Temperatura Absoluta de Admisin

T2 = Temperatura Absoluta de Descarga

3.1.1.6 Potencia

La potencia por etapas puede ser calculada multiplicando el cabezal adiabtico,

por el peso del flujo, por la etapa.

(1.9)

Luego,

(1.10)

Sustituyendo (P1Q1) en (wRT) ecuacin en la 1.10


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Work (1.11)

Para ayudar al ingeniero en la realizacin de estimaciones, la curva de la Figura 4

da los valores de eficiencia vs relaciones de presin. Los valores sobre la curva

incluyen una eficiencia del 95% mecnica y una velocidad de vlvula 3.000 pies

por minuto. Tabla 1 y Tabla 2 se incluyen para permitir una correccin que debe

hacerse a la potencia del compresor de la gravedad especfica y la baja presin en

la admisin. Estos se incluyen para ayudar ilustrar la influencia de sus factores

para la potencia requerida. La aplicacin de estos factores, para evaluar la

eficiencia es arbitraria. Mientras que se reconoce que la eficiencia no es

necesariamente el elemento afectado, el propsito es para modificar la potenciarequerida por los criterios en la tabla.

La correccin de la eficiencia se logra esto. Estas correcciones son significativas

para ratas de presin bajas.

Tabla 1Eficiencia Multiplicadora de la Gravedad Especfica

SGrp 1.5 1.3 1,0 0,8 0,62 0.99 1 1,0 1.0 1.01

1.75 0.97 0.99 1,0 1.01 1.021.5 0.94 0.97 1,0 1.02 1.04

Fuente: Modificado por cortesa de gas procesador de asociacin de proveedores,

1987


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Tabla 2Eficiencia Multiplicadora para baja presin

Fuente: Modificado por cortesa de gas procesador de asociacin e Ingersoll

Rand,19

FIGURA 4. Eficiencia del Compresor Reciprocante con una velocidad de la vlvula3000fpm.

Fuente:Compressor Selection and Sizing .Roice. N. Brown segundaedicin,1987


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FIGURA 5Componentes del Compresor Reciprocante

Fuente: Compresores: seleccin, uso y mantenimiento, Green, Richard W, edicin1999


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3.1.2 Componentes del Compresor Reciprocante

Los componentes del compresor Figura 5 son:

Pistn

Barra

Cilindro

Vlvulas del cilindro

Empaquetadura

3.1.2.1 Pistn

El pistn especificado por tamao, dimetro y carrera, est hecho de hierro

fundido, aluminio o acero forjado, segn el tamao y la presin de operacin. El

diseo y material del pistn variar considerablemente con la clase de compresor.

Por lo general, la fundicin de hierro se utiliza para construccin de pistones de

poco dimetro y bajas velocidades, mientras que el aluminio se utiliza para

pistones de dimetro grande y de alta velocidad.

Puede ser lubricado con aceite, o auto lubricado sin aceite. Tiene ranuras las

cuales contienen los anillos que sellan la presin entre los dos extremos del

pistn. Los anillos hechos en hierro fundido, bronce, tefln, carbn, o una

variedad de material plstico; pueden ser de una pieza, o en 2 o 3 segmentos.

Un resorte de expansin a veces se instala detrs o debajo del anillo para

empujarlo contra la pared del cilindro. El tipo de anillo depende del tipo de gas y sucaracterstica de corrosin, y de la diferencia de presin entre los dos lados del

pistn.


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pistn. Una barra grande, disminuye la cantidad de gas que puede manejar el

compresor.

3.1.2.3 Biela

La biela (Figura 7) es el puente de enlace del pistn con el cigeal. Est ajustada

a la cruceta mediante un pasador, y las caras internas estn hechas de material

especial, resistente,

FIGURA 7Biela

Fuente: Diego Barajas Gabriel Ardila 2012

3.1.2.4 Cruceta


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Todos estos elementos, cruceta y biela (Figura 8), estn bajo guarda, en el crter

o bastidor. Este ltimo, puede ser de montaje propio, independiente al marco del

compresor, o por el contrario, integrado. El tamao del bastidor depende de la

mquina, del nmero de cilindros de fuerza y potencia.

FIGURA 8Cruceta

Fuente: http://www.machining-center.com/products/Crossheads,2012

3.1.2.5 Cilindro

El cilindro Figura 9, es fabricado de hierro fundido si opera a presin inferior a

1000 libras por pulgada cuadrada; y de acero en mquinas de alta presin. El

cilindro opera a la presin determinada por la etapa de compresin en la cual

presta servicio. Por lo general una camisa se inserta en el cilindro, especialmente

si el gas es corrosivo. La camisa puede ser reemplazada si llega a corroerse o

desgastarse, evitando reemplazar el cilindro completo. El cilindro lleva pasos o

canales (chaqueta o camisa externa), para circulacin de agua de enfriamiento.


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FIGURA 9Cilindro

Fuente:Compressor Selection and Sizing .Roice. N. Brown segundaedicin, 1987

3.1.2.6 Vlvula

Las vlvulas del cilindro compresor son de tipo cheque o retencin. El gas fluye en

una direccin a travs de la vlvula. La vlvula de succin abre durante la carrera

de admisin, cuando la presin del interior del cilindro es menor que la presin en

la lnea de succin. Al iniciar el pistn, su carrera de compresin, la presin interna

del cilindro excede la presin de la lnea de succin, cerrando la vlvula de

succin. Cuando la presin excede la presin de la lnea de descarga, la vlvula

de descargue abre. Las vlvulas de succin y descarga usualmente son del mismo

tipo, y pueden servir, en algunos equipos, en cualquier lado del cilindro: admisin


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3.1.2.7 Packing

La empaquetadura va montada en la barra, en el lado de frente al bastidor. Sirve

para sellar la presin dentro del cilindro respecto a la presin externa o

atmosfrica. Est contenida en la caja de empaques o prensa estopas. La caja

contiene divisiones que sirven de contencin a los empaques o anillos

segmentados. El material de empaquetadura es de la misma clase usada en los

anillos del pistn: hierro fundido, bronce, tefln, carbn o plstico.

El nmero de anillos depende de la diferencia de presin entre el lado interno del

cilindro y la presin externa; ms anillos son necesarios en los cilindros de alta

presin.

La empaquetadura roza contra la barra del pistn, creando friccin y calor. Aceite

lubricante es forzado en la empaquetadura para amortiguar esta friccin.

FIGURA 11Packing

Fuente:Compressor Selection and Sizing .Roice. N. Brown segunda edicin,1987


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3.2.1.4 Escape

Por ltimo la lnea gris clara representa el tiempo de escape. El pistn, que se

encuentra ahora de nuevo en el PMI despus de ocurrido el tiempo de expansin,comienza a subir. El rbol de leva, que se mantiene girando sincrnicamente con

el cigeal, abre en ese momento la vlvula de escape y los gases acumulados

dentro del cilindro, producidos por la inflamacin del combustible, son arrastrados

por el movimiento hacia arriba del pistn, atraviesan la vlvula de escape y salen

hacia la atmsfera por un tubo conectado al mltiple de escape.

3.2.2 Partes Fundamentales de un Motor a Gas

Desde el punto de vista estructural, el cuerpo de un motor de explosin o degasolina se compone de tres secciones principales Figura 13:

Culata

Bloque

Crter

3.2.2.1 La Culata

La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos

motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su funcin es sellar la

parte superior de los cilindros para evitar prdidas de compresin y salida

inapropiada de los gases de escape.

En la culata se encuentran situadas las vlvulas de admisin y de escape, as

como las bujas. Posee, adems, dos conductos internos: uno conectado al

mltiple de admisin (para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en la

cmara de combustin del cilindro) y otro conectado al mltiple de escape (para


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permitir que los gases producidos por la combustin sean expulsados al medio

ambiente). Posee, adems, otros conductos que permiten la circulacin de agua

para su refresco.

La culata est firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para

garantizar un sello hermtico con el bloque, se coloca entre ambas piezas

o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las

altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.

3.2.2.2 El Bloque

En el bloque estn ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son

barrenos o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los

pistones. Estos ltimos se consideran el corazn del motor.

La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, as como la

forma de su disposicin en el bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros,

aunque la mayora de los coches o automviles utilizan motores con bloques decuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos coches pequeos

que emplean slo tres.

El bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensin, de acuerdo

con la potencia que desarrolle.

3.2.2.3 Carter

El crter es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el

cigeal, los pistones, el rbol de levas y otros mecanismos mviles del motor.


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Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite extrae el

lubricante del crter y lo enva a los mecanismos que requieren lubricacin.

Existen tambin algunos tipos de motores que en lugar de una bomba de aceite

emplean el propio cigeal, sumergido parcialmente dentro del aceite del crter,

FIGURA 13secciones principales de un motor

Fuente: Diego Barajas Gabriel Ardila ,2012

3.3 MANTENIMIENTO PREDICTIVO

El CBM o Mantenimiento Basado en Condicin es una filosofa predictiva, que noes ms que el monitoreo de uno o varios parmetros de un activo fsico para

determinar su estado y determinar si est en un funcionamiento correcto, o si est

empezando a mostrar seales de una falla.
http://www.asifunciona.com/mecanica/af_motor_gasolina/af_motor_gasolina_2.htm


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Cuando los ordenadores llegaron a ser un instrumento ampliamente usado, se

tuvo la capacidad para recoger datos de vibracin de banda estrecha, o espectros

de vibracin. Un espectro de vibracin separa la vibracin recogida en pequeos

rangos de frecuencia.

Fue precisamente el matemtico francs Jean Baptiste Fourier (1768 1830)

quien encontr la forma de representar una seal compleja en el dominio del

tiempo por medio de series de curvas sinusoidales con valores de amplitud y

frecuencia especficos.

Entonces lo que hace un analizador de espectros que trabaja con la transformada

rpida de Fourier es capturar una seal desde una mquina, luego calcula todas

las series de seales sinusoidales que contiene la seal compleja y por ltimo las

muestra en forma individual en el eje X de la frecuencia. En la siguiente ilustracin

de tres dimensiones puede notarse claramente la seal compleja (en color verde),

capturada desde una mquina. A dicha seal se le calculan todas las series de

seales sinusoidales en el dominio del tiempo (vistas en azul) y por ltimo se

muestra cada una en el dominio de la frecuencia (vistas en rojo). La figura

siguiente muestra una seal en el dominio del tiempo y su correspondiente en el

dominio de la frecuencia.

FIGURA 14Seales en el Dominio del Tiempo y en el Dominio de la Frecuencia


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Fuente: Tutorial de Vibraciones para Mantenimiento Mecnico; A-Maq S.A,2007

3.3.3 Anlisis de Aceites

Los aceites en las mquinas cumplen adems de la funcin refrigerar las partes

esenciales, sirve de lubricacin evitando el contacto metal con metal. A pesar de

ello, en el lubricante se depositan cantidades nfimas de los metales que se

encuentran desgastndose en un proceso inevitable.

El aceite entendido como lubricante y utilizado para lubricar las partes mviles de

las mquinas se extrae del Petrleo mediante un proceso llamado Destilacin

Fraccionada. O lo que es lo mismo, mediante el proceso de refinacin del petrleo

en las refineras. La industria de la refinacin tiene como finalidad obtener del

petrleo la mayor cantidad posible de productos de calidad bien determinada, que

van desde los gases ligeros, como el propano y el butano, hasta las fracciones

ms pesadas, fuel-oil y asfaltos, pasando por otros productos intermedios como

las gasolinas, el gasoil y los aceites lubricantes.


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La variedad de los aceites lubricantes son proporcionales a la variedad de uso y

aplicaciones que tienen las mquinas en la industria. As por ejemplo se

encuentran aceites para Cajas de Engranes, para Motores de Combustin Interna,

para Sistemas Hidrulicos, etc. Todo ello depende de las propiedades fsicas yqumicas del aceite. De hecho, para aumentar las propiedades de un aceite se

aaden aditivos.

Los aditivos son elementos o compuestos qumicos que elevan la eficiencia de los

aceites ante el medio agreste donde trabajan, por lo que deben soportar altas

temperaturas, arrastrar consigo elementos contaminantes que pueden provocar

corrosin, servir como selladores o barrera de impedimento a la contaminacin,

por ejemplo, de agua. En resumen, se espera mucho de los aceites como aliados

en la tarea ingente de prolongar las partes mviles de las mquinas y la mquina

en s.2

4 SELECCIN DE COMPONENETES PARA DETERMINAR EL OVERHAUL


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4.1 Matriz Cualitativa

Se plantea una matriz de valoracin cualitativa donde se darn valores entre 1 y 2

para indicar el grado de implicacin del componente en un overhaul de acuerdo a

la duracin que acarrea su reemplazo; la decisin se tomar de acuerdo a la

siguiente tabla 3:

Tabla 3Valoracin para determinar el Overhaul

%Duracin parareemplazo de

componente

Valoracin Decisin

>50% 2 Ejecutar Overhaul


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CigealTurbocargadorCarter

Fuente: Diego Barajas Gabriel Ardila ,2012

La valoracin del motor se hace teniendo en cuenta que segn recomendacin del

fabricante CAT se sigue el siguiente listado de actividades que tiene una duracin

estimada de 26 das para el mantenimiento overhaul que ellos llaman INFRAME

(Tabla 5)

Tabla 5actividades INFRAME

ACTIVIDAD DURACIONMANTENIMIENTO OVERHAUL INFRAME CAT 3612 26 dasALISTAMIENTO 1 daToma de datos del equipo en operacin 12Recibir el motor operando 12Chequear aislamiento del motor 12Ubicacin Herramientas y areas de trabajo 12Drenar refrigerante del motor 1Drenar aceite del motor 4DESEMSAMBLE 7 das

Desmontar guardas 2Medir Alineamiento 2Desmontar respiraderos 3Desmontar lneas de instrumentacin del motor 6Desmontar tapas de vlvulas 4Desmontar manifolds y lneas de gas y agua 2Desmontar filtro de combustible 2Desmontar base de tapa de vlvulas 3Desmontar varilla impulsadora vlvula admisin gas. 3Desmontar tren de balancines y evaluarlos 4

Desmontar precmaras de combustin 2Desmontar cuerpo precmaras 1Desmontar bujas 2Desmontar el mdulo de ignicin 6Desmontar recubrimientos 4Desmontar mltiple de escape 3Desmontar bypass gases escape 4


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ACTIVIDAD DURACIONDesmontar lubricador, vlvula y silenciador de aire 4Desmontar motor de arranque y tuberas accesorios 4Desmontar tapas de tren de impulsadores 4

Desmontar culatas 4Desmontar tren de impulsadores 4Desmontar tapas motor y guardas damper 6Desmontar esprragos de culatas (de requerirse) 5Desmontar bomba de aceite 2Desmontar acumulador y filtro de aceite 4Desmontar bomba de prelubricacin 4Desmontar bombas de agua 4Soltar las tapas de biela 3Desmontar enfriador de aceite 2

Desmontar / instalar turbocargadores 4Desmontar choke admisin aire 3Desmontar aftercooler y accesorios 6Desmontar oilcooler y accesorios 5Desmontar placas espaciadoras 8Desacoplar motor (de requerirse) 0Desmontar reguladores temperatura aceite 4Desmontar precleaner aire 2Soltar y remover dmper 4Desmontar regulador de presin de gas 2Remover sellos del cigeal 10Desmontar conjuntos biela pistn y cilintro de potencia.Verificar estado del bloque de mnimo dos cilindros delmotor. 11Inspeccionar / reemplazar camisas de cilindros 5Remover casquetes de biela 2Remover segmentos ejes de levas 6Remover mdulo sensor presin aire combustible 1Remover cableados, sensores,CIS, buffer, juntion box,arns 8EVALUACION TECNICA DE COMPONENTES 2,5 das

Limpieza bloque y carter 4Limpieza de lneas del motor de arranque y vasolubricador 3Medicin y evaluacin de componentes 12Cambio de precamaras 4Evaluacin esprragos culata 6Cambiar tubbing, y dems accesorios 4


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ACTIVIDAD DURACIONInspecion/Limpieza/Purga/Ajuste del sistema hidrulico 4Inspeccionar caja de distribucin 2Inspeccin/Cambio de los sensores de la unidad 8

REPARACIONES Y CAMBIO DE COMPONENTES 3,5 dasReparar/reemplazar damper 6Reparar/reemplazar bomba prelubricacin 4Reparar/reemplazar motor arranque 7Reparar/reemplazar caja de termostatos aceite 3Reparar/reemplazar caja de termostato agua 5Reparar/reemplazar Bypass gases escape 5Reparar/reemplazar bomba hidrulica (actuadorHYDRAX) 4Reparar/reemplazar Choke admisin aire 4

Reparar/reemplazar regulador de presin de gas 4Reparar/reemplazar vlvula de admision / corte de gas 4Reparar/reemplazar / cambiar wastegate 6.5Reparar/reemplazar bombas de agua 8Reparar/reemplazar bomba de aceite 6Mantenimiento aftercoolers 4Mantenimiento OilCoolers 5Cambiar actuador gas combustible 2Cambio casquetes de biela 8Cambio bujes arboles de levas 10Cambio de casquetera de biela 9Montar arboles de levas 10Cambiar actuador Bypass gases escape 3.7Reconstruccin y calibracin del varillaje de losactuadores 12Cambiar extensiones de bujias y bujas 4Cambiar Neddlevalves 3Cambiar transformadores 5Cambiar filtros de aire, aceite, gas combustible,hidrulico, 2.3Cambiar vlvulas cheque de las precamaras 4

ARMADO MOTOR 7,42 dasInstalar cajas de filtros de aceite 4Instalar caja de termostatos de agua y aceite 4Instalar tapas bloque superior, laterales y refrigeracin 3Instalar esprragos culatas 3Montar aftercooler 8Instalar oilcooler 6


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ACTIVIDAD DURACIONInstalar sellos de cigeal 8Montar volante y dmper 10Montar camisas


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ACTIVIDAD DURACIONMontar tapas de culatas, tapas y accesorios en general 3Montar guardas de acople 1Comprobar alineacin con Optalign en frio y caliente 2

Tomar deflexin de cigeal y pruebas de compresin 2Medir juego axial 2Verificacin y pruebas de simulacin de seales delsistema de control 4Realizar limpieza a la unidad 4ARRANQUE Y PRUEBAS MOTOR 3 das

Arranque motor 6Pruebas motor de acuerdo al protocolo del fabricante 12

Fuente: Diego Barajas Gabriel Ardila, 2012

Teniendo en cuenta el anterior listado de actividades se genera la siguiente tabla

de componentes que requieren cambio en el Overhaul con su correspondiente

duracin (Tabla 6):

Tabla 4Actividades de Overhaul

SISTEMA COMPONENTE EVALUACIONDURACION

(horas)

%DURACION

Cigeal Cigeal 2 150 94%

Bloquecilindro

Camisas 2 120 75%

Cigeal Biela 2 120 63%

Bloquecilindro Anillos de pistn 2 100 63%

Bloquecilindro

Pin pistn 2 100 63%


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SISTEMA COMPONENTE EVALUACION

DURACION(horas)

%DURACION

Auxiliarrefrigeracin Bomba 1 4 2%

Auxiliarrefrigeracin

Termostato 1 4 2%

Combustible Shut-off Valve 1 4 2%

ignicin Mdulo deignicin

1 4 2%

Lubricacin Bomba 1 4 2%Lubricacin Bomba

prelubricacin1 4 2%

Lubricacin PumpReleifValve 1 4 2%

Lubricacin Sellos 1 4 2%

Lubricacin Tubera 1 4 2%

Lubricacin Termostato 1 4 2%

Principalrefrigeracin

Bomba 1 4 2%

Combustible Medidor lquido 1 2 1%

Combustible Regulador 1 2 1%

Principalrefrigeracin

Sellos yempaque

1 2 1%


Seals/Gaskets 1 1 0%

Combustible Filtro 1 1 0%

Sistema de Motor de 1 1 0%


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SISTEMA COMPONENTE EVALUACION

DURACION(horas)

%DURACION

arranque arranqueSistema dearranque

Lubricador 1 1 0%


Medidor bajapresin

1 0,5 0%


Medidor altapresin

1 0,5 0%

Auxiliarrefrigeracin Medidor de bajonivel 1 0,5 0%


Medidortemperatura alto

1 0,5 0%


Medidortemperatura bajo

1 0,5 0%

Combustible Medidor detemperatura

1 0,5 0%

Combustible Analizadorcombustible

1 0,5 0%

Combustible Filtro de aire 1 0,5 0%

Combustible Medidor depresin

1 0,5 0%

Lubricacin Medidor presinaceite

1 0,5 0%

Lubricacin Medidor nivel deaceite

1 0,5 0%

Lubricacin Medidortemperatura

1 0,5 0%


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Fuente:Maintenance Excellence, John D. Campbell, Andrew K.S Jardine, 2001

New York. Marcel Dekker, Inc

Por lo que a las 47000 hrs de operacin se puede deducir si segn sus

tendencias de desgaste y variables tcnicas se debe programar su reemplazo.

Este planteamiento tambin se soporta en la siguiente recomendacin extrada del

manual de operacin y mantenimiento de Caterpillar, donde recomienda el cambio

de culatas cuando se haya superado cierto valor de la medida de la proyeccin delos vstagos de las vlvulas de la culata.( Figura 16)

FIGURA 16Recomendacin de Fabricante


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proyeccin de los vstagos de vlvula se aproxima al lmite mximo. Realice elreacondicionamiento del extremo superior cuando la proyeccin de los vstagosde vlvula haya aumentado un total de 2.3mm (0.09pulg). No permita que la

recesin de las vlvulas sobrepase este lmite . La cabeza de la vlvula sepuede romper. Esto causar daos severos en la cmara de combustin y el

Fuente: Manual De Operacin y Mantenimiento de Caterpillar 3612.1988

Se plantea 47000 hrs teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

El motor se ha pre-lubricado y post-lubricado correctamente

Ha operado dentro de los porcentajes de carga permitidos por el fabricante

El combustible usado es gas natural seco

Se le han realizado los mantenimientos rutinarios recomendados por el

fabricante

Estas recomendaciones son soportadas en los diferentes catlogos del equipo talcomo se muestra a continuacin, donde se muestra el impacto en los costos al

usar diferentes especificaciones de gas combustible (Figura 17)

FIGURA 17Costo de Mantenimiento con respecto al Gas


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Fuente: BU6127-07 Maintenance Management Schedule,1988

Para la evaluacin de los componentes se llevara a cabo a travs de la

metodologa descrita en el siguiente diagrama de flujo (Figura 18):


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FIGURA 18Diagrama de Flujo

DETERMINACION DE LAEJECUCION DE

OVERHAUL INFRAME EN CAT3612

REQUIERE

CAMBIO ALGUNCOMPONENTE

DOMINANTE

EVALUACION TECNICA DE LOSCOMPONENTES RECOMENDADOS

PARA CAMBIO

EJECUTE EL INFRAMEOVERHAUL

SI

EN 50000HRS DEOPERACIN EJECUTE

RUTINA DE 10000 HRS YLLEVE TENDENCIAS

NO


Variables que se medirn a los componentes dominantes para la toma de decisin

de la ejecucin del trabajo Overhaul y sus rangos


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4.2 Componentes Seleccionados para Motor

4.2.1 Cigeal

4.2.1.1 Vibraciones

Indicacin de desgaste de alarma de 10 a 12 G en valor global el rms.El anlisis

de vibraciones en FFT tanto para motores, no se poseen valores referenciales

comunes para ninguna unidad motriz, por lo que en ocasiones el diagnstico se

centra en tendencias y/o en valores genricos de alarma; Al tener valores

promedios de operacin de un equipo, se podr conocer de manera general la

condicin real de cada componente (en este caso las bancadas), permitiendo

enfocar los diagnsticos a componentes especficos con vibraciones por encima

de los lmites promedios considerados como normales.

En la figura siguiente, se puede observar un ejemplo para la representacin a

travs de una lnea azul de los niveles de vibracin (Figura 19).

FIGURA19Cojinetes de bancada en aceleracin

Fuente : informe de vibraciones de BAF Ltda, Agosto 3 de 2011


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4.2.1.2 Anlisis de Aceite

Hierro, cobre, aluminio, estao: tendencias del desgaste (velocidad de produccin

de partculas ppm/hrsoper), indicacin de desgaste se da por las ratas de cambio.

Un increment de que supere el sustancialmente el promedio de los metales en el

aceite indica inmediatamente que las otras tcnicas deben ser revisadas en detalle

para tomar una decisin integral. (Figura 20)

FIGURA 20Tendencia del Aceite



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4.2.2 Camisas

El desgaste presentado en las camisas, se evidencia por mostrar ruidos en

identificables en vibracin de baja frecuencia, que se presentan principalmente en90, 270, 450 y 640, es decir cuando el pistn est pasando por la mitad de la

camisa. La siguiente grfica muestra problemas de camisas.

FIGURA 21Problemas Asociado a Camisas en Grfico de Vibracin

Fuente: Tesis Implantacin del sistema de mantenimiento basado en la condicin

aplicado a equipos reciprocantes de las instalaciones de REPSOL-YPF del bloque

16. Ao 2007

Inspeccin con videoscopio: a travs de este mtodo es posible conocer si hay

pulido de las paredes de las camisa, araazos o depsitos.


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4.2.2.1 Anlisis de aceites

Hierro: tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas

ppm/hrsoper), indicacin de desgaste se da por las ratas de cambioIndice PQ indica la severidad del desgaste porque permite conocer la presencia de

partculas magneticas de gran tamao tiene medida condenatoria cuando >20

Cromo: tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas

ppm/hrsoper), indicacin de desgaste se da por las ratas de cambio

Nitracin: Valor normal 2-4 ab/cm permisible hasta 20 condenable mayor a 20

4.2.3 Biela

4.2.3.1 Cargas Sobre La Biela

Para el caso del gas este nunca invierte la carga, pues siempre se encuentra

comprimiendo a la biela, mientras que las fuerzas inerciales necesariamente

deben invertir su carga dos veces, ya que es un motor donde los pistones realizan

dos giros por ciclo. (Fuente: Tesis Implantacin del sistema de mantenimiento

basado en la condicin aplicado a equipos reciprocantes de las instalaciones deREPSOL-YPF del bloque 16. Ao 2007)


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Cromo: tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas

ppm/hrsoper), indicacin se da por las ratas de cambio.

Nitracin.

Valor normal 2-4 ab/cm permisible hasta 20 condenable mayor a 20.

4.2.3.3 FUGA DE COMPRESIN (BLOW BY)

630 hasta antes de la salida de los gases de escape, debido a que en esta zona,

el cilindro est en carrera de compresin y seguidamente en carrera de potencia,

por lo que las elevadas presiones pueden hacer que cierta cantidad de gasesescapen por los anillos hacia el crter (figura 23)

FIGURA 23Representa la Evidencia de Pase de Gases al Crter



16. Ao 2007


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4.2.4 Pin Pistn

Para la evaluacin del pin del pistn se revisa el defecto Wrist pin que es el juego

del pin del pistn al buje de biela que se da cerca al punto muerto superior (TDC)

FIGURA 24Grfica Wrist Pin

Fuente : GMRC 2003 GAS MACHINERY CONFERENCE SHORT COURSE:

BASIC ENGINE & COMPRESSOR ANALYSIS TECHNIQUES. CURSO

DYNALCO

4.2.4.1 Anlisis de aceite

Hierro: Se analiza tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas



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Cobre: Se analiza tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas


Estao: Se analiza tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculasppm/hrsoper), indicacin se da por las ratas de cambio.

4.2.5 Pistn

4.2.5.1 Anlisis de Aceite

Hierro: Se analiza tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas


Cobre: Se analiza tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas


Estao: Se analiza tendencias del desgaste (velocidad de produccin de partculas


4.2.5.2 Pistn SLAP

A travs de este anlisis se puede determinar si la falda del pistn le est pegando

a la camisa, se manifiesta 45 grados despus del punto muerto superior.


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FIGURA 25Representacin del fenmeno en vibracin sin filtro de frecuencia.



16. Ao 2007

FIGURA 26Representacin del fenmeno en ultrasonido

Fuente: Equipos reciprocantes de las instalaciones de REPSOL-YPF del bloque

16. Ao 2007


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4.2.6 Culata

4.2.6.1 Medida de recesin

Esta es la medida con la cual el fabricante recomienda que es determinante el

cambio de culatas, la cual indica cuanto se han desgastado las vlvulas y los

asientos, esta medicin se lleva a cabo cada 2000 y una vez a superado el 90%

de su lmite mximo deber tomarse cada 500 horas segn recomendaciones de

fabricante. La medida mxima de recesin 0.09 pulgadas y una vez haya

superado este valor se debe realizar el cambio o reparacin de las culatas para

evitar fallas catastrficas de vlvulas

FIGURA 27Montaje Representativo de Vlvula

Fuente : GMRC 2003 GAS MACHINERY CONFERENCE SHORT COURSE:

BASIC ENGINE & COMPRESSOR ANALYSIS TECHNIQUES. DYNALCO

CONTROLS


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4.2.6.2 Inspeccin con videoscopio

A travs de este mtodo es posible conocer el desgaste de las vlvulas as como

conocer si estas tienen algn tipo de depsitos en los asientos o en las caras

4.3 Componentes Seleccionados para Compresor

4.3.1 Matriz Cualitativa

Se plantea una matriz de valoracin cualitativa donde se darn valores entre 1 y 2

para indicar el grado de implicacin del componente en un overhaul de acuerdo a

la duracin que acarrea su reemplazo; la decisin se tomar de acuerdo a la

siguiente tabla

Tabla 8Valoracin para determinar el Overhaul

%Duracin para

reemplazo decomponente Valoracin Decisin

>50% 2 Ejecutar Overhaul


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Tabla 9Componentes a Diagnosticar

Cilindro

Lubricacin

forzada CigealPistn Bomba

Anillo depistn Tubing

Casquetebancada

Barra OilSupply BielaVlvulas desuccin DNFT

Casquete debiela

Vlvulas dedescarta

Bloque dedistribucin Cadena

Rascadoresde

Aceite EngranajesPackingCruceta Buje de biela

Fuente: Diego Barajas Gabriela Ardila 2012

A continuacin se muestra el listado de actividades a desarrollar de acuerdo a la

recomendacin de fabricante

Tabla 10listado de actividades COMPRESOR ARIEL JGC4

MANTENIMIENTO OVERHAUL ACOMPRESOR ARIEL JGC4 7 das

Aislamiento de la unidad 1 horaToma metrologa antes del OVH 0,75 dasMetrologa a casqueteria de biela y bancada 4 horasToma de Juego axial del cigeal y metrologa

a cadena de bomba 2 horasCambio de componentes de acuerdo ametrologa 4 horasDesmontaje de conjuntos conjunto piston-barra,cruceta,VVS compresoras 2 das

Desmontaje cruceta, pistn-barra y bolsillos CIL 4 horas


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MANTENIMIENTO OVERHAUL ACOMPRESOR ARIEL JGC4 7 das1Desmontaje cruceta, pistn-barra y bolsillos CIL

2 4 horasDesmontaje cruceta, pistn-barra y bolsillos CIL3 4 horasDesmontaje cruceta, pistn-barra y bolsillos CIL4 4 horasDesmontaje de botellas de succin 4 horasDesmontaje Cilindro 1 6 horasDesmontaje Cilindro 2 6 horasDesmontaje Cilindro 3 6 dasDesmontaje Cilindro 4 6 horasCambio de cruceta 1 2,5 horas

Cambio de cruceta 2 2,5 horasCambio de cruceta 3 2,5 horasCambio de cruceta 4 2,5 horasMontaje Cilindro 1 10 horasMontaje Cilindro 2 10 horasMontaje Cilindro 3 10 horasMontaje Cilindro 4 10 horasMontaje de botellas de succin 4 horasMontaje de pistones, barras, pocket y Packings 1y 2 5 horas

Montaje de pistones, barras, pocket, Packings 3y 4 5 horasAjustar claros de pistn 1 y 2 4 horasAjustar claros de pistn 3 y 4 4 horasToma metrologa despus OVH 0,63 dasTomar juego axial y radial de casquete biela 1 horaToma de juego axial y radial de cigeal 1 horaToma rodrunout y tolerancia de cruceta 3 horasMontaje de Vlvulas compresoras Cil 1 y 2 2 horasMontaje de Vlvulas compresoras Cil 3 y 4 2 horasCambios de componentes sistemas delubricacin forzada 8 horas

Acoplar mquina 4 horas

Prelubricacin de la mquina0,25horas

Verificacin funcionamiento de sistemalubricacin forzada

0,25horas


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MANTENIMIENTO OVERHAUL ACOMPRESOR ARIEL JGC4 7 das

Verificacin hermeticidad y presurizacin0,25horas

Pruebas en vacio con equipo impulsado 0,5 horasPruebas con carga 8 horas


Al realizar el estudio de tiempos del trabajo Overhaul para el compresor se tienen

que los componentes dominantes para la decisin de la ejecucin del servicio son

que en la siguiente tabla tienen:

Tabla 11 Actividad para ejecucin de Overhaul

Actividad Duracin % Duracin EvaluacinOverhaulCompresor

7 das 100% 2

Casquetes debancada

Casquete de bielaBujes de bielaCigeal

5 das 71% 2

Cilindros 5 das 71% 2CrucetaPistnanillosBarrapacking

2.5 das 36% 1

BombaTubingOilSupplyDNFTBloque dedistribucin

2 das 28% 1



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4.4 Componentes Seleccionados para Motor

4.4.1 Casquete de Bancada, Biela y Cigeal

4.4.1.1 Aceite

Hierro, cobre, aluminio, estao : se analiza por tendencias del desgaste (velocidad

de produccin de partculas ppm/hrsoper), la recomendacin se da por las ratas

de cambio

Cdigo ISO : conteo de partculas en el aceite y se divide en tres tamaos >4

mic>6micr >15 mic. Se considera aceptable un resultado 17/15/12 se condena en

19/17/14 y se debe realizar un anlisis ms detallado. Si el cdigo ISO supera los

valores no aceptables y hay aumento de la cantidad de los otros metales hay

indicacin de desgaste de componentes.

4.4.1.2 Bancadas

Se evidencian por sus valores overall y por el nmero de picos a la velocidad de

rotacin 1x, 2x, 3x, 4x, 5x, hasta 20x

Hasta un valor de 10G en aceleracin es permitido en vibracin para las bancadas


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FIGURA29Anlisis de vibraciones de Bielas

Fuente: INTRODUCCIN AL ANLISIS DE CONDICION Mtto Predictivo basado

en el sistema Windrock 6310 PA. IngUrquiola Juan C.

4.4.1.4 Cilindros

La causa de falla ms dominante es rayadura de los cilindros y/o desgaste.

Los desgastes en anillos y/o camisa, generalmente se observan como 2 ruidos

simtricos durante los 360 grados.


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FIGURA30Ruidos indicadores de Problemas en Cilindros

Fuente: INTRODUCCIN AL ANLISIS DE CONDICION Mtto Predictivo basadoen el sistema Windrock 6310 PA. IngUrquiola Juan C,2007


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5 PROCEDIMIENTOS

5.1 PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE COMPRESIN EN CILINDROSMOTRICES

1. Retire las bujas de las culatas.

2. Prelubrique el motor y hgalo girar, para retirar partculas que puedan obstruir la

lnea del compresmetro.

3. Instale el grupo de herramientas para toma de compresin, motores G-3612

CAT, en cada una de las culatas. Para proteger los componentes del motor,

prelubricar nuevamente, antes de hacerlo girar.4. Gire el motor y tome registro de la compresin en cada cilindro, verifique con las

especificaciones del fabricante. Repita este procedimiento en cada cilindro.

5. Especificaciones de compresin motor G-3612 CAT (210-220 PSI).

6. Retire la herramienta de toma de compresin.

7. Registre la toma de compresin en cada mantenimiento.

5.2 PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE PROYECCIN EN VLVULASMOTRICES

1. Prelubrique el motor y pngalo en tiempo de compresin. (Tiempo del pistn N

1).

2. Retire las tapas de los balancines y compruebe lo mencionado en el paso 1, en

el cilindro N 1.

3. Para la instalacin correcta de la herramienta de proyecciones de vlvulas,

retire el lubricante del sistema de balancines.4. Verifique en la tabla de calibracin de vlvulas motrices, cuales vlvulas se

encuentran libres en el tiempo de compresin.

5. Instale el grupo de herramientas proyeccin de vlvulas motrices para motores

G-3612 CAT.


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6. Identifique las vlvulas de admisin y escape, de las cuales encontrar dos por

cada efecto en cada culata, por consiguiente, se deben definir las vlvulas de

admisin as: vlvula al lado del impulsor y vlvula al lado del mltiple. Hacer el

mismo procedimiento para las vlvulas de escape.7. Una vez realizado el paso 6, tome registro de la proyeccin y compare con las

especificaciones del fabricante. El resultado de la medicin dar positivo (+) o

negativo (-), segn el desgaste de la vlvula.

8.

debe cambiar la culata.

9. Prelubrique el motor nuevamente y grelo 360, hasta llevarlo al tiempo de

escape.10. Repita el procedimiento anterior para la toma de proyecciones en el tiempo de

escape.

11. Registre la toma de proyecciones en cada mantenimiento.

5.3 PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICIN DEL ESCAPE DE GASES DECOMBUSTIN AL CRTER

1. Mida el escape de gases al crter en un motor nuevo. Anote el dato.

2. Contine midiendo peridicamente el escape de gases al crter. Si se

comparan los datos registrados con los datos nuevos, se obtiene informacin

sobre la condicin del motor.

El escape de gases del crter es uno de los factores que ayuda a determinar el

intervalo para un reacondicionamiento general en el bastidor.

Despus de que un motor nuevo se ha usado durante un corto periodo de tiempo,

el escape de gases al Carter puede disminuir a medida que se asientan los anillos

de pistn. El escape de gases al Crter aumentar gradualmente a medida que los

siguientes componentes muestran desgaste:


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Anillos de pistn: un problema con los anillos, hace que el aceite se deteriore

rpidamente. La condicin de los anillo de pistn se puede conocer con la

medicin del escape de gases al crter y de los resultados del anlisis de

aceite. Un aumento repentino en escape de gases al crter puede indicar unanillo de pistn roto.

Camisas de los cilindros.

Guas desgastadas de vlvulas

Fuga en un sello de turbocompresor

Anillos de pistn asentados incorrectamente (en un motor reconstruido)

3. Use las siguientes herramientas para medir el escape:

Indicador de escape de gases/flujo de aire 8T-2700

Grupo de detector de escape de gases en motores grandes 1U-8860

4.Anote el escape de gases al crter medido para el motor.

5.Mantenga un registro de los resultados

5.4 PROCEDIMIENTO PARA MEDIR LA PRESIN DE LOS CILINDROS

1. Mida la presin de los cilindros de los motores nuevos. Anote los datos.

2. Contine midiendo peridicamente la presin de los cilindros. Comparando losdatos registrados anteriormente con los datos nuevos, se obtiene informacinsobre la condicin del motor.

3. La presin del cilindro en uno de los factores que ayuda a determinar elintervalo de reacondicionamiento general en el bastidor. La presin del cilindrose puede medir durante la inspeccin de las bujas de encendido.

4. Use las siguientes pautas para verificar la presin de los cilindros:


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Quite todas las bujas de encendido.

Minimice el tiempo de giro del motor, esto le permitir una velocidad mximauniforme de giro del motor para la comprobacin. Adems se conservarn el

aire de arranque o la energa de la batera.

5. Una prdida de presin de cilindro o un cambio de presin en uno o mscilindros, puede indicar las siguientes condiciones. Estas condiciones puedenindicar un problema de lubricacin:

Depsitos excesivos

Acanalado de vlvulas

Una vlvula rota

Un anillo de pistn atascado

Un anillo de pistn roto

Anillos de pistn desgastados

Camisas de cilindros desgastadas

Si la presin de cilindro ha subido en una o ms relaciones de compresin, elmotor necesita un reacondicionamiento del extremo superior para quitar los

depsitos. Si no se quitan los depsitos aumentar la posibilidad de detonacin.Ocurrir un acanalado severo de las vlvulas.

6. Para medir la presin del cilindro, use la instruccin especial GMG00694

el Adaptador de presin de cilindros 146-2739.

7. Anote la presin de cada cilindro.

La siguiente figura muestra las presiones de cilindro tpicas para motores condiferentes relaciones de compresin.


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FIGURA 31Presiones de cilindro tpicas para motores con diferentes relaciones decompresin

Fuente: Manual de especificaciones tcnicas Caterpillar 3600

5.5 PROCEDIMIENTO PARA INSPECCIONAR CILINDROS

1. Use un videoscopio para inspeccionar los cilindros. La inspeccin proporcionar

informacin sobre la condicin interna del motor. Se recomienda un videoscopiocon una lente que se pueda girar, el cual, proporciona una vista clara de la

cmara de combustin y de la plataforma inferior de la culata.


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2. Introduzca el videoscopio a travs de las aberturas para los sensores de la

combustin.

3. Use el videoscopio para ver si hay alguna de las siguientes condiciones:

Desgaste de las vlvulas

Depsitos en los asientos de vlvula

Depsitos en las caras de vlvula

Pulido de las paredes de los cilindros

Araazos en las paredes de los cilindros

Depsitos en las paredes de los cilindros por encima del lmite superior de la

carrera del pistn.

4. Inspeccione si hay depsitos excesivos en los asientos de vlvula o en las

caras de vlvula. Si se encuentran depsitos excesivos, reemplace la vlvula y

el asiento de vlvula.

5.6 PROCEDIMIENTO PARA MEDICIN DE DEFLEXIN

1. Quitar la puerta de acceso lateral (s) en los puntos 1, 3, 6, 9 y 11 de las

bancadas.

2. Instalar un indicador de deflexin del dial del cigeal como un Staurett # 696 o

su equivalente a travs de los contrapesos. En motores en lnea slo hay un

contrapeso y un 1-8 THD perno X 6 pulgadas debe estar instalado en el eje

motor para soportar el extremo libre del indicador de esfera.

3. El motor (y el equipo accionado) debe ser prelubricado.


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4. Colocar en cero el indicador en la parte superior de la carrera.

5. Girar el motor y parar en los 90, puesto que la varilla impide la rotacin

completa del cigeal cuando la herramienta est instalada. La direccin de

rotacin debe ser invertida para volver a la posicin inicial de partida.

6. Dejar registrada la rotacin en los 90 y sealar de nuevo en la direccin de

retorno. Utilice la siguiente figura ( Figura 32) para registrar los datos:

FIGURA32Valores de Deflexin.

Fuente: Manual de Mantenimiento Motor Caterpillar 3612, 1988

Si elcomienzo y el final en la posicin 1:00son superiores a 0,0005 pulgadas, los

valoresde deflexindebern repetirse.Para determinar sila desviacinest dentro

de especificaciones use la siguiente Figura (Figura 33):

FIGURA33Evaluacin de Deflexin

Fuente: Manual de Mantenimiento Motor Caterpillar 3612, 1988


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5.7 PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICIN DE PRESIN, VIBRACIONES,ULTRASONIDO Y TEMPERATURA EN COMPRESORES

5.7.1 CODIFICADOR

El codificador es el primer dispositivo que se instala, y registra el nmero de

vueltas que da el cigeal por unidad de tiempo.

Para los equipos de marca ARIEL, los codificadores tienen una tuerca que una vez

removida, permite ver el eje del cigeal, all se conecta el codificador empleando

una barra metlica con punta de caucho; el accesorio del codificador gira las

mismas vueltas del cigeal.El codificador se conecta a la unidad inalmbrica, una luz indica que se est

emitiendo seal, en ese momento se debe conectar el analizador para verificar

que se est recibiendo seal. Si la seal no se transmite, se conecta el analizador

directamente al codificador; una vez ajustado el codificador, se ajusta el punto

muerto superior (PMS) del compresor, conectando la lmpara de luz

estroboscpica al codificador; la lmpara emite un pulso de luz por cada vuelta del

cigeal, la cual se dirige al eje del motor, donde previamente fue marcado el

punto del PMS. El pulso se adelanta o se atrasa hasta que coincida con la seal

realizada en el eje.

5.7.2 PRESIN

El sensor de presin se conecta en las vlvulas indicadoras. Este sensor se deja

unos minutos para que absorba calor de la vlvula y luego se desconecta. El

sensor se conecta al puerto del analizador y se conecta de nuevo a la vlvula para

recibir datos. La vlvula indicadora se abre para iniciar con la ruta de monitoreo. El

grfico de Presin vs. ngulo del Cigeal debe estar en fase con el PMS.

Se toman los datos en el lado de la cabeza del compresor del cilindro, y del lado

del cigeal.


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5.8.3 VIBRACIN Y ULTRASONIDO

Las mediciones de vibracin y ultrasonido se registran al tiempo. El acelermetro y

el ultrasonido, se deben conectar en los canales respectivos.

El sensor de ultrasonido se debe calibrar hasta que el espectro sea claro. Los

sensores se deben colocar en el mismo lugar cada vez que se realice el registro

para poder llevar tendencias en el comportamiento del motor. Una vez guardados

estos datos, se deja conectado el acelermetro para recolectar los datos de

vibracin de baja frecuencia.

Despus del ajuste en el sensor de ultrasonido, este no debe ser modificado

durante toda la recoleccin de datos.

5.8.4 TEMPERATURA

Las temperaturas en los motores se toman a la entrada y salida de la bomba de

agua de refrigerante, a la entrada y salida de la bomba de aceite de lubricacin, y

a la entrada de aire. Adems la temperatura ambiente se toma como referencia.

5.8.5 BANCADAS

En las bancadas solo se toman registros de vibraciones, las cuales son de alta y

baja frecuencia.

5.8.6 VIBRACIN EN MODO FFT

El registro de vibraciones en modo FFT es el mismo para todos los equipos

reciprocantes, ya sean motores o compresores.


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6 CONCLUSIONES

De los componentes a reemplazar en los trabajos overhaul es posible

determinar los dominantes de acuerdo a la duracin para reemplazarlos los

cuales son una cantidad minoritaria pero que acumulan duraciones arriba

del 50%.

Es posible llevar a cabo evaluaciones y diagnsticos tcnicos a los

componentes dominantes para la toma de decisin de los overhaules a

travs de diferentes tcnicas, estos diagnsticos toman tiempos muy bajos

y algunos no impactan la disponibilidad del equipo.

El diagnostico tcnico de los componentes dominantes para el motor y

compresor se llevar a cabo a las 47000 hrs. Esto debido a que el trabajo

IN FRAME Overhaul en el motor se recomienda a las 50000 hrs y el

overhaul del compresor es recomendado para 48000 hrs de servicio. Lo

que se plantea es llevar las tendencias y ejecutar los dos servicios Overhaul

al tiempo para minimizar los tiempos de indisponibilidad de la unidad.

Los procedimiento y recomendaciones acertados se encuentran en los

manuales de fabricante unido a la experiencia del talento humano son el

complemento adecuado, es por esto que se debe constantemente capacitar

y entrenar al personal tanto operativo como administrativo con los

fabricantes del equipo para afianzar la capacidad de realizar una correcta

gestin de los activos.

Al analizar los datos para llevar a cabo el diagnostico de los motores y

compresores se debe tener el conocimiento tcnico integral para

complementar todos los resultados y emitir un acertado estado del equipo.


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BIBLIOGRAFIA

ARIEL. Technical Manual For Models: JGC and JGD. Ohio 2005.

ASTUDILLO LOAYZA,Leonardo. Implantacin del sistema de

mantenimiento basado en la condicin aplicado a equipos reciprocantes de

las instalaciones de REPSOL-YPF del bloque 16. Tesis de ingeniera

mecnica. Quito :Escuela Politcnica Nacional, Facultad de Ingeniera

Mecnica, 2007. 267 p.

CAMPBELL, John D. JARDINE, Andrew K. MaintenanceExcellence.

Estados Unidos :Marcel Dekker, Inc. 2001. p. 495.

CATERPILLAR. Gas Engines Application and Installation Guide G3600.

EstadosUnidos USA 1998. p. 101.

CATERPILLAR. Maintenance Management Schedules .EstadosUnidosUSA 2002. p. 78.

CATERPILLAR. Manual de operacin y mantenimiento motores G3612 y

G3616 . Estados Unidos USA 1998. p. 161.

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