SISTEMAS AUXILIARES DE UN MOTOR DIESEL MARINO

Cuando pensamos en un motor de combustión interna, en la mayoría de las ocasiones, imaginamos los trenes alternativos, cigüeñal, turbosoplantes o incluso algún componente más pequeño como válvulas, balancines o inyectores. Es por ello que quizás nuestra mente siempre se vaya a las partes estructurales y funcionales del motor y con ello comparamos las distintas formas constructivas que diferencian tanto a los grandes motores de dos tiempos de cruceta de los motores de cuatro tiempos de tronco o puntualizando aún más, a las diferencias evolutivas y evidentes que todos estas grandes máquinas estacionarias han sufrido en las tres últimas décadas.

 

Pero todo lo que engloba el funcionamiento de estos motores es más complejo que lo mostrado en sus propios manuales de instrucciones (es bien sabido que se suelen dividir principalmente en dos partes: la del mantenimiento y operación y la de respuestos). Tenemos que contar con más partes o libros de mantenimiento, son los llamados sistemas auxiliares y entre ellos podemos destacar: sistema de gobierno (regulador), equipos y circuitos de alimentación de combustible, neumáticos e hidráulicos para el arranque y accionamiento de válvulas, eléctricos y electrónicos que gestionan todo un cerebro que supervisa los parámetros de funcionamiento y correcta marcha del motor, etc.

Es por ello, que nuestros conocimientos como encargados de la conducción, mantenimiento y supervisión de estas máquinas, debe abarcar distintas ramas tales como: la electricidad y electrónica, conocimiento de planos mecánicos y la conjunción hidráulica/neumática. Sin dicha formación o experiencia, existirán partes y sistemas de nuestro motor de los cuales desconoceremos sus principios de funcionamiento y no sabremos valorar fielmente la importancia vital de los mismos a la hora de conducir este tipo de máquinas.

En las imágenes anteriores y en la siguiente, que se muestra a continuación, podemos observar varios esquemas y componentes relacionados con el sistema de combustible de un motor. Comprobamos que en dichos sistemas se aplican principios de funcionamiento, tanto eléctricos como hidráulicos, para poder obtener la presión de inyección adecuada y controlar el inicio y duración de la misma, con lo cual podremos gestionar de manera eficiente: consumos, producción de NOx, marcha del motor, etc.

Todo ello pone de manifiesto que, entender y compreder ciertos principios y esquemas hidráulicos es esencial si queremos saber como van a trabajar estos sistemas auxiliares, sin los cuales nuestro motor sencillamente no se pondría en marcha o su régimen sería de tal modo errático, acarreando serios problemas mecánicos, llegando incluso a provocar un deterioro grave del mismo.

Pero podemos comprobar también como los conocimientos sobre planos mecánicos y la correcta interpretación de los mismos influye en algunas partes o mecanismos de estas máquinas. A continuación tenemos dos imágenes referidas a un eje cigüeñal de un motor de 4 tiempos, sistema de inyección tipo Bosch y 14.000 BHP.

Conocer conceptos tales como paralelismo entre dos superficies, concentricidad o la rugosidad superficial de acabado de una pieza se antojan necesarios si queremos por ejemplo llevar a cabo una reparación en una muñequilla o apoyo de un eje de cigüeñales. En la tabla e imagen siguientes tenemos los puntos a revisar y sus tolerancias con respecto al estado de las muñequillas del motor de cuatro tiempos al que hacíamos mención en el párrafo superior.

 Para finalizar este pequeño artículo, vamos a exponer una imagen correspondiente al esquema eléctrico de un sistema de alimentación de combustibles pesados en el cual el viscosímetro juega un papel de vital importancia a la hora de mantener dicha característica del fueloil en los parámetros adecuados para poder ser inyectado de manera adecuada.

En esta imagen tenemos representados los motores eléctricos, calentador de combustible y colector, así como tanque de mezcla, etc., con sus correspondientes vistas tanto exterior como interior del cuadro eléctrico.

Haciendo un pequeño resumen, la buena conducción, supervisión y mantenimiento de un motor de combustión interna marino o estacionario, crea la necesidad real de mantener unos niveles de conocimiento que van más alla de la propia mecánica de estas máquinas. Y con la revolución tecnológica que han sufrido estos equipos en los últimos años, esa necesidad es cada día más vital si no queremos quedarnos atrás en la compresión del como, cuando y porqué todos estos sistemas auxiliares del motor trabajan.

 

AUTOR:

- Santiago Rey García (Jefe de Maquinas y profesor en Technical Courses)

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Reglaje de válvulas en motores de tronco de 4T

La inspección y reglaje de válvulas es un mantenimiento preventivo que debe ser realizado periódicamente en los motores marinos de cuatro tiempos. Según las horas de inspección especificadas por el fabricante en su manual de instrucciones, deben levantarse las tapas de las culatas y medir las holguras de las válvulas por medio de unas galgas de espesores. En caso de que la holgura se salga de los parámetros indicados por el fabricante, debe realizarse la correspondiente regulación de válvulas.

Es importante indicar que los motores marinos diésel de cuatro tiempos, a partir de un cierto tamaño, son todos del tipo OHV, cuyas siglas significan Over Head Valve, o válvulas en cabeza; se trata de motores que tienen sus válvulas en culata, pero que utilizan barras empujadoras para mover sus balancines, dado que el árbol de levas está localizado en el cárter, con una transmisión por tren de engranajes desde el cigüeñal con el que gira en sincronismo. Esta disposición facilita el mantenimiento y desmontaje de las culatas, que son individuales para cada cilindro.

El reglaje de válvulas de culata consiste en dejar un huelgo entre la cola de la válvula y el elemento que la empuja. Dicho huelgo o juego es debido al alargamiento que experimenta la válvula con el motor caliente por su dilatación y que de no existir dicho huelgo, la válvula se quedaría abierta al dilatarse. Este juego es indicado por el fabricante, si es mayor del recomendado, las válvulas estarán menos tiempo abiertas perdiéndose posibilidad de llenado del cilindro, además de producir un aumento del ruido al golpear la cola de la válvula. Si el juego es menor, la válvula al dilatarse no cerrará bien en su asiento quedando abierta, llegándose a anular la compresión del cilindro y el posible quemado de la superficie de asiento en las válvulas de escape.

Toda holgura excesiva del juego lleva emparejado una desregulación de los ángulos de reglaje del motor, ya que retrasa la actuación del balancín y se pierde sección de paso al variar la alzada de la válvula.

El reglaje de válvulas debe efectuarse con el motor frío y lógicamente parado. En la imagen anterior podemos ver una culata montada, sin su tapa de balancines y correspondiente a un motor de tronco de cuatro tiempos y una potencia de 1935 kW. La numeración observada corresponde a las siguientes partes: 1-balancín, 2-tornillo de reglaje, 3-contratuerca, 4-pieza de contacto del balancín (taqué) y 5 válvula (de escape en este caso, fíjese en el dispositivo de giro de la misma y su marca).

 

PROCEDIMIENTO A SEGUIR:
A continuación vamos a describir lo más detalladamente posible el ajuste del huelgo entre balancín y cola de válvula para el caso de un motor de 4 tiempos, válvulas en parte superior de culata (6) y accionamiento de los balancines mediante empujador (9) y camón o leva. Para ello vamos a servirnos de la siguiente imagen, la cual es una copia exacta de la fotocopia del propio manual del motor. En este caso la distancia de los juegos de válvula “X” se encuentra exagerada para ayudar a la visualización del proceso de esta tarea de mantenimiento e inspección. Listado de ítems: 1-tornillo de apriete tapa de balancines, 2-tapa de balancines, 3-contratuerca, 4-tornillo de regulación del huelgo, 5-taqué o pieza de contacto entre balancín y cola de válvula, 6-válvulas de escape (rojo) y admisión (azul), 7-junta de tapa de balancines, 8-balancín y 9-empujador o barra empujadora.

Se comprobará pues, el juego de las válvulas de admisión y de escape, reajustándolo en caso necesario. Se aprovechará para realizar una inspección visual del estado del accionamiento superior de las válvulas, la no existencia de depósitos de lodo excesivos, revisión de los muelles de accionamiento buscando posibles roturas de los mismos y comprobación del apriete de las tuercas de balancines y contratuercas taqués (3).

Las herramientas necesarias para realizar el ajuste del juego de válvula, son las que se muestran en la siguiente imagen: llave nº22, destornillador plano y galgas de espesores. A motor frío el juego (X) para las válvulas de escape es de 0,5 mm, mientras que para las válvulas de admisión es de 0,2 mm.

Sucesión de los trabajos: Abrir las purgas o válvulas de indicador en todos los cilindros para poder virar el motor sin que éstos realicen compresión alguna. Esto también nos facilitará (siempre y cuando no exista ruido ambiental), saber cual es el cilindro que se encuentra en su carrera de compresión. Ya que la intensidad con la que soplará durante la misma es notable. Una vez localizado dicho cilindro lo llevaremos a su punto muerto superior del tiempo de compresión, virando el motor. Esto se puede comprobar en las marcas realizadas en el volante de la propia máquina. También se puede comprobar en los elementos de bomba de inyección (en la siguiente imagen podemos ver la leva central correspondiente a la bomba de inyección unitaria está impulsando cuando el pistón está llegando al punto muerto superior).

Cuando el pistón de un cilindro se encuentra en su PMS (tiempo de compresión), el rodillo del empujador se encuentra descansando en la circunferencia base de la leva o camón y por lo tanto no está actuado.

Para el ajuste del juego prescrito, se afloja la contratuerca (3), se introduce la galga entre la cola de válvula y la pieza de contacto y se gira el tornillo de reglaje (4) hasta que la galga (G) quede aprisionada sin holgura entre el extemo del balancín y la cola de válvula.

En esta posición, se debe mantener fijo el tornillo de reglaje (4) y afianzarlo con la contratuerca (3) hasta el par de apriete recomendado. Volver a comprobar el juego y una vez reglados todos los cilindros, volver a virar el motor para revisar los huelgos de todas las válvulas del motor. Hechas todas estas comprobaciones se colocarán las tapas de balancines revisando previamente el estado de las juntas de dichas tapas, desechando la que tenga roturas o presente un estado demasiado deteriorado. Se apretarán las tapas de balancines siempre a su par recomendado, teniendo especial cuidado de no sobrepasar éste, ya que el material de dichas tapas es frágil y agrieta con facilidad. Cerrar todas las purgas y arrancar el motor comprobando temperaturas de escapes y ruidos anómalos en el accionamiento de las válvulas. Pasadas unas 50 horas de funcionamiento se recomienda sacar las tapas de balancines y virar el motor para comprobar de nuevo todos los huelgos entre taqués y colas de válvula.

CONCLUSIONES:

Una vez vistos los datos del ajuste del juego de válvula, vemos que hay tres posibilidades:

1. Que el huelgo sea el adecuado = OK.

2. Que haya que bajar el taqué por exceso de huelgo (disminuir juego). Este no es el caso más común, ni deseable. Que el huelgo haya aumentado puede deberse a desgastes en el balancín, empujador, eje de camones o cola de válvula, todos ellos indeseables y en muchos casos indica un defecto de lubricación de estos elementos.

3. Que haya que subir el taqué por juego insuficiente (la galga respectiva no da pasado entre el taqué y la cola de válvula). Es el caso más común y lógico, ya que el juego va desapareciendo por el repetido golpeteo de la válvula contra el asiento postizo de la culata. Debido a ello la válvula se va embutiendo en dicho asiento, con lo cual la cola de válvula sube verticalmente. En la siguiente imagen podemos observar en los sectores ampliados como la “seta” de la válvula se ha ido embutiendo en el asiento, desgastando éste y por tanto subiendo verticalmente toda ella. En consecuencia a ello, el juego “X” que teníamos fijado con los asientos nuevos en 0,5 mm, ha disminuido, con lo cual tendremos que aumentar la distancia entre taqué y cola de válvula para ajustarla de nuevo a los 0,5 mm (en este caso estamos poniendo de ejemplo la válvula de escape).

AUTOR:

Santiago Rey García (Jefe de Máquinas y profesor en Technical Courses)

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• Compatibilidad de Aceites Lubricantes
• Diagnóstico preventivo a partir del análisis de aceite lubricante en motores diésel
• INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS LUBRICANTES EN MOTORES DIESEL (1)
• INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS LUBRICANTES EN MOTORES DIESEL (2)
  
  

COMPATIBILIDAD DE ACEITES LUBRICANTES

1.- Introducción y campo de aplicación

En este artículo técnico se procederá a explicar una serie de pautas sencillas pero de gran importancia de cara a mantener los lubricantes almacenados en nuestra instalación o buque de manera adecuada.

Cuando nos encontramos con una desviación en los parámetros analizados en las muestras de aceite usado en maquinaria industrial, nuestra primera mirada es de cara a alguna anomalía o mal funcionamiento de nuestros equipos. Sin embargo, y cuando hemos agotado nuestra capacidad de diagnóstico del problema, muchas veces no tenemos en cuenta el estado del lubricante fresco almacenado con el que rellenamos nuestro equipo o motor, la manera en que realizamos los rellenos o cambios y si estamos mezclando aceites incompatibles.

Aun cuando los procedimientos de relleno/cambio del lubricante en una máquina, la selección del correcto tipo de aceite y sus aditivos, etc. son los adecuados, es el estado interior del propio tanque o depósito el que nos puede estar generando el problema.

2.- Descripción del problema

Normalmente controlamos el consumo y el stock o reserva en los almacenes que contienen el aceite lubricante para nuestros equipos, limitándonos solamente a rellenar éstos cuando sus niveles bajan del punto de reorden de pedido que tenemos prefijado en función de la tasa de consumo.

Con este modo de proceder, los tanques y/o depósitos contenedores son rellenados una y otra vez a lo largo del tiempo sin que en ningún momento realicemos un análisis del lubricante almacenado en ellos ni la apertura de los mismos para inspeccionar su estado interno.

En la siguiente imagen se pueden ver parte de los resultados de un análisis del aceite contenido en un tanque almacén de un buque mercante. El contenido en agua del mismo es evidente y el aumento de viscosidad es debido a una reacción entre la incompatibilidad resultante del mezclado de dos tipos de aceite en dicho depósito.

Se han dado casos, sobre todo en el ámbito marino al ser los tanques parte estructural del barco y trabajar éste en un ambiente altamente corrosivo y húmedo, en los que se han encontrado cantidades importantes de agua condensada en su interior y ciertas concentraciones de sales (cloruros o sodio) y contaminantes frutos de la degradación o mal acabado del material que los conforma. En la siguiente imagen se muestra el interior de un tanque almacén de aceite lubricante en el cual la corrosión de las planchas de los mamparos y los refuerzos estructurales del mismo es evidente. Además se aprecia la falta de pintado de los cordones de soldadura.

Hemos de tener en cuenta que un tanque o depósito no es un compartimento estanco al 100%, sino que cuenta con varias salidas y entradas: purgas, tapones de relleno y vaciado, niveles ópticos, sensores de nivel y quizás el gran olvidado y desconocido respiro del tanque, por el cual se introducen la práctica totalidad de los contaminantes atmosféricos ya que es un orificio abierto por el cual el tanque “respira” evitando sobrepresión y vacío.

A través de dicho respiro entra humedad, polvo en suspensión y demás contaminantes (salitre, agua, etc.). Existen distintos tipos de filtros para instalar en estos respiros, aunque no en todos los casos es factible su colocación, uno de ellos es el ámbito marino, en el cual los respiros de los tanques deben contar con un sistema de flotador que obture la entrada del mismo ante la presencia de agua procedente de la mar. En la segunda de las siguientes imágenes podemos ver un elemento de filtrado y secado para ubicar (roscado) en un orificio de respiro de un depósito o tanque almacén.

 

3.- Incompatibilidad de lubricantes

Las formulaciones de los lubricantes son más sofisticadas de lo que se puede pensar inicialmente. Lo específico de sus formulaciones es frecuentemente la razón por la cual la incompatibilidad es un problema, aun cuando sean del mismo tipo (aplicación). Los sintéticos a menudo tienen problemas de incompatibilidad cuando se mezclan con aceites minerales, con pocas excepciones. Inclusive, si dos bases lubricantes sintéticas (o una base sintética y una mineral) son compatibles y aceptables para cierta aplicación, ellas pueden aun ser incompatibles debido al paquete de aditivos. Así que, independientemente de la compatibilidad de las bases lubricantes, se deben considerar los aditivos asociados con las bases lubricantes.

Generalmente, un aditivo tiene tres funciones principales: mejorar las propiedades de la base lubricante, eliminar propiedades indeseables en la misma y darle nuevas propiedades a esta base lubricante. Un paquete de aditivos se desarrolla específicamente para un tipo en particular de aceite base, dado que este debe proporcionar una serie de propiedades diferentes para las tareas de lubricación. Dicho esto, se deben tomar precauciones adicionales cuando se trate de aceites con diferentes tipos de bases.

Se debe tener en cuenta que los proveedores de lubricantes pueden lograr características de desempeño similares en una gran variedad de formas. Si se realiza un cambio entre diferentes marcas, pero los lubricantes son del mismo tipo, podrían presentarse problemas de compatibilidad con los aditivos. La mayor parte de la incompatibilidad entre los aditivos se debe a una reacción química que da lugar a una mayor degradación o a neutralización. Esto conduce a una pérdida o alteración en la funcionalidad de los aditivos, así como la formación de subproductos indeseables. En la siguiente imagen se muestra una degradación de dos lubricantes al ser mezclados en el tanque almacén que los contenía. Ambos lubricantes pertenecían al mismo fabricante y los aceites base eran iguales, sin embargo los paquetes de aditivos eran distintos. Seguramente en este caso la presencia de agua debido a la condensación de la humedad contenida en el espacio libre del tanque (punto de rocío) favoreció esta degradación formando un lodo espeso cuyos arrastres al sistema de llenado de las máquinas que lo consumían provocaban la obturación de los filtros de manera frecuente, acarreando no solo un problema de lubricación sino también de aumento de costes de explotación.

La compatibilidad debe ser tomada en cuenta más allá de los dos tipos de lubricantes. Por ejemplo, incluso si un aceite sintético desempeña su función de lubricación efectivamente, se puede estar presentando un problema de compatibilidad con los materiales utilizados en el sistema, como son los sellos. Por lo tanto, el material de los sellos y cualquier otro problema potencial de incompatibilidad entre ciertos tipos de bases lubricantes debe ser tomado en cuenta antes de seleccionar el lubricante para la maquinaria.

En conclusión, nunca se debe presuponer que dos aceites sean compatibles, independientemente de su aplicación. Aunque pueden ser compatibles, deben ser procesados con la debida diligencia antes de que puedan ser mezclados. Si no se está seguro de su compatibilidad,  se deberá realizar un lavado (flushing) utilizando las mejores prácticas para asegurarse que se ha hecho todo lo posible por eliminar todo el remanente del aceite usado anteriormente.

Mezclar lubricantes en cualquier sistema o máquina puede causar problemas tanto para los lubricantes mismos como para los equipos, entre ellos encontramos:

1. Incompatibilidad entre los aceites base, comúnmente encontrados cuando se hacen cambios entre minerales y algunos sintéticos.
2. Expansión o encogimiento de sellos, usualmente como resultado de cambios de aceites base, que llevan a posibles fugas y fallos de los sellos.
3. Incompatibilidad entre paquetes de aditivos. Aquí los problemas tienen que ver con precipitación de aditivos, pérdida de desempeño anti-desgaste, pérdida de propiedades demulsificantes, reducción de estabilidad a la oxidación y la pérdida de estabilidad de almacenamiento al mezclar lubricantes en los tanques.

4.- Precauciones a tomar (acciones preventivas)

A continuación se expone una lista de precauciones o acciones preventivas a llevar a cabo para evitar en la medida de lo posible la contaminación y degradación de los aceites lubricantes almacenados.

1. Comprobar la compatibilidad de los aceites base.
2. Evitar la mezcla de aceites ya que puede derivar en una incompatibilidad de los mismos. En el caso de tener que mezclar lubricantes distintos se debe solicitar al suministrador un test de compatibilidad entre los mismos. En dicho test se comprueba: capacidad de filtrado de la mezcla, estabilidad de almacenamiento, niveles de opacidad, etc.
3. Compatibilidad de los paquetes de aditivos.
4. Emplear siempre un carro de filtrado para evitar los arrastres de emulsiones y contaminantes desde los tanques de almacenaje a las máquinas y equipos.
5. Purgar el agua periódicamente.
6. Mantener los depósitos y tanques con los niveles más altos posibles para evitar la condensación de la humedad (punto de rocío).
7. Tomar muestras, de manera periódica, de los tanques y depósitos almacén para enviar al laboratorio para comprobar su estado.
8. Incluir todas estas operaciones e información en nuestro sistema de mantenimiento programado.
9. Formar al personal encargado del mantenimiento y conducción de los equipos y maquinaria de nuestra planta o buque.

Siguiendo todas estas pautas no solo se logrará alargar la vida de las instalaciones y máquinas, sino que se evitarán averías inesperadas y se conseguirá una reducción de costes al aumentar la fiabilidad de equipos, disminuir las acciones correctivas y aumento de la vida de los sistemas de filtrado, los cuales en algunos casos representan un gasto importante.

AUTOR:

- Santiago Rey García (Jefe de Maquinas y profesor en Technical Courses)

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Efecto leva en cigueñales de motores diésel marinos

1.- Introducción y campo de aplicación
El propósito de este tema es dar a conocer el llamado efecto leva “cam effect” y sus consecuencias, para de este modo poder valorar las operaciones de reparación y acondicionado de un eje de cigüeñales al encontrarnos con este desgaste en las muñequillas del mismo, o poder evitar los daños que este efecto produce.

La propia experiencia en distintos tipos de motores de tronco (cuatro tiempos) y plantas, tanto a flote como en tierra, nos da a conocer un número determinado de casos en los cuales se produce este tipo de desgaste en las muñequillas del cigüeñal. Produciéndose este fenómeno principalmente en motores de media velocidad, los cuales tienen varios miles de horas de funcionamiento, incluyendo periodos en los cuales el lubricante usado contiene partículas abrasivas en suspensión. Dichas partículas, como bien se conoce, producen un deterioro rápido del metal de las superficies de los cojinetes, llegando incluso a la rotura de los mismos si no se pone remedio y mejora la calidad del lubricante en circulación del motor.

Como particularidad común a todos los casos en los que aparece el efecto leva, los cojinetes de cabeza de biela son de los dotados de acanaladura completa en su parte central en la mitad inferior del cojinete.

2.- Descripción del “efecto leva”
El efecto leva (cam effect) es un fenómeno de desgaste no uniforme el cual resulta en una desviación de la geometría de las muñequillas del cigüeñal. Esta desviación de la geometría deriva en la forma de leva de la propia muñequilla, la cual pasa de tener una forma perfectamente cilíndrica, a presentar la forma de una leva, de tal manera que la superficie original se encuentra en la parte central de la muñequilla mientras que el desgaste corre de manera angular hacia los brazos del cigüeñal (digamos que presenta una protuberancia en la parte central y a partir de dicha protuberancia existe una inclinación hacia los laterales debido al desgaste abrasivo de las partículas suspendidas en el aceite). En la imagen nº1 podemos ver este efecto.

Imágen 1: Muñequilla afectada por el efecto leva.

 

Este fenómeno trae consigo la formación de esa protuberancia en la parte central de la muñequilla cuando se emplean cojinetes de cabeza de biela partidos en los cuales la mitad inferior está dotada de acanaladura y orificios de lubricación.

Imágen 2: Cojinetes de cabeza de biela desgastados. La mitad superior del cojinete (el situado abajo en la imágen) presenta su parte central decolorada debido a la protuberancia de la muñequilla.

 

El efecto leva afecta a motores con más de 50.000 horas de funcionamiento, estando en relación directa al proceso de este desgaste una inadecuada calidad del aceite lubricante sumado a un pobre cuidado y mantenimiento de todo el sistema de lubricación de la máquina. De hecho el desgaste que se produce en la superficie de la muñequilla a ambos lados de la protuberancia o leva, es debido a la cantidad de partículas abrasivas que se interfieren en el espacio de la capa de lubricación entre los cojinetes de cabeza de biela y la propia muñequilla.

El mecanismo de desgaste se tiene lugar cuando el motor se encuentra trabajando a bajas cargas y cuando el pistón del cilindro en cuestión se encuentra moviéndose en dirección hacia el punto muerto alto en el comienzo de la admisión. En este punto de la carrera del pistón es cuando más trabaja la parte inferior del cojinete de cabeza de biela, ya que sufre una reacción corta pero violenta en forma de contrapresión, debido a la inercia de los componentes del tren alternativo al cambiar estos también repentinamente de dirección en su movimiento hacia el punto muerto bajo.

Cuando el lubricante presenta contaminación por partículas abrasivas, la fase activa en la parte inferior del cojinete de cabeza de biela, comentada en el párrafo anterior conlleva la aparición del efecto leva, debido a la acción de las partículas contaminantes presentes en el aceite. Las cuales desgastan la superficie de la muñequilla a ambos lados de la acanaladura central que presenta la mitad inferior del cojinete, conformándose la forma de una leva (ver imagen 5).

Cuando una muñequilla ha sufrido este desgaste y la consiguiente aparición de la leva o protuberancia en su parte central, el daño se traslada a la parte superior del cojinete de cabeza de biela, el cual sufre desgaste en el metal de su parte central durante el resto de tiempos (compresión, expansión y escape). De hecho debido a la formación de la leva, la parte superior del cojinete sufre un stress debido a la sobrecarga local que se produce en el mismo en su parte central (ver imagen 6). El resultado de esta sobrecarga local en la mitad superior del cojinete de cabeza de biela en un primer momento da lugar a un desgaste pronunciado en la parte central del material antifricción que lo recubre, siguiéndole un deterioro anormal (marcado y rayado de la superficie del material, ver imagen 3). Este deterioro anormal trae consigo la posibilidad que se sobrepase el límite de fatiga del metal del cojinete (imagen 4). Y como última y catastrófica fase, el fallo total del cojinete con consecuencias tan graves como la rotura del eje de cigüeñales.

Imágen 3: Cojinete marcado y rayado.

Es por todo ello que el efecto leva es un fenómeno a tener en cuenta cuando se dan las circunstancias que lo propician, ya que compromete seriamente la seguridad de funcionamiento del motor.

Nota: cuando se montan cojinetes de cabeza de biela nuevos en muñequillas que presentan desgaste por efecto leva, la tasa de deterioro de sus metales antifricción es más alta que la que se venía produciendo en las mitades de cojinete usadas, las cuales ya se encontraban adaptadas a la forma característica que fue adquiriendo progresivamente  la muñequilla debido al desgaste tipo leva. Es por ello que cuando un cigüeñal presente este tipo de desgaste, se debe mecanizar y rectificar la superficie de las muñequillas (siempre entre las tolerancias máximas permitidas por el fabricante) antes de montar cojinetes de cabeza de biela nuevos. Se han dado casos reales en los cuales se ignoró este desgaste y solo se procedió a la sustitución de los cojinetes debido al desgaste que presentaban. Y durante las pruebas de rodaje de los motores el resultado fue nefasto al producirse en algunas de estas máquinas deterioros significativos en los cigüeñales que conllevaron a la sustitución de éstos por unos nuevos.

Imágen 4: Fallo total del cojinete.

3.- Métodos de detección del efecto leva

Después de lo explicado, el fenómeno de desgaste por efecto leva puede ser evaluado mediante tres métodos diferentes.

Marcado por azul de Prusia: este chequeo cualitativo se lleva a cabo usando un cojinete de cabeza de biela nuevo y completo (las dos mitades). Después de desmontar el tren alternativo completo y limpiar a conciencia la superficie de la muñequilla de restos de aceite de lubricación, las dos superficies de ambas mitades del cojinete de cabeza de biela se pintan con una capa muy fina y uniforme de azul de Prusia, que es un tinte marcador. Después se monta de nuevo el tren alternativo realizando el apriete de todas las partes del mismo según el manual de instrucciones del fabricante. Una vez hecho esto y valiéndonos del sistema de virado del motor, éste ha de girar, al menos, una vuelta completa (360º). Luego, el tren alternativo vuelve a desmontarse para poder ver la huella dejada en la superficie de la muñequilla por los semicojinetes de cabeza de biela nuevos (tanto el semicojinete superior como el inferior, ya que gracias al peso del tren alternativo, nos marcarán el desgaste, barriendo y limpiando el azul de Prusia de la zona superficial de la muñequilla (ver imágenes 7 y 8).

Imágen 7: Muñequilla marcada por azul de prusia.

Imágen 8: Zonas de desgaste marcadas por medio del azul de prusia.

Método de la regla: este es otro procedimiento de comprobación cualitativo del estado superficial de las muñequillas de un eje de cigüeñales afectadas por el efecto leva. El útil empleado es llamado “regla de borde recto” y la comprobación es de carácter macroscópico debido a que se hace de manera visual. Se posiciona la regla patrón de borde recto perpendicularmente al brazo o guitarra del cigüeñal y se coloca una fuente de luz e uno de los lados de la muñequilla, para de este modo ver si algún haz de luz pasa entre la superficie de la muñequilla y el canto recto de la regla. Así comprobaremos la zona de la superficie que hace contacto con la regla (la que no deja pasar la luz) y la que no hace contacto y podremos conocer si dicha muñequilla está dotada de protuberancia debido a este fenómeno de desgaste abrasivo.

Imágen 9: Regla de borde recto para comprobar el estado superficial de las muñequillas.

Molde de resina: de la parte afectada por el efecto. Este es el único método para poder evaluar el daño ocasionado por este fenómeno de manera cuantitativa, sin tener que desmontar el cigüeñal (operación no siempre factible, además que costosa). El proceso consiste en elaborar un molde de la parte de la muñequilla que ha sufrido desgaste en forma de leva en el que se vierte resina de alta dureza. Una vez seca la resina, se desmolda y obtendremos un negativo que nos va a presentar las irregularidades superficiales de esa zona afectada (ver imágenes nº10 y nº 11).

Imágen 10: Elaboración de un molde de resina para inspección de la muñequilla.

Imágen 11: Análisis del molde de resina, nos proporciona una copia de la superfície de la muñequilla.

Una vez la réplica o negativo en el laboratorio, emplearemos un medidor de rugosidad, aparato por el cual, valiéndose de una punta o palpador, nos dibujará con suma precisión todas la irregularidades de la superficie de la muñequilla de manera gráfica y fácilmente medible (ver imágenes 12 y 13).

Imágen 12: Con instrumentos de control dimensional electrónicos se puede analizar el estado superficial del molde de resina.

Imágen 13: Gráfica que nos proporciona el instrumento electrónico de medición de rugosidad superficial.

Con los valores obtenidos en la gráfica que nos proporciona el medidor electrónico de rugosidad superficial deberemos consultar la calidad del acabado que el fabricante proporciona a las muñequillas y comparar ambas medidas. Aunque, como norma general diremos que los cigüeñales se engloban en las categorías N6 o N7 en cuanto al grado de rugosidad, las cuales comprenden valores de 0,8 µm y 1,6 µm respectivamente. Esto significa que el acabado superficial de un cigüeñal pertenece a las aplicaciones de alta exigencia (0,6-1,6 µm) y que son todas aquellas superficies de deslizamiento muy fatigadas con ajustes de presión desmontables. Pero la consulta con el fabricante sobre el grado de rugosidad máxima del cigüeñal en cuestión siempre debe realizarse, así como otras especificaciones como tolerancias en la medida, paralelismo entre superficies, concentricidad, etc. En la imagen siguiente se muestra el ejemplo del plano mecánico de un cigüeñal.

Imágen 14: Plano dimensional de la muñequilla del cigueñal.

 

4.- Acciones correctivas
En base a todo lo comentado en este anexo, se deduce que es de vital importancia realizar la revisión del estado de las muñequillas cuando un motor ha pasado de las 50000 horas o cuando se vaya a realizar el desmontaje de los trenes alternativos del mismo. Sobre todo cuando consume combustibles residuales tipo fueloil y más aún cuando ha trabajado con una concentración relevante de partículas abrasivas en suspensión en su aceite de lubricación.

Cabe mencionar que cuando se vayan a sustituir los cojinetes de cabeza de biela por unos nuevos es todavía más importante la revisión y comprobación de las muñequillas del cigüeñal, ya que estos semicojinetes nuevos no están adaptados como los usados, a la geometría característica de una muñequilla afectada por el fenómeno del desgaste abrasivo en forma de protuberancia o leva.

La presencia de menor o mayor desviación en la geometría de las muñequillas tiene que ser estudiada pormenorizadamente en cada caso. Y siempre y cuando el reacondicionado de la muñequilla quede entre los valores de tolerancia de eje aceptados por el fabricante, el rectificado y/o pulido de estas superficies está más que justificado.

En muchos casos, los menos graves, con un pulimentado es más que suficiente para lograr una geometría adecuada de la superficie de las muñequillas afectadas por el efecto leva. En la siguiente imagen podemos ver el antes y el después de uno de estos casos, comprobando como en la imagen de la derecha el marcado con azul de Prusia es casi uniforme después del esmerilado fino  mediante pulimento de una de estas superficies.

Imégen 15: Recuperación de muñequilla por medio de esmerilado fino, la imágen de la izquierda es antes y la derecha después de realizar la operación de esmerilado.

 

Cuando el efecto leva es demasiado acusado, se requiere un maquinado del cigüeñal mediante rectificado del mismo (torneado), aunque siempre respetando los límites máximos de sobre medida de los semicojinetes de cabeza de biela a instalar según las recomendaciones del fabricante.

Debemos recordar siempre que el funcionamiento durante más o menos largos periodos de tiempo con unas condiciones de calidad del lubricante bajas (en este caso en presencia de partículas abrasivas), puede llegar a provocar el desgaste abrasivo tipo leva, cuando el tamaño de dichas partículas en menor que la holgura entre las muñequillas del cigüeñal y los semicojinetes pero mayor que la propia capacidad de incrustación en el material antifricción de los mismos.


Autor: Santiago Rey García (Jefe de Maquinas y profesor en Technical Courses)

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• Diagnóstico preventivo a partir del análisis de aceite lubricante en motores diésel
• Motores marinos de baja velocidad modernos
• Motor de media velocidad Barreras-Deutz RBV12-350 
• Sulzer serie RD
• MAN 7L 32-40 
• Historia de los Motores Sulzer 
• INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS LUBRICANTES EN MOTORES DIESEL (1)
• INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS LUBRICANTES EN MOTORES DIESEL (2)

DIAGNÓSTICO PREDICTIVO A PARTIR DEL ANÁLISIS DE ACEITE EN MOTORES DIESEL

Es habitual en los buques con propulsión diesel, que periódicamente se retiren muestras de aceite de los motores y se envíen a analizar a laboratorios especializados, generalmente es un servicio que ofrecen los propios proveedores que suministran los aceites de lubricación al buque.

 

Una vez analizados los aceites lubricantes, los resultados son enviados de vuelta al buque, siendo el departamento de máquinas, con el jefe de máquinas al frente, los que deben diagnosticar estos resultados y advertir si se está produciendo un mal funcionamiento.

En caso de observar desviaciones importantes en algún parámetro respecto a los valores considerados como normales o aceptables para ese motor diesel, se deben poner en marcha actuaciones que lleven a corregir este funcionamiento anómalo detectado a partir del análisis de aceite.

 

Los motores diesel debido a su funcionamiento generan una serie de productos en la combustión, los cuales se combinan entre ellos dando lugar a una serie de compuestos y efectos nada deseables.

El siguiente gráfico explica de una manera sencilla y visual estos procesos y sus efectos, contra los que se mantiene una lucha constante siempre enfocada al buen funcionamiento y operatividad de los motores.

Estos productos de la combustión afectan en gran medida a los lubricantes empleados, los cuales son los encargados de mitigar sus efectos en la medida de lo posible. Con ello sufren degradación, pérdida o aumento de viscosidad, incremento en la acidez, emulsiones y diluciones debido a presencia de agua o combustible, etc.

 

Gracias a los análisis de aceite y a una correcta y acertada interpretación de los mismos el responsable del mantenimiento de estos equipos y maquinaria podrá “predecir” futuras averías o actuar modificando parámetros para evitarlas.

Existe a día de hoy y basada en la experiencia acumulada a lo largo de lo años mucha información sobre la analítica de lubricantes industriales. Como ejemplo se muestra la siguiente tabla, en la que se presentan los valores orientativos de los niveles de contaminación (concentraciones standard de elementos metálicos) de diferentes elementos que podemos encontrar en el aceite. Consultándola podremos determinar el posible origen del problema con una primera aproximación al mismo bastante acertada.

Elementos (ppm)
Fe	Al	Cr	Cu	Na	Si	Situación
35	8	3	15	12	15	Normal
92	29	16	20	16	69	Entrada severa de suciedad
38	9	4	124	243	101	Fuga interna de refrigerante
35	8	3	15	12	250	Utilización de sellos de silicona
36	10	5	10	19	31	Alto nivel de antiespumantes
105	134	38	20	21	145	Fallo en el sistema de inyección
120	25	10	35	12	68	Entrada de suciedad externa

Los efectos que una contaminación excesiva por elementos metálicos en el aceite se traducen como mínimo en desgastes excesivos de cojinetes y elementos entre los que exista una fricción, la cual el efecto del lubricante tiene que disminuir.

El no hacer caso o no darle la importancia necesarias a los análisis de aceites lubricantes puede llevar a consecuencias catastróficas en los motores de combustión interna, provocando en ocasiones la destrucción parcial de los mismos o de elementos vitales.

Es importante mencionar que el laboratorio realiza un análisis del aceite desde el punto de vista químico, pero deben ser los técnicos de mantenimiento o oficiales de máquinas del buque los que deben localizar el origen de esta desviación en los parámetros normales, y actuar en consecuencia para anticiparse a una posible futura avería, que en muchos casos puede ocasionar fallos catastróficos de la máquina.

Autor: Santiago Rey García
Fotos: Carlos Rodríguez

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