EXPERTO UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO PREDICTIVO Y DIAGNOSIS DE FALLOS

MANTENIMIENTO PREDICTVO EN MOTORES DIESEL DE TRACCIN SERIE 594

lvaro Herrera MartnezSeptiembre de 2009

NDICE

1.- Introduccin 2.- Equipo y parmetros de medicin 3.- Caso prctico 4.- Resumen de resultados 5.- Referencias

1.- Introduccin El mantenimiento de los motores diesel para uso ferroviario es,

tradicionalmente, costoso en cuanto a personal y medios, debido fundamentalmente al alto coste que supone tener un tren inmovilizado y al valor de los repuestos utilizados en los mantenimientos correctivo y preventivo si los comparamos con los motores de uso industrial o con los de transporte por carretera. Por todo esto, el uso del mantenimiento predictivo se est implantando de manera generalizada, ya que evita tanto el sobremantenimiento que significa la realizacin de mantenimiento preventivo como la intervencin sobre elementos que no necesitan reparacin alguna, y cuya manipulacin puede resultar contraproducente. En el caso concreto que nos ocupa, veremos cmo se realiza el mantenimiento predictivo sobre los motores de traccin de las unidades TRD de la serie 594, construidas por CAF para Renfe Media Distancia. En primer lugar presentaremos tanto los elementos de medicin como su instalacin, captacin y tratamiento de los datos, y en segundo lugar, presentaremos un caso prctico.

2.- Equipo y parmetros de medicin El equipo de medicin se compone de un mdulo electrnico de control y tratamiento de seales, un ordenador porttil para la gestin de los ensayos, y por ltimo, de una caja de conexiones y las sondas necesarias para la captacin de los datos a tratar.

Caja de conexin de las sondas

Ordenador y mdulo de control

Los elementos de medida con los que se cuenta son los siguientes: Sonda de medicin del rgimen del motor (sonda de deteccin del paso de los dientes del volante del motor):

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Pinzas piezoelctricas de inyeccin: para registrar la onda de presin en las tuberas de inyeccin:

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Pinza amperimtrica, para la medida de la intensidad en bateras y motor de arranque.

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Transductor de tensin, para la medida de la tensin de la batera o de cualquier otra tensin:

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Sonda de presin del crter:

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Sonda de temperatura de aceite:

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Sonda de presin de aceite:

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Sonda de presin del turbocompresor:

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Sonda de presin atmosfrica. Sonda de temperatura ambiente.

Con estos elementos se miden los siguientes parmetros:

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Medida de la potencia y par del motor mediante el mtodo de aceleracin libre. Tambin se registran las condiciones en que se ha realizado la prueba, como la temperatura del aceite del motor, la presin atmosfrica y la temperatura ambiental.

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Aportacin a la combustin de cada uno de los cilindros, mediante el anlisis del rgimen instantneo.

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Compresin relativa de los cilindros por dos mtodos diferentes: Medida de la intensidad consumida por el motor de arranque. Medida de las variaciones de rgimen durante el volteo sin combustin.

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Estabilidad del ralent del motor. Anlisis de inyeccin, calculando el avance y la duracin de la inyeccin de cada cilindro.

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Prueba de motor de arranque, bateras y alternador. En una misma prueba se obtienen parmetros caractersticos para el diagnstico de estos tres elementos del sistema elctrico.

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Medida de las presiones caractersticas de funcionamiento del motor, registrando sus valores mnimo y mximo as como la representacin grfica de sus variaciones en funcin del rgimen de giro del motor. Se puede medir (simultneamente) la presin de aceite, la presin de soplado del turbo y la presin de los gases del crter.

El tiempo de colocacin de las sondas es del orden de unos 10 a 15 minutos por motor (dependiendo de la accesibilidad de los motores y el nmero de sondas a colocar). La duracin de los ensayos es de unos 10 minutos una vez calentado el motor.

3.- Caso prctico A continuacin vamos a presentar un caso prctico de aplicacin del equipo de medicin en un motor diesel de traccin de una unidad 594.

Unidad 594

La unidad entra a taller, se apagan y dejan enfriar los motores y, una vez que se han medido las condiciones ambientales y se han colocado las diferentes sondas y sensores, se arranca el motor en el que se va a llevar a cabo la medicin hasta que alcance una temperatura normal de funcionamiento. Se comprueba que todos los elementos de medicin estn funcionando correctamente, y se procede a la grabacin de los datos segn requiera cada parmetro (ralent, rgimen mximo, volteo en vaco, giro del motor de arranque), obteniendo as el siguiente informe:

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Motor de arranque y batera:

Se representan las curvas de corriente y tensin durante el arranque del motor, y se comprueba si los valores mximos y mnimos durante el ciclo de arranque se encuentran dentro de los parmetros normales de funcionamiento.

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Compresin relativa rgimen

Se registra la compresin relativa de cada cilindro, por lo que se debe tomar uno como referencia (en este caso el cilindro n1, cuya compresin relativa ser, por tanto, igual a la unidad), y respecto a ese valor se miden los dems.

Se representan los resultados en porcentajes, en grfico rpm/grados y en un diagrama polar.

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Presiones

Con los sensores de presin que se han colocado se toman valores de presin de aceite, presin en el crter y en el turbocompresor:

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Potencia y par

Se obtienen las curvas de par y potencia reales del motor y se comprueba su similitud con la terica ofrecida por el fabricante:

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Inyeccin:

Se comprueba el estado de la inyeccin de los seis cilindros sin necesidad de desmontar inyectores para tararlos en el banco de ensayo: Temperatura aceite = 63 Cilindro Avance () Duracin () 1 16 15.2 2 16.6 14.1 3 16.5 14.1 4 14.3 14.1 5 15.5 14.1 6 16.4 15.1

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Estabilidad del ralent:

Se mide la estabilidad del ralent calculando la variacin del rgimen en un tiempo determinado:

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Aportacin de la combustin

De la misma forma que se midi la compresin relativa de cada cilindro, se mide la aportacin de cada cilindro a la combustin total. Se toma, por tanto un cilindro como referencia (en este caso, cilindro n5), para tomar las dems medidas relativas a l. De nuevo se representan los grficos en porcentajes, rpm/grados de giro del motor y diagrama polar:

4.- Resumen A modo de resumen, se presenta el conjunto de datos obtenidos, para as poder revisar el estado del motor en su conjunto y tomar las medidas oportunas en aquellos puntos que lo requieran, evitando tener que intervenir all donde el funcionamiento es correcto: - Motor de arranque y batera (Se indica el valor obtenido, y entre parntesis los valores considerados normales):

Temperatura prueba arranque (C) = 51 Tensin Inicial Arranque (V) = 25.0 (21 a 28) Intensidad Mxima Arranque (A) = 1179 (1200 a 2100) Tensin Mnima Arranque (V) = 17.5 (13 a 20) Potencia Mxima Arranque (W) = 20870 (20 a 30 kW) Resistencia de Arranque (Ohmios) = 0.015 (4 a 15 mOhm) Impedancia de Bateria (Ohmios) = 0.006 Intensidad Mnima Arranque (A) = 22 Tensin Final Arranque (V) = 24.2

Los puntos a revisar en caso de valores anormales son: motor de arranque (desmontaje y medicin) y bateras (elementos de batera y electrnica de carga). - Compresin relativa rgimen:Temperatura prueba compresion relativa rgimen (C) = 78 Cilindro 1 rgimen = 100 Cilindro 2 rgimen = 91 Cilindro 3 rgimen = 98 Cilindro 4 rgimen = 95 Cilindro 5 rgimen = 96 Cilindro 6 rgimen = 95 Rgimen medio durante el arranque = 201 Tensin despus de voltear prueba rgimen (V) = 26.0

Para que la prueba de compresin relativa se considere correcta, debe verificarse que ninguno de los cilidros baje del 90% y que estn equiparados entre los pares (1-6 cilindros, 2-5 cilindros, 3-4 cilindros). Se observa que los valores son normales. Si no lo fueran, habra que intervenir sobre los elementos de estanqueidad de los cilindros (segmentos de los piestones, estanqueidad culata-bloque, etc.

- Presiones (Se indica el valor obtenido y el rgimen en el que se ha medido, y entre parntesis los valores considerados normales para ese rgimen):

Temperatura prueba presiones (C) = 29 Mxima Presin Aceite (kg/cm2) = 6.98 (hasta 9) Rgimen Mxima Presin Aceite = 2096 Mnima Presin Aceite (kg/cm2) = 2.95 (en torno a 3) Rgimen Mnima Presin Aceite = 832 Mxima Presin Turbo (kg/cm2) = 1.62 (>1.3) Rgimen Mxima Presin Turbo = 2112 Mnima Presin Turbo (kg/cm2) = 0.03 Rgimen Mnima Presin Turbo = 894 Mxima Presin Crter (mbar) = -25.18 (>-131) Rgimen Mxima Presin Crter = 854 Mnima Presin Crter (mbar) = -517.98 Rgimen Mnima Presin Crter = 2112

- Potencia y par:Temperatura al ralenti (C) = 80 Presin aceite al ralenti (kg/cm2) = 4.40 Temperatura atmsfera (C) = 29 Presin atmsfera (mbar) = 930 Inercia = 9.68 Potencia efectiva mxima (Kw) = 204 Rgimen Pe-max (rpm) = 1882 Potencia de perdidas mecnicas mxima (Kw) = 163 Rgimen Ppm-max (Kw) = 2055 Par mximo (Nm) = 1066 Rgimen par mximo (rpm) = 1672 Par de perdidas mecnicas mximo (Nm) = 761 Rgimen Mpm-max (rpm) = 2032 Potencia nominal (Kw) = 230 Rgimen potencia nominal (rpm) = 2100 Par nominal (Nm) = 1300 Rgimen par nominal (rpm) = 1200 Rgimen mximo = 2216 Rgimen mnimo = 979

Si los valores de potencia y par mximos difieren mucho de los tericos, se debe acudir a las dems pruebas realizadas en el motor para determinar qu elementos est provocando la prdida de potencia.

- Ensayo de inyeccin:Temperatura prueba presin inyeccin (C) = 63 Avance cilindro 1 = 16 Duracin cilindro 1 = 15.2 Avance cilindro 2 = 16.6 Duracin cilindro 2 = 14.1 Avance cilindro 3 = 16.5 Duracin cilindro 3 = 14.1 Avance cilindro 4 = 14.3 Duracin cilindro 4 = 14.1 Avance cilindro 5 = 15.5 Duracin cilindro 5 = 14.1 Avance cilindro 6 = 16.4 Duracin cilindro 6 = 15.1

Los valores normales para esta prueba son en torno a: 12 a 15 antes de PMS al ralent y duracin de la inyeccin entre 11 y 16 . - Estabilidad a ralent:Temperatura prueba estabilidad al ralenti (C) = 53 Rgimen medio ralent (rpm) = 902 Rgimen mximo ralent (rpm) = 904 Rgimen mnimo ralent (rpm) = 900 % Variacin vs rgimen medio = 0.4

Se mide a unas 900 rpm con una variacin de +/- 2%. Verificar, en caso de ser necesario, bomba de inyeccin y parmetros de ralent en la EDC.

- Aportacin de la combustin:Temperatura aceite = 60 Cilindro 1 rgimen instantaneo = 98 Cilindro 2 rgimen instantaneo = 88 Cilindro 3 rgimen instantaneo = 95 Cilindro 4 rgimen instantaneo = 98 Cilindro 5 rgimen instantaneo = 100 Cilindro 6 rgimen instantaneo = 97

Debe verificarse que no bajen del 85%, si no fuera as, revisar inyectores y bomba.

5.- Referencias Manual de Mantenimiento de Componentes unidades s/594 (C.A.F., Departamento de Ingeniera) Manuales motores de traccin s/594 (MAN) Instrucciones de operacin equipo de diagnosis de motores (Ingeniera de Traccin Diesel Sermanfer Grupo C.A.F.).