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Análisis de Fallas. Turbocompresor.pdf

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Análisis de Fa.llas

H DINAr DIESEL """~I~~

111

Turbocompresor

Indice

Turbosobrealimentando .. ,.........

Turbosobrecompresor ,...,............

Esquemadelturbocompresor ....................................

Antesdeempezar..............................................

Fallas del turbocompresor . . .. .. . . . . ., . . . . .,. . . . .. . . . . . . . . .. . . . .

Problemasenelfuncionamiento ..""""""""""""""""

Fugasdeaceite ,.....

Fallas mecánicas ,.......

Instalación del turbocompresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .

Página

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TURBOSOBREALlMENT ANDO

Como resultado de las modernas condiciones de operación y requerimientos que seestán haciendo cada día más severas, los turbocompresores se apl ican en un gran porcentajede motores diese/. Las principales ventajas de usar el turbocompresor son:

. MEJOR RENDIMIENTO

. MENOR DENSIDAD EN EL HUMO DEL ESCAPE

. ECONOMIA MEJORADA,EN EL FUNCIONAMIENTO

. COMPENSACION EN LA ALTURA

El turbocompresor aprovecha la energía de los gases del escape del motor paraimpulsar un compresor centrifugo conectado al sistema de admisión, que abastece de airebajo presión a los cilindros del motor. El aire a presión suministrado a los cilindros aumentaen peso durante la carrera de admisión y mejora el proceso de la combustión al compararlocon el motor de aspiración natural, disminuyendo asi los efectos de la altura en el funcio-namiento del motor.

ELTURBOCOMPRESOR

Los turbocompresores aportan beneficios; no hay que olvidar que son conjuntosadicionales del motor que requieren también mantenimiento y servicio.

Los turbocompresores operan a temperaturas arriba de 538°C (1,OOO°F)ya velo-cidades de rotación de casi 100,000 RPM. Lo anterior deberá ser considerado en la repara-ción del turbocompresor, y el técnico deberá trabajar no con menos delicadeza que cono-cimientos.

RECUERDE:

Determinar y corregir la causa de la falla es más importante que efectuar la repa-ración misma del turbocargador. Fallar al determinar la causa, dará por resultado repeticiónde fallas y esfuerzos inútiles.

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TERMINas

1.-2.-3.-4.-5.-6.-7.-8.-9.-

10.-11.-12.-13.-14.-15.-

CojineteTornillo abrazaderaAlojamiento del compresorAlojamiento de la turbinaAbrazadera en "V"Porta-coj ineteInserto cojineteRondana de seguridadPlaca de identificaciónTuerca auto-blocanteAnillo "O" de la turbinaPlaca sello aceiteTurbina y flechaManguitoRondana de empuje

16.-17.-18.-19.-20.-21.-22.-23.-24.-25.-26.-27.-28.-29.-30.-

Tornillo placa de identificacSelloAnillo selloPlacaConexión vaciado aceite

Tubo salida escapeAbrazaderaConexión entrada aceiteTubo entrada aceiteJuntaTuercaTurbina del compresorEmpaqueAnillo "O"

Empaque

ANTES DE EMPEZAR

Un estudio sistemático es importante al anal izar una falla. Unos cuantos minutos quese tomen en el anál isis pueden ahorrar una gran cantidad de tiempo en todo el trabajo.

Siga este procedimiento al analizar las fallas:

Asegúrese de que entiende la queja

Obtenga todos los detalles involucrados y asegúrese que usted y la persona que sequeja están usando la misma terminolog(a.

Cerciórese de la queja

¿La apariencia y/o el funcionamiento del turbocompresor confirman la quejaoriginal?

Asegúrese que el problema es del turbocompresor

A veces las reparaciones se efectúan en los turbocompresores cuando el problema nose debe al turbo, pero puede deberse a otro mal funcionamiento tal como tubos de venti-lación tapados, tuber(as de aceite deterioradas o fugas de aceite que aparecen en otrospuntos.

ASEGURESE DE QUE LA CAUSA DE LA FALLA ESTE CORREGIDA ANTES

DE VOLVER A INSTALAR EL TURBOCOMPRESOR.

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FALLAS DEL TURBOCOMPRESOF

Cualquier falla del turbocompresor se encontrará en uno

o Problemas de funcionamiento

o Fugas

o Fallas mecánicas

El daño progresivo de cualquiera de las fallas arriba aláreas, pero la falla inicial, por lo usual, se puede circunscribirarriba anotados. Cada uno de éstos son tratados en detalle en se

Cada grupo de fallas puede ser desglosado como sigue:

. Manode Obra

Sellos mellados, conexiones flojas,tuerca de seguridad del rotordemasiado apretada, tornillos de laabrazadera en "V" con apriete ex-cesivo

. Material

Porosidad, anillo "O" deteriorado,picadura debido al carbón.

. Mantenimiento

Purificadores del aire restringidos,las aspas de la turbina del compre-sor sucias de aceite proveniente delpurificador del aire.

. Aplicación

Tubería del drenaje mal colocada,tubería del aceite lubricante insta-lada muy cerca del múltiple deescape y el aislante cortando lasuniones de la manguera.

PROBLEMAS EN EL FUNCIONAMIENTO

Cuando se recibe una queja de alta temperatura del escape, humo excesivo o bajapotencia en relación con una falla del turbocompresor, una o más de las irregularidades quea continuación se indican pueden ser causa del mal funcionamiento y/o fallas subsecuentes.Las deficiencias por estas causas deberán corregirse antes de volver a instalar o reemplazar elturbocompresor.

A. Restricción excesiva del aire

A-l. Los elementos, cartuchos y mallas tapadas son responsables de un pobremantenimiento del purificador del aire.

A-2. Tubeda del tamaño inadecuado o restricciones tales como dobleces exce-sivos de la tubeda que conecta el purificador del aire dentro del sistema de'."admisión del mismo.

8. Fugas de aire

8-1. Fugas en las conexiones de las mangueras o en la tuber(a soldada entre elcompresor y el motor.

8-2. Fugas de aire por cuarteaduras en el alojamiento del compresor.

C. Fugas del escape

C-l. Fugas por cuarteaduras en el alojamiento de la turbina debido a un esfuerzotérmico o temperaturas extremas.

C-2. Fugas en áreas entre el motor y el alojam lento de la turbina, tales como en elmúltiple, junta del múltiple de salida o cuarteaduras en la brida del aloja-miento.

D. Excesiva tolerancia

Como resultado del desgaste por el funcionamiento (daños o erosión) la toleran-cia entre las aspas de la turbina V su alojamiento, puede aumentar más de loespecificado. La tolerancia radial en el área del compresor se deberá comprobarsegún se describe en el Manual de Taller del Turbocompresor T-50.

FUGAS DE ACEITE

En todos los casos reportados de fugas de aceite, se deberá determ inar si la fuga es externa ointerna en relación con el turbocompresor. Una interpretación errónea de la fuga externa resultamuchas veces en quitar y reconstruir totalmente el turbocompresor innecesariamente. No hay nin-guna razón para desarmar el turbo si el problema se puede corregir limpiando el exterior del mismoy corrigiendo la fuga.

DE SER POSIBLE, PONGA A FUNCIONAR ElMOTOR ANTES DE QUITAR El TURBO-COMPRESOR y COMPRUEBESI NO HAY FU-GAS EXTERNAS

~ FUGAS EXTERNAS DE ACEITE

A. Aparición de aceite en el área de laabrazadera.

El aceite en el áreade la abrazaderaen "V" a menudo da la impresión de fu-gas internas del turbocompresor, peropuede resultar de fugas externas entrela conexión de entrada del portacojinetey/o la conexión de la manguera de en-trada.

'Deberán seguirse cuidadosamentelas recomendaciones del fabricante de lamanguera y de la conexión. El manteni-miento correcto eliminará las fugas.

4B. Aceite en el exterior del alojamientodel turbocompresor

B-1. la transminación del aceite deuna manguera de entrada, también sepodrá detectar desde el exterior del tur-bocompresor.

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Fuga de aceite.

Manguera deteriorada.

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Fugas externas de aceite.

Señales de aceite en el alojamiento.

B-2. Las fugas de aceite de las áreascerca del turbocompresor tales como elenfriador del aceite, junta de cabeza ysellos delanteros pueden ser proyectadassobre el turbocompresor por la circula-ción del aire.

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C. (Abajo) Aceite acumulado en el áreade la abrazadera en "V".

Las fugas por las conexiones de dre-naje flojas aparecen en el área de la abra-zadera en "V" y el aceite acumulado seescurrirá por la manguera de drenaje ygoteará en el bastidor. Algunas aplica-ciones usan varias conexiones en la tube-ría de drenaje y éstas también pueden serla causa de las fugas externas.

LAS CONEXIONES DE DRENAJE DEBRONCE SELLADAS CON CINTA TE-FLON y APRETADAS A LAS ESPECI-FICACIONES CORRECTAS DEBERANUSARSE EN TODAS LAS APLICA-CIONES.

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Fugas por la manguera de drenaje,

FUGA INTERNA DE ACEITE

Esta trasminación ~s mayor a las máximas RPM del motor sin carga y a las velocidades deholgar bajas; en talescqhdfoi1}nes se forma un ligero vado justo detrás de la turbina. La trasminahción al funcionar es noEmal V,no se deberá considerar como una fuga del sello que requiere repara-ción.'

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Las fugas totales se Qerciben por los depósitos de aceite húmedo y fresco en el espiral delcompresor y en el tub0-tranwer,sal del aire. La presencia de una película húmeda en estos lugaresno es un indicio de fuga'perju&cial del sello.

A. Además de la trasminación interna normal, eventualmente el turbocompresor tendrá evidencias

de fugas internas que realmente pueden ser causadas por problemas externos. Por ejemplo, elaceite que se puede arrastrar del purificador del aire del tipo de baño de aceite a veces penetraen el turbo por la toma de aire, notándose depósitos aceitosos en el alojamiento del compresor y

en las conexiones transversales. Puestoque el origen de tales depósitos provienedel purificador, se pueden observar cos-tras en las aspas de la turbina del com-presor.

Aceite arrastrado desde el purificador de aire.

C. La causa mas común de la fuga deaceite del sello de la turbina se originadebido a que el portacojinete se ane-ga, Lo anterior es causado por la pre-sión del cárter, tubeda del aceite res-tringida o por la mala colo'cación dela tubeda de drenaje. La tubeda dedrenaje nunca deberá ser de más de30° de la posición vertical. La fun-ción del anillo en el extremo de laturbina de la flecha es evitar el pasodel gas de escape hacia el turbo enlugar de prevenir el escurrimiento delaceite.

La fugq permitidg por un sello dañado

no a'p~rece en las ~spas de la turbina delcompresor.

B. Los purificadores del aire con restric-ciónes también pueden causar que unbuen sello tenga fugas debido al altovado creado por la restricción.

Alojamiento anegado y manguera dañada.

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D. Las fugas del sello del compresor re-,sultan por:

D-1. Deterioración del anillo "O" inter-

no, que puede deberse a los parosdel motor muy cal ¡ente o quemadoqu ímicamente por los contaminan-tes del aceite lubricante.

D-2. El endurecimiento del anillo "O",bajo estas condiciones causa que lacara del sello de carbón se pegue, locual impide un sellado eficaz entrela misma y la arandela de empuje.

Sello carcomido.

Sello con cara maltratada.

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Corte del sello mostrando el anillo "O"

D-3. El carcomido de la cara del sello decarbón debido a la humedad en elaceite lubricante, causará la trasmi-nación del aceite.

D-4. Propiciará una fuga interna tambiénla cara maltratada del sello de car-bón al armarse.

EI aceite que se fuga por este se-llo aparece en la parte posterior de lasaspas del compresor y se proyecta en elalojamiento y luego pasa al multiple delmotor.

E. La fuga por el anillo "O" de la cubier-ta del sello del aceite resulta de:

E-l. Deterioración del anillo "0" debido

al paro del motor muy caliente o ala reacción qu ímica por los conta-minantes del aceite lubricante.

E-2. La mutilación del anillo "0" duran-

te el armado.

Anillo "O" exterior del porta-cojinete.

G. Las fugas por el sello del extremo dela turbina resultan de:

G-l. Excesiva contra-presión del cárter,revise si los tubos de respiración y

de aspiración tienen restricciones.

G-2. Tubería de drenaje del aceite del

tubo restringida.

G-3. Deterioro completo del anillo de ti-

po de pistón y/o el área raspada delsello del portacojinete.

,'~Placa sello de aceite con anillo "O" dañado.

F. Trasminación desde el alojamiento delcompresor hacia afuera del portacojinetedebido al daño del anillo "O" exteriordurante el armado o durante la rotación

del alojamiento del compresor.

NOTA: Para evitar dañar el anillo "0",

el alojamiento del compresor deberá qui-tarse para colocarlo en lugar de rotarloen el portacojinete.

Rotura del anillo de sellado.

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A. Deforrm¡ción del portacojinete.

FALLAS MECANICAS

Esta queja muchas veces se origina debido a las abrazaderas tipo "V" flojas. El juego es cau-sado por la deformación de la ceja del tope de la turbina en el portacojinete y el movimiento conse-cuente de las superficies de la abrazadera.

A-1. Las altas temperatu ras de funciona-miento causan la deformación delmaterial de aluminio del portaco-jinete. Las temperaturas excesivaspueden ser causadas por los purifi-cadores de aire restringidos, fugasen los sistemas de admisión y de es-cape y las condiciones extremas defuncionamiento.

A-2. El apriete excesivo causa la defor-mación de la abrazadera tipo "V" yla alta carga de la unidad de la cejade tope del portaco jinete. Las abra-zaderas tipo "V" no se deberán devolver a apretar después de quehaya funcionado el turbocargador.Si se aflojan, deberá desarmarse elturbocompresor y determinarse lacausa por la que se aflojaron.

Deformación del porta-cojinete.

A-3. El aflojamiento de los tornillos de la abrazadera tipo "V" puede deberse al uso de tornillos ytuercas no autorizados. Los tornillos y tuercas que se surten con el turbocompresor están dise-ñados para resistir sus condiciones de funcionamiento, el uso de otros tipos puede dar por re-sultado fallas en el mismo.

Deformación en la caja de tope.

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A-4. Un peso excesivo sin soporte sus-pendido desde el alojamiento delcompresor puede dar como resul-tado una carga extrema en la ceja'de tope deI portaco jinete y la des-viación consecuente de la direc-ción de la fuerza.

B. Cuarteadura del alojamiento de la turbina.

La cuarteadura del alojamiento de la turbina puede derivarse de materia extraña que penetraen el alojamiento, temperatura excesiva o esfuerzo térmico. Sin embargo, cada causa puede seridentificada por el modo Hpico de la falla.

B-1. En algunos casos aparece un desgas-te lento del alojamiento que even-tualmente termina en la ruptura delárea de la periferia donde el desgas-te es mayor. (Vea el inserto supe-rior) .

El daño del alojamiento de la turbi-na puede también ocurrir cuando elmaterial absorbido en el múltiple deescape golpea contra el alojamientocal iente y es proyectado a través deél por la fuerza centrffuga. (Ver in-serto inferior).

B-2. El esfuerzo térmico se presenta poruna cuarteadura que aparece en lasección final del alojamiento de lacurva. Esta no es perjudicial mien-tras no se presente la evidencia defugas del escape.

B-3. Las cuarteaduras producidas portemperaturas extremas son recono-cibles por otras, semejantes a un pe-lo en la superficie de la curva. Lasaltas temperaturas pueden ser causa-das por fugas de escape y de adm i-sión, exceso de combustible, uso delturbocompresor equivocado para elmotor o abuso del turbocompresor,especialmente a mayores alturas so-bre el nivel del mar. Las altas tem-peraturas también pueden originar-se debido a aspas del compresor su-cias por el aceite del purificador delaire del tipo de baño de aceite.

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- Note la alteración del color debido a calentamiento-en la flecha de la turbina.

Falla de los cojinetes de empuje de la turbina.

Cojinetes de empuje del compresor desgastados.

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C. Las fallas del cojinete por lo general sedeben a la falta de lubricación que puederesultar por lo siguiente:

C-1. Omitir la pre-Iubricación del turbodespués de una reparación o largosperíodos de almacenamiento.

C-2. Tubería de entrada de aceite res-tringida.

C-J. Operar el turbo a alta velocidadinmediatamente después del cambiode aceite y del filtro.

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C-4. Falla en el sistema de lubricacióndel motor.

C-5. Temperaturas excesivas que causanel deterioro de la pel ícula de aceite.

C-6. Tolerancia incorrecta.

El cojinete que se usa es de largaduración, siempre que se mantenga unabastecimiento adecuado de aceite.Cuando, por cualquiera de las razonesarriba mencionadas, la lubricación es ina-decuada, el cojinete empieza a pegarse yel esfuerzo se manifestará primero en laceja de empuje de la turbina. Progresaráhasta el desgaste de la superficie de em-puje del compresor hasta la destrucciónde la ceja del cojinete. Tal daño puedeocurrir en cuestión de segundos debidoal calor excesivo y las velocidades de ro-tación de la flecha.

D. Las aspas del compresor y/o de la tur-bina hacen contacto contra el alo-jamiento del compresor o de la turbina.

Cuando una de las aspas hahecho contacto con el alojamiento, elmal funcionamiento puede verse en ladeformación del alojamiento del cojinetecomo se describe en la página o al juegolongitudinal del conjunto de la flecha.

Daños por arena a presión.

Empaque de teflón.

Aspas de turbinas.

E. Roce excesivo de la ceja del cojinetey/o ruido excesivo del turbo causado porel desbalanceo.

E-1. La falta de balanceo es causado porvolver a usar aspas dañadas o desba-lanceadas, debido a que se ha qui-tado material por procedimiento delimpieza no autorizados. Los proce-dimientos de arena a presión nuncadeberán usarse para Iimpiar las as;:pas del compresor ya que se puedealterar el balanceo y las tolerancias.El uso de un solvente limpiador esel único procedimiento autorizadopara la limpieza.

E-2. La omisión del empaque de teflóndel cojinete durante el armado darápor resultado a un excesivo roza-miento de la brida del cojinete se-gún se muestra en la página .14letra C.

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Daños en la turbina compresor,

Daños en la turbina.

G. Distorsión de la rondana de empujecausadapor apriete excesivode la tuercade la flecha. Aqu í la dilatación por logeneral permite que se escurra el aceitedentro del área de las aspasdel compre-sor.

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F. El daño a las aspas de la turbina y delcompresor donde no hay evidencia decontacto con los alojamientos es eviden-temente causado por materia extraña

que entra en el turbocompresor.

Tal daño invariablemente será causadopor un error humano. Alguna pequeñapieza metálica dejada en la tubería deadmisión dañará las aspas del compresor(superior izquierdo) y si se deja en elmúltiple dañará las aspas de la turbina(inferior izquierda).

Distorsión en la rondana de empuje.

PUNTOS A RECORDAR AL INSJALAR UN TURBOCOM-PRESOR RECONSTRUIDO O REEMPLAZARLO . . .

. Revise el turbocompresor, múltiple de escape y sistema de admisión del aire paraver si no hay materia extraña.

. Revise si no hay restricciones en el sitema de admisión o de escape. Revise el

purificador del aire del tipo de baño de aceite, para ver si no hay evidencia~efugas de aceite y corrija la causa. ,.

. Revise los elementos del respiradero del cárter y los tubos de admisión para ver sino hay restricciones. También, revise la tubería de drenaje del turbo y el ángulode la conexión. Repare o reemplace según sea necesario.

. Instale el turbocompresor, conecte la tubería de drenaje y pre-Iubrique el turbo-compresor por la grasera antes de conectar la tubería de entrada del aceite.

. Asegúrese de que haya presión de aceite del motor antes de acelerar el motorarriba de la marcha lenta.

. Si la abrazadera tipo "V" ha sido aflojada para colocar el turbo en el motor,asegúresede que se haya apretado a susespecificaciones.

EL PROBLEMA MAS COMPLEJO NO DESCANSA EN REPA-RAR LA PIEZA QUE FALLO, SINO EN DETERMINAR YCORREGI R LA CAUSA DE LA FALLA.

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DINA CAMIONES, S. A. de C. V.SUB-OIRECCION OE POST-VENTA

DEPARTAMENTO DE LITERATURA E INFORMACION TECNICAMANUAL No. 05-7

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IMPRES9 EN MEXICO POR:

SER VICIOS ALIMENTICIOS DINA, S. A. de C. V.

Traducción directa al español y reimpresión del

BoletínCummins No. 985568

por cortesía de Cummins Engine Co., Inc.

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