Análisis del motor por medio de diagramas indicados

El Análisis de funcionamiento por medio de diagramas indicados es un método muy valioso para conocer el estado de funcionamiento de un motor diésel. Por esta metodología de análisis se puede conocer cómo se está realizando el ciclo de funcionamiento de un motor de combustión interna, ya sea de dos tiempos como de cuatro tiempos. Para cada cilindro se puede saber la potencia generada y su rendimiento termodinámico, así como la presencia de cualquier anomalía en su funcionamiento.

 

El dispositivo utilizado para la extracción de diagramas indicados, denominado "Indicador de Presiones", se ha utilizado tradicionalmente desde hace mucho tiempo por los maquinistas en los buques, principalmente eran usados en los motores lentos de dos tiempos. En motores de media velocidad y rápidos, las altas velocidades de operación generaban inercias en sus piezas que daban como resultado diagramas deformados, por lo que no permitían su aplicación práctica para obtención de datos y diagnosis en este tipo de motores.

En años más recientes, se diseñaron indicadores de presiones mecánicos más pequeños y construidos con aleaciones ligeras, para reducir en lo posible las inercias y poder ser utilizados en motores de más altas velocidades de rotación.

En la actualidad se utiliza el "Indicador de Presiones Electrónico", el cual está compuesto por una unidad de adquisición de datos portátil que está unida, por medio de un cable, con un sensor de presión piezoeléctrico de cuarzo, el cual tiene las ventajas de elevada precisión en las mediciones y no verse influido significativamente por las fuerzas de inercia, por lo que podría utilizarse tanto en motores lentos como de media y alta velocidad. Las lecturas tomadas son almacenadas en la memoria interna de la unidad de adquisición de datos, para posteriormente ser descargadas en un PC donde son analizadas por medio de un programa informático específico.

El Indicador de Presiones Electrónico es una herramienta muy valiosa para la monitorización de la condición de funcionamiento de los motores diésel. Permite calcular la presión media indicada (pmi) y la potencia desarrollada en cada cilindro, además poder realizar los ciclos cerrados y los abiertos, los cuales pueden ser comparados de unos cilindros con otros y respecto a un historial de mediciones interiores, lo cual ayuda en el diagnóstico de averías o detección de pequeñas anomalías en el funcionamiento interno del motor.

Los principales atributos que se requieren en un Indicador de Presiones Electrónico son:
a) Precisión.
b) Fiabilidad y duración.
c) Facilidad de uso.
d) Software eficiente.

Estos atributos son independientes de la implementación del sistema, es decir, si se utiliza una técnica portátil, fija o permanente en línea.

La obtención de una elevada precisión en la toma de datos es de gran importancia y depende de las dos entradas de datos principales al sistema de adquisición de datos;

• Una de las entradas es el ángulo instantáneo del motor (grados de giro el cigüeñal) y puede obtenerse con exactitud utilizando un sensor específico en el volante del motor (angle encoder). Algunos fabricantes se esfuerzan mucho para proporcionar una señal con una precisión angular muy grande. Una idea de la importancia del ángulo, es que un error angular de un grado da lugar a un error del 7 % en la potencia calculada. Los sistemas que miden continuamente la posición del volante proporcionan mejores resultados y pueden compensar las variaciones de velocidad durante cada revolución del motor. En la práctica, un buen compromiso es tener un indicador cada revolución y múltiples referencias alrededor del volante para proporcionar una corrección a intervalos regulares.

• La otra entrada es la presión en el interior del cilindro, donde también pueden producirse errores en la toma de datos que pueden influir en la precisión. Los sensores de la presión deben ser suficientemente estables para no verse afectados por las variaciones de la temperatura, y deben ser capaces de trabajar a temperaturas muy altas durante largos periodos de tiempo. La tecnología piezoeléctrica ha proporcionado esa solución y, aunque no al menor coste del mercado, sin duda el comportamiento es el mejor. No requieren compensar la temperatura, y no se fatigan ni se desgastan.

Estos equipos deberán ser utilizados por la tripulación de máquinas durante largos periodos de tiempo, por lo que es esencial que sean fiables y duraderos;

La fiabilidad asegura que el equipo esté a bordo el mayor tiempo posible. Los sistemas que pasan mucho tiempo enviándose a reparación caerán rápidamente en desuso. Además, en las rutas de tráfico de muchos buques no siempre es posible enviar equipos a reparar en el primer puerto que paran y la recepción está limitada también a ciertos puertos. Por tanto, es muy importante tener un sistema que sea inherentemente fiable. La fiabilidad también asegura que los resultados sean precisos.

La duración de cualquier equipo que se utiliza en los buques es vital. Las tripulaciones dan un uso intensivo a estos equipos de diagnóstico para solucionar problemas en los motores, por lo que estos elementos deben de durar muchos años sin estropearse, y garantizar la existencia de recambios a lo largo del tiempo para poder sustituir los elementos dañados, especialmente los sensores de presión.

Es muy importante también la facilidad de uso de estos equipos. La toma de lecturas debería ser lo más fácil posible y que se puedan ver los datos al tomarlos en cada cilindro. Esto es muy útil cuando se realizan ajustes ya que se puede hacer una prueba rápida y un reajuste que daría lugar a una mejora de la configuración.

Para diagnosticar el estado de un motor, el software necesita tener gráficos de buena calidad, un zoom sencillo para ver detalles, la posibilidad de superponer resultados, cursores para comparar los resultados a determinados ángulos, una presentación del resumen de los resultados y un bloc de notas. Esto debería formar parte de un paquete intuitivo que tuviera a Windows como sistema operativo ya que hoy día es el que se utiliza principalmente en el sector marítimo.

Los Indicadores de Presiones Electrónicos pueden ser equipos individuales portátiles o pueden ser instalados fijos en sistemas en red. Los sistemas en red necesitan un sensor por cada culata que está permanentemente conectado, por medio de la red de comunicaciones los motores están permanentemente monitorizados.
 
La Instalación de los sensores de presión permanentes, la válvula de purgas queda después con una conexión Thompson que permite conectar un equipo portátil.

Normalmente los sistemas en red se utilizan sólo en motores principales de dos tiempos, y para monitorizar los motores auxiliares es bastante común que los buques lleven también un sistema portátil. Este debería poder utilizarse como apoyo al sistema en red en el caso de que éste tenga algún problema.

La elección entre sistemas en red y portátiles es a menudo una cuestión de la política de cada compañía, que habrá de tener en cuenta los factores que se recogen a continuación:

Sistemas en red:
- Elevado coste inicial.
- Elevado coste de funcionamiento si los sensores de presión necesitan cambiarse.
- Uso sencillo.
- Monitorización las 24 horas del día, todos los días de la semana.
- Disponibilidad directa de las lecturas.
- Alertas y alarmas.
- Normalmente monitoriza sólo un motor.
- Puede ser complicado de reinstalar (normalmente instalado durante la construcción).
- Normalmente permanece en el buque si éste se vende.
 

Sistemas portátiles:
- Menor coste inicial.
- Bajos costes de funcionamiento.
- Necesita que un operador tome las lecturas (normalmente 15 minutos para un motor).
- Los resultados están disponibles en el momento.
- La monitorización es intermitente.
- La instalación es más sencilla.
- Puede controlar varios motores con facilidad.
- Puede llevarse de un buque a otro.
- Si está reforzado no sufrirá daños al caerse.

El problema de los Sistemas en red, con los sensores permanentemente conectados y realizando lecturas las 24 horas del día, es el elevado número de horas que acumulan al año. Por ejemplo, un motor lento puede estar sometido a unos 50 millones de ciclos de temperatura y presión al año. Los intervalos de re calibración y vida útil de los sensores es un dato importante en la evaluación de los costes de este sistema. También si el motor usa fuel oil pesado, este puede crear depósitos en los propios sensores, por lo que es necesario un sistema de limpieza que no desgaste o dañe el sensor.  

AUTORES:

Carlos Rodríguez Vidal (Maquinista Naval y Doctor en Energía y Propulsión Marina) y María Isabel Lamas Galdo (Doctora Ingeniera Industrial)

CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:

Si desea recibir cursos de  formación relacionados con esta temática, le recomendamos el curso de Technical Courses:

• Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos

Los cursos impartidos por Technical Courses están especialmente valorados por las empresas y estudiantes, por los siguientes motivos:

• Ponen a disposición de los estudiantes conocimientos a "nivel experto" por medio de cursos de corta duración que le permitan compatibilizarlos con una jornada laboral normal.
• Proporcionan a los alumnos la disponibilidad de realizar el curso en cualquier horario para mejor aprovechamiento de su tiempo. Los cursos está disponibles las 24 horas del día de lunes a domingo.
• Disponibilidad para realizar el curso desde cualquier lugar del mundo, con tan solo disponer de acceso a internet.
• Proporcionan cursos a costes razonables que los hacen asequibles para estudiantes con limitados recursos económicos. Hay que valorar también que con la formación online se eliminan costes adicionales que se tendrían en cursos presenciales (desplazamientos, dietas, estancias, tasas, impuestos, etc).

ENLACES RECOMENDADOS:

• Motores 2T con control electrónico
• Motorista Teórico Práctico - Valle Collantes
• Indicador de diagramas mecánico
• Motor diésel lento MAN B&W ME-LGI
  
• Comparación de combustibles del futuro para motores marinos
• Sistemas auxiliares en motores diésel marinos 
• MAN de la serie KSZ
  
• MAN 7L 32-40
  
• Análisis CFD del motor MAN 7S50MC
  
• Intercambiadores de calor de carcasa y tubos 
• Reglaje de válvulas de un motor de cuatro tiempos marino 
• Compatibilidad de aceites lubricantes
  
• ¿Por qué cursos técnicos online?

Indicador de diagramas mecánico

Los diagramas indicados son la representación gráfica de la evolución de la presión en el interior del cilindro en función del volumen de éste a lo largo de un ciclo completo de trabajo. Los diagramas indicados son muy útiles para la evaluación de las condiciones de funcionamiento de un motor de combustión interna. Se llaman diagramas indicados porque son los obtenidos a partir de un mecanismo llamado indicador de diagramas del cual existen diversos tipos, antiguamente se utilizaba el instrumento mecánico que actualmente ha sido sustituido por los instrumentos electrónicos.

En primer lugar, para poder usar un indicador de diagramas se requiere que el motor disponga de una conexión tipo Thompson en la culata del cilindro, para tomar la presión en el interior de éste durante su funcionamiento. Esta toma se encuentra aislada durante el funcionamiento normal mediante una válvula.

La información obtenida por medio de los diagramas indicados es fundamental para saber cómo se está realizando el proceso de combustión en cada cilindro, determinar cual es el ajuste de la inyección, detección de anomalías, desgastes, obtención de la potencia indicada, y en general, constituye una herramienta indispensable para diagnóstico de averías en motores de combustión interna.

Los diagramas indicados pueden clasificarse en:

1- Diagramas abiertos, para analizar el proceso de combustión.

2- Diagramas cerrados, para calcular la presión media indicada y la potencia indicada.

Otra información importante es la presión máxima de combustión, y la presión de compresión, ambas presiones deben ser controladas y deben corresponder con los valores dados por el fabricante del motor, en caso contrario son indicadores de alguna anomalía importante en el funcionamiento del mismo.

El diagrama indicado puede representarse abierto o cerrado tanto para los motores de dos tiempos como de cuatro tiempos. Si en las abscisas se representan los grados de giro del cigüeñal habrá que tener en cuenta que en un diagrama abierto de un motor de cuatro tiempos el ciclo se extenderá 720º (dos vueltas) mientras que el de un motor de dos tiempos se extenderá 360º (una vuelta).

En el diagrama indicado cerrado de un motor de cuatro tiempos hay que tener en cuenta que la curva descrita nos produce dos áreas cerradas y que el trabajo total desarrollado no es la suma de las dos áreas, sino que estas se deben restar, pues el área del lazo más pequeño produce un trabajo negativo, correspondiendo con las carreras de escape y admisión.

El indicador mecánico consiste en un cilindro de papel sobre el cual un trazador cargado por medio de un resorte es movido arriba y abajo por medio de un émbolo. El espacio cilíndrico bajo éste émbolo está conectado a la cámara de compresión del cilindro por medio de un conducto de corta longitud de modo que el émbolo se mueve de acuerdo a las variaciones de presión sobre el émbolo del motor. 

El movimiento alternativo del émbolo se efectúa en contra de un resorte cuya oposición es proporcional a su tensión la cual se especifica en mm/bar o mm/(Kg/cm²).

Para motores Diésel lentos la escala usual es de 0,5 a 1,2 mm/bar por lo que los diagramas son de tamaño reducido. El movimiento del émbolo es amplificado por medio de palancas hasta que lo recibe el trazador.

El trazador se halla en contacto con el papel que está colocado sobre un tambor cilíndrico que gracias a un cordel y un resorte antagonista se mueve alternativamente a derecha e izquierda, algo menos de una revolución, en concordancia con el movimiento del tren alternativo. De este modo el sentido de rotación del tambor cambia cada vez que el émbolo pasa por sus puntos muertos. En el caso de motores de gran tamaño se simula el movimiento del tren alternativo con una excéntrica exterior para cada cilindro sobre el eje de camones. 

Descripción de un Indicador mecánico MAIHAK:
Consiste en un pequeño émbolo A que se desliza muy ajustado en el cilindro B. El émbolo va dotado del vástago V, que presenta una hendidura sobre la que actúa un resorte R, oponiéndose al movimiento del émbolo, apoyando el otro extremo del resorte en la parte fija del aparato.

Sobre el brazo D, tenemos el tambor E, que por el eje F, va fijo con la roldana G, que le comunica un movimiento rotativo alternativo. Este movimiento se consigue conectando la roldana mediante un cordón a una pieza móvil del motor ya dispuesta para el caso, y generalmente situada sobre los ejes de levas; con el fin de que el tambor recupere siempre su posición, lleva en el interior un resorte de recuperación que actúa al variar el tiro del cordón que le da movimiento.

Un sistema de palancas a-b-d, que se mueve accionado por el émbolo A, lleva en c un estilete o punta de marcar que se desliza sobre la superficie del tambor. En unas pletinas que lleva el tambor se coloca el papel en el que se va a trazar el diagrama, donde apoyará el estilete c. Mediante la tuerca C, el indicador se afirma a la rosca del tubo de la válvula indicadora.

Afirmando el indicador se conecta el cordón de la polea G a la pieza móvil destinada, y abriendo la válvula indicadora ponemos en comunicación el indicador con el cilindro, y el aparato entrará en funcionamiento con los movimientos combinados del émbolo y tambor; entonces apretando suavemente la punta de marcar, nos trazará sobre el papel el diagrama indicado.

Trazado el diagrama, se cierra la válvula indicadora, se desconecta el cordón de accionamiento y se desmonta el aparato.

El fabricante del equipo da la relación entre el incremento de presión y la distancia vertical que cubrirá el marcador. Se conoce a esta relación como la constante del muelle. Como el indicador puede aplicarse a motores que trabajen a distintas presiones, va dotado de una serie de resortes R, en los que está grabada su presión de trabajo, debiendo elegirse el más indicado en cada caso.

 

 

Procedimiento para la toma de diagramas:
La toma de diagramas siempre se ha de realizar después de que el motor haya trabajado un tiempo a plena potencia para tener la seguridad de que la combustión es la correspondiente a funcionamiento normal.

Cuando se desea averiguar la potencia, los diagramas se deben de tomar a velocidad e índice de carga constantes en lo posible (régimen estacionario), por ejemplo con la mar lisa y tras trabajar el motor durante 10 horas las variables del motor se hallan estabilizadas.

Es conveniente que el trazado de los diagramas a plena potencia sea bueno para una diagnosis correcta. Asimismo la distribución de las cargas y la altura de los diagramas deben ser prácticamente los mismos entre los distintos cilindros. Por ello es necesario que se preste atención a la hora de tomar los diagramas, pues de su exactitud depende la evaluación.

Un indicador de diagramas es un instrumento de precisión y por lo tanto debe ser tratado con mucho cuidado si se precisa obtener resultados razonables. Para la toma de diagramas el indicador debe ser colocado lo más próximo posible al cilindro. Antes de colocar el indicador es imprescindible que los conductos y grifos sean soplados con el fin de arrastrar las impurezas como hollín, agua condensada y aceite las cuales pueden interferir en la transferencia de presión entre el cilindro y el indicador llegando incluso a averiarlo. Al montarlo deben apretarse bien los prensaestopas de las válvulas de toma del indicador.

Las partes móviles del indicador, como el émbolo y su guía, deben lubricarse adecuadamente y se dejará un tiempo sobre la culata hasta que suba su temperatura. Como prueba, el resorte del indicador se quita y se acciona el indicador manualmente. Una vez lubricado el émbolo debe caer por su propio peso, deslizándose verticalmente en su guía. Se deberá lubricar al menos cada cinco diagramas con el aceite recomendado por el fabricante. Asimismo ha de ser limpiado y aceitado después de su uso cuando vaya a guardarse. 

El papel del indicador debe montarse bien firme al tambor para que el diagrama no salga distorsionado. La punta del trazador debe estar correctamente redondeada y no debe ejercer excesiva presión sobre el papel, justo la suficiente para obtener una fina línea. Con papel encerado se obtiene una reducida fricción.

El camino del cordel debe ser lo más sencillo posible y sin tramos curvos. Cuando sea necesario se utilizarán poleas. Los tramos horizontales han de ser cortos para evitar la flexión del cordel y la tensión debe ser ajustada para que el tambor no toque los extremos. Si no se tensa correctamente el diagrama saldrá distorsionado.

Antes de nada se debe probar el sincronismo entre el tambor y el tren alternativo. Para ello se desconecta la bomba de combustible del cilindro y trazando un diagrama de compresión. Si la línea de compresión y la posterior de expansión no coinciden puede ser debido a un defecto de acoplamiento entre el indicador y el tren alternativo aunque también puede deberse a un retardo en el movimiento del émbolo del indicador en cuyo caso se deberá limpiar y lubricar. Otra causa de formación de lazo pueden ser las pérdidas a través de los aros del émbolo del motor resultando una línea de expansión por debajo de la de compresión. Desde un punto de vista teórico, debido al calor evacuado por la refrigeración, la línea de compresión irá siempre por encima.

Cuando todo se encuentra satisfactoriamente dispuesto, se embraga el indicador y se abre la válvula para que la presión del cilindro llegue al indicador. La punta del trazador es cuidadosamente apoyada sobre el papel y el diagrama indicado p-v es dibujado. Cuando se completa el trazado el indicador es desembragado de la excéntrica lo más deprisa posible a la vez que se cierra la válvula. A continuación se conecta con la atmósfera, se embraga y se pone en contacto de nuevo con el papel trazando la línea de presión atmosférica. Se desembraga y el papel se retira del tambor. Importante no dejar calentar excesivamente el indicador con demasiadas explosiones, ya que ello puede derivar en la obtención de diagramas defectuosos.

 
Inmediatamente después se aconseja anotar en el diagrama: nombre del buque, fecha y hora, régimen de giro, escala de presiones del resorte utilizado, F.O. utilizado, Nº de cilindro, presión y temperatura de aire de barrido y del aire ambiente.

Después de haber tomado diagramas de todos los cilindros, debe desmontarse el instrumento y limpiar cuidadosamente todos sus componentes, posteriormente lubricar sus partes móviles, especialmente el émbolo, con el aceite recomendado por el fabricante.

Ejemplos de "Diagramas indicados" de motores de cuatro y dos tiempos (del libro Motorista Teórico Práctico - Valle Collantes):

 

 

AUTORES: Carlos Rodríguez Vidal (Maquinista Naval y Doctor en Energía y Propulsión Marina) y María Isabel Lamas Galdo (Doctora Ingeniera Industrial)

CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:

Si desea recibir cursos de  formación relacionados con esta temática, le recomendamos el curso de Technical Courses:

• Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos

Los cursos impartidos por Technical Courses están especialmente valorados por las empresas y estudiantes, por los siguientes motivos:

• Ponen a disposición de los estudiantes conocimientos a "nivel experto" por medio de cursos de corta duración que le permitan compatibilizarlos con una jornada laboral normal.
• Proporcionan a los alumnos la disponibilidad de realizar el curso en cualquier horario para mejor aprovechamiento de su tiempo. Los cursos está disponibles las 24 horas del día de lunes a domingo.
• Disponibilidad para realizar el curso desde cualquier lugar del mundo, con tan solo disponer de acceso a internet.
• Proporcionan cursos a costes razonables que los hacen asequibles para estudiantes con limitados recursos económicos. Hay que valorar también que con la formación online se eliminan costes adicionales que se tendrian en cursos presenciales (desplazamientos, dietas, estancias, tasas, impuestos, etc).

 

VIDEOS:

ENLACES:

• Sistemas auxiliares en motores diésel marinos 
• Motores 2T con control electrónico
• Motorista Teórico Práctico - Valle Collantes
• Motor de media velocidad Barreras-Deutz RBV12-350
• Comparativa del motor FM 38-D8-1/8 frente a sus rivales
• Sulzer serie RD
• MAN de la serie KSZ
  
• MAN 7L 32-40
  
• Historia de los Motores Sulzer
• Motor diésel lento MAN B&W ME-LGI
  
• Comparación de combustibles del futuro para motores marinos

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)

CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:

Si desea recibir cursos de  formación relacionados con esta temática, le recomendamos el curso de Technical Courses:

• Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos

Los cursos impartidos por Technical Courses están especialmente valorados por las empresas y estudiantes, por los siguientes motivos:

• Ponen a disposición de los estudiantes conocimientos a "nivel experto" por medio de cursos de corta duración que le permitan compatibilizarlos con una jornada laboral normal.
• Proporcionan a los alumnos la disponibilidad de realizar el curso en cualquier horario para mejor aprovechamiento de su tiempo. Los cursos está disponibles las 24 horas del día de lunes a domingo.
• Disponibilidad para realizar el curso desde cualquier lugar del mundo, con tan solo disponer de acceso a internet.
• Proporcionan cursos a costes razonables que los hacen asequibles para estudiantes con limitados recursos económicos. Hay que valorar también que con la formación online se eliminan costes adicionales que se tendrian en cursos presenciales (desplazamientos, dietas, estancias, tasas, impuestos, etc).

ENLACES RECOMENDADOS:

• EL MOTORISTA TEÓRICO Y PRÁCTICO (Editorial Valle-Collantes - 1958)
  
• Motor de media velocidad Barreras-Deutz RBV12-350
• Comparativa del motor FM 38-D8-1/8 frente a sus rivales
• Sulzer serie RD
• MAN de la serie KSZ
  
• MAN 7L 32-40
  
• Historia de los Motores Sulzer
• Elementos de corte y protección en instalaciones eléctricas
• Intercambiadores de calor de carcasa y tubos 
• Reglaje de válvulas de un motor de cuatro tiempos marino 
• Compatibilidad de aceites lubricantes
  
• ¿Por qué cursos técnicos online?

 

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)

CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:

Si desea recibir cursos de  formación relacionados con esta temática, le recomendamos el curso de Technical Courses:

- Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos

ENLACES:

• Curso práctico de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel 
• Motor Wärtsilä 50 DF
• Motores marinos de baja velocidad modernos
• Motor de media velocidad Barreras-Deutz RBV12-350 
• 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)
  
  

Curso práctico de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel

Estimados lectores, me gustaría presentarles el Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos, que imparte en modalidad online la plataforma educativa Technical Courses.

El curso cuenta con 60 horas lectivas y su duración es de 2 meses (8 semanas), al finalizar el mismo se emitirá el correspondiente diploma-certificado para acreditar los conocimientos adquiridos.

 

El objetivo de este curso es capacitar al alumno para diagnosticar averías en motores diésel marinos, basándose en diferentes procedimientos de inspección, análisis, y actuaciones de mantenimiento predictivo, las cuales nos van a servir para conocer las condiciones en que se encuentra trabajando la máquina.

•   Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos

Los cursos impartidos por Technical Courses están especialmente valorados por las empresas y estudiantes, por los siguientes motivos:

• Ponen a disposición de los estudiantes conocimientos a "nivel experto" por medio de cursos de corta duración que le permitan compatibilizarlos con una jornada laboral normal.
• Proporcionan a los alumnos la disponibilidad de realizar el curso en cualquier horario para mejor aprovechamiento de su tiempo. Los cursos está disponibles las 24 horas del día de lunes a domingo.
• Disponibilidad para realizar el curso desde cualquier lugar del mundo, con tan solo disponer de acceso a internet.
• Proporcionan cursos a costes razonables que los hacen asequibles para estudiantes con limitados recursos económicos. Hay que valorar también que con la formación online se eliminan costes adicionales que se tendrian en cursos presenciales (desplazamientos, dietas, estancias, tasas, impuestos, etc).

ENLACES RECOMENDADOS:

• Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos
• ¿Por qué cursos técnicos online?
• 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

LINKS: 

- INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS LUBRICANTES EN MOTORES DIESEL

CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:

Si desea recibir cursos de  formación relacionados con esta temática, le recomendamos que realice los cursos de Technical Courses:

Technical Courses está especializado en la impartición de actividades formativas en todo el mundo, destinados a cubrir la necesidades de cualificación de personal técnico, nuestros cursos se encuentran estrechamente ligados a las tendencias del mundo laboral y las necesidades formativas de las empresas.

- Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diésel marinos