fallas en pistones de motores 3406 cat
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio de Educación Superior
UNE “Rafael María Baralt”
Programa de Ingeniería y Tecnología
Proyecto Ingeniería En Mtto. Mecánico
Cátedra: Tribología Industrial
Elaborado Por:
Br. Cesar Chacin
Br. Edwin González
Br. Jean Rincon
Prof: Ing. Fernando Cabrera
Los Puertos Septiembre 2009
Contenido
Descripción del evento.
Condiciones operativas.
Definición del problema.
Listado de las posibles causas aparentes.
Soluciones.
Recomendaciones.
Conclusiones.
Anexos.
Descripción del evento.
El motor (CAT 3406) estaba sometido a una excesiva contaminación con
carbón lo cual tuvo como resultado una obstrucción en los rociadores de
enfriamiento de los pistones, dando como resultado un aumento brusco en la
temperatura de los pistones. Causando dilatamiento y un acelerado proceso de
desgaste inclusive ya en última instancia al fallar el flujo de aceite trajo como
consecuencia el paro imprevisto del motor por trancarse 2 pistones.
Condiciones operativas.
Definición del problema.
1. Que.
ES NO ES
¿Qué objetos fallaron?
Pistón.
¿Qué objetos similares podrían haber
fallado pero no lo hicieron?
Pasadores de los pistones (Bielas).
¿Cuál es la falla especifica?
Formación de lacas por altas temperaturas
en el pistón debido a la falta de
enfriamiento, rociadores de aceite tupido.
¿Qué otras fallas podrían haberse
observado, pero no sucedieron?
Desgaste en el cigüeñal, paro imprevisto en
la bomba de aceite.
2. Dónde.
ES NO ES
¿Dónde estaba el objeto cuando
fallo?(geográficamente).
México.
¿Dónde podría haber estado el objeto
cuando fallo, pero no estaba?
En otras locaciones.
¿Dónde está la falla en el objeto?
En el filtro de aceite.
¿En qué otro lugar podría haberse
localizado la falla pero no sucedió?
En un análisis de aceite (no ocurrido).
3. Cuando.
ES NO ES
¿Cuándo se observo la falla por primera
vez?
Mayo 2007.
¿En qué otro momento se podría haber
observado la falla, pero no sucedió?
Análisis anteriores.
¿Cuándo desde esa primera vez, se
observo la falla? ¿Algún patrón?
Junio 2007.
¿Cuándo desde esa primera vez, se podría
haber observado la falla, pero no sucedió?
Sin más detalles.
¿Cuándo en la historia del objeto, se
observo primero la falla?
Después de 250 horas de servicio.
¿Cuándo en la historia del objeto se podría
haber observado primero la falla pero no
sucedió?
Con mayor tiempo de servicio.
4. Extensión.
ES NO ES
¿Cuántos objetos fallaron?
Solo 2 pistones.
¿Cuántos objetos podrían haber fallado,
pero no lo hicieron?
12 pistones, cigüeñal, válvulas.
¿Cuántas desviaciones hay en un objeto?
Contacto pistón camisa por dilatación
debido a elevadas temperaturas, formación
de lacas.
¿Cuántas desviaciones podría haber en un
objeto pero no las hay?
Desgaste excesivo en el cigüeñal.
¿Cuál es la tendencia?
Paro imprevisto.
¿Cuál podría haber sido la tendencia, pero
no lo fue?
Fallas consecutivas.
Listado de las posibles causas aparentes.
- Método o proceso.
Residuos de oxidación por productos anteriores.
- Materiales, producción, productos.
Antioxidante.
Mezcla de aceite, filtro.
- Maquinaria, equipos, procedimiento.
Condiciones de operación.
Mantenimiento.
- Mano de obra.
Sin posibles causas.
El presente análisis incluyo la verificación de las posibles causas llegando a:
- Nivel de antioxidante: En cantidades bajas.
- Evidencia de oxidación: Si se evidencia por presencia de agua y mala
inyección.
- Funcionamiento del filtro de aire: Deficiente ya que su filtrado no era el
adecuado.
- Funcionamiento del filtro de aceite: En malas condiciones.
Soluciones.
- Implementar aditivos anticorrosión (solubles en agua como nitrato de sodio)
- Sustituir el filtro de aire en el tiempo recomendado por el fabricante.
- Analizar si el filtro de aire utilizado es el adecuado para el tipo de ambiente
en el cual trabaja este motor.
- Chequear periódicamente la presión de aceite. (Chequear diariamente).
- Analizar si el filtro de aceite utilizado es el adecuado para el tipo de
ambiente en el cual trabaja este motor.
Recomendaciones.
Como recomendación principal hacemos referencia al uso adecuado del filtro
de aire recomendado por el fabricante el cual es.
- Filtro de sello radial de ultra alta eficiencia.
Algunas características importantes.
Mayor eficiencia de filtrado: Las tolerancias ajustadas de los motores requieren
sistemas de limpieza de aire que sean altamente efectivos, especialmente en
ambientes donde hay gran cantidad de polvo fino o de carbón. Los Filtros de Ultra
Alta Eficiencia se caracterizan por tener un medio filtrante único con una capa
fibrosa superficial muy fina que mejora la eficiencia de filtrado.
Estos filtros están destinados para aplicaciones donde:
- Partículas de polvo muy fino representan un alto porcentaje del
contaminante en el aire.
- Condiciones de operación con altos contenidos de hollín que tienden a
tapar filtros normales después de pocas horas.
Diseño único para ambientes de polvo o carbón
Todos los motores de combustión interna son construidos con tolerancias muy
pequeñas entre las partes móviles. Cualquier partícula que logre penetrar entre
esas partes móviles puede incrementar el desgaste de los componentes. Para
poder mantener un bajo nivel de emisiones y altos requerimientos de rendimiento,
la limpieza es importante aún para tratar de mantener partículas muy pequeñas
fuera de los motores y sus componentes.
Más eficiente al comienzo, mas eficiente en total
Los fabricantes de filtros dicen con frecuencia que los filtros “sucios” son mas
eficientes que los nuevos porque la película o acumulación de polvo en forma de
capa en su superficie realmente aumenta la capacidad de filtrado. diseñados con
este concepto en mente, los Filtros de Ultra Alta Eficiencia se caracterizan por
tener un medio filtrante único con una capa fibrosa superficial muy fina que mejora
la eficiencia de filtrado temprano en la vida de los elementos.
Así es como funciona:
- Las partículas finas se aglomeran inmediatamente sobre las superficies del
filtro, haciéndolo muy eficiente. Mientras menos polvo le llegue al motor, se mejora
la economía de combustible mientras se reduce el desgaste y los costos de
mantenimiento.
- La capa de partículas acumuladas en la superficie es más porosa que el
elemento filtrante revestido de polvo, causando menos restricción sobre la vida del
filtro para aumentar la capacidad, el rendimiento del motor y economía de
combustible.
- Debido a que las partículas quedan atrapadas en la acumulación presente en
la superficie de los Filtros de Ultra Alta Eficiencia, el medio filtrante permanece
permeable por un periodo de tiempo mas largo, a diferencia de los filtros con
medios filtrantes convencionales, que se saturan de polvo hasta muy adentro en
su trama. Eso hace que la vida del filtro se extienda y proporciona una eficiencia
de filtrado dos o tres veces mejor que la del medio filtrante estándar.
- Filtro de aceite de eficiencia avanzada.
Eficiencia avanzada quiere decir más protección y máximo rendimiento.
Los filtros de combustible de eficiencia avanzada están especialmente
diseñados para las más altas presiones de inyección y componentes de precisión
usando medios de filtrado ultra finos para proporcionar una mayor capacidad de
remoción de partículas pequeñas. El uso de filtros CAT de eficiencia avanzada
redunda en máximo rendimiento, mayor vida de los componentes, y menores
costos de operación del motor.
Conclusiones.
En conclusión los filtros de aire (admisión del motor) no están cumpliendo con
su función principal la cual es de filtrar el aire adsorbido permitiendo la entrada de
cuerpos extraños al sistema (arena, hollín, carbón entre otros).
Tal problema ocasiono obstrucción del filtro de aceite lo cual acarrea como
consecuencia una falla en el ciclo de recirculación del aceite apareciendo como
falla principal el aumento de la temperatura en los pistones la cual ocasiona su
dilatación y por ende el paro repentino del equipo.
Por otra parte concluimos que la consecuencia de lo antes mencionado tiene
como causa raíz, una lubricación limite, ya que el sistema en si trabaja bajo una
lubricación hidrodinámica.
El motor como tal debió de comportarse como se representa en la grafica
mostrada específicamente en la (Zona I) Lubricación hidrodinámica, pero fue todo
lo contrario a la hora de presentarse la falla estaba ya en condiciones de la
lubricación limite (Zona III) presentando desgaste por las razones antes
mencionadas (Aumento de temperatura).
Curva de Stribeck
En esta grafica podemos apreciar la causa de baja presión por filtro de aire
tupido, la cual me produce un aumento en la viscosidad a 100°C.
Anexos.
Formación de lacas por alta
temperatura, falta de enfriamiento
rociadores de aceite tupido.
Pistón de referencia.
Formación de lacas por alta
temperatura, falta de enfriamiento
rociadores de aceite tupido.
Formación de lacas por alta
temperatura, falta de enfriamiento
rociadores de aceite tupido.
Formación de lacas por alta
temperatura, falta de enfriamiento
rociadores de aceite tupido.
Carbón por exceso de inyección.
Contacto pistón – camisa por
aumento de la temperatura.
Formación de lacas por alta
temperatura, falta de
enfriamiento rociadores de
aceite tupido.
Pasadores de pistón sin desgaste por buen desempeño del aceite
(Lubriquem20W50-M)
Filtro de aceite usado.
Vista más detallada del estado del filtro de aceite.
Presencia de oxidación en las válvulas, por no usar el aditivo anticorrosión
adecuado.