Trabajo de Investigación ANÁLISIS DE LOS EFECTOS DE FALLAS EN EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE UNA EXCAVADORA 336DL CAT INFORME Integrantes: Cortez Montañez, Enderson Manuel Ricse Aquino, Christian Jefferson Corcuera Cáceres, Jefferson Abelardo Rodas Rosas, Ciro Profesor a cargo: Latorre Boza, Juan Carlos Curso: Gestión de Mantenimiento Fecha de Inicio: 07 – 03 – 2015 Fecha de Entrega: 30 – 03 – 2015 Sección: C12 – IV – ABC
- 2015 – II -
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Gestión de Mantenimiento
I.
INTRODUCCIÓN En la actualidad se puede puede ver que en la minería se usan usan varios tipos de maquinarias que pueden ser usadas para diferentes funciones, ya sea de transporte, de arranque, de nivelación y de carga. En esta última, encontraremos encontrare mos a los cargadores, mini mini cargadores, excavadoras, excavadoras, retroexcavadoras retroexcavador as y volquetas. Las excavadoras, aunque más se acomodan más al grupo de maquinaria de corte, realizan mayormente la función de carga, aunque también hacen de arrastre de materia, todo ello gracias a sus sistemas que presentan. La Excavadora Cat 336DL está compuesta por sistemas fundamentales fundamental es para su funcionamiento, el sistema de motor es básicamente una de ellas y este, está compuesto por sub-sistemas tales como el sistema Admisión y de de escape, Sist. de lubricación, lubricación, Sist. Fijo y móvil, Sist. de de combustible, y el Sist. de refrigeració refrigeración. n. El sistema de refrigeració refrigeración n es necesario para eliminar el exceso de calor acumulado en el motor debido a las altas temperaturas generadas generadas por la quema de combustible, siendo así, su principal función el de mantener todos los componentes dentro del rango de temperatura brindados brindados en el diseño del motor, evitando la deformació deformación, n, agarrotamiento agarrotamien to y dilatación de las piezas móviles de esta misma. Es por ello que en este trabajo de investigación se analizara el funcionamiento funcionamiento del sistema de refrigeración, y los modos y efectos de fallas que sufre los componen componentes tes de este sistema.
Grafica 1. Excavadora frontal 336 DL
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Gestión de Mantenimiento
II.
Marco Teórico Sistema de Refrigeración Un sistema de enfriamiento a presión ofrece dos ventajas:
El de funcionar de manera segura a una temperatura mayor que el punto de ebullición normal del agua. Evitar la cavitación en la bomba de agua.
Este motor tiene un sistema de enfriamiento a presión que está equipado con una tubería de derivación. Por otra parte la cavitación es la formación súbita de burbujas de baja presión en los líquidos debido a fuerzas mecánicas. Es por ello la intervención del Sist. de refrigeración, refrigeración, ya que es menos probable que se formen burbujas de aire dentro de este sistema a presión. La tubería de derivación evita la cavitación por la bomba de agua también proporciona un flujo constante de refrigerante a la bomba de agua.
(1) Culata de cilindro (2) Caja del termostato de agua (3) Tanque de expansión (4) Manguera de derivación (5) Bloque de motor (6) Enfriador de aceite (7) Bomba de agua Grafica 2. Partes del sistema de refrigeración en el motor.
(8) Radiador (9) Tubería de derivación
La bomba de agua está ubicada en el lado derecho del bloque de motor y es impulsada por una correa movida por la polea del cigüeñal. El refrigerante puede entrar a la bomba de agua por tres lugares:
La admisión en la parte inferior de la bomba de agua La manguera de derivación ubicada en la parte superior de la bomba de
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Gestión de Mantenimiento
Se succiona el refrigerante de la parte inferior del radiador hasta la admisión inferior de la bomba a través de la rotación del rodete. El refrigerante sale por la parte trasera de la bomba e ingresa directamente a la cavidad del enfriador de aceite del bloque. Todo el refrigerante pasa a través del núcleo del enfriador de aceite y entra por el múltiple de agua interno del bloque de motor. El múltiple dispersa el refrigerante hacia las camisas de agua alrededor de las paredes de los cilindros. Desde el bloque de motor, el refrigerante ingresa a unos conductos en la culata de cilindro. Los conductos envían el flujo alrededor de los manguitos del inyector unitario, y los conductos de admisión y de escape. En este momento, el refrigerante ingresa a la caja del termostato del agua ubicada en el lado delantero derecho de la culata de cilindro. El termostato del agua controla el sentido del flujo. Cuando la temperatura del refrigerante sea inferior a la temperatura normal de operación, el termostato del agua se cierra. El refrigerante se dirige a través de la manguera de derivación e ingresa a la admisión superior de la bomba de agua. Cuando la temperatura del refrigerante alcanza la temperatura normal de operación, el termostato del agua se abre. Cuando el termostato se abre, la derivación se cierra. La mayor parte de la refrigerante pasa a través de la admisión de derivación hasta el radiador para el enfriamiento. El resto fluye a través de la manguera de derivación e ingresa a la bomba de agua.
Grafica 3. Motor de excadora frontal C9 acert
La tubería de derivación se extiende desde la parte superior de la bomba de agua hasta un tanque de expansión. Hay que instalar la tubería de derivación de forma apropiada para que no quede aire atrapado. Al suministrar un flujo constante de refrigerante a la bomba de agua, la tubería de derivación evita la
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Gestión de Mantenimiento
III. OBJETIVOS Objetivo General:
Analizar los diversos modos y tipos de fallas de los componentes del sistema de refrigeración.
Objetivos Específicos:
Analizar los criterios utilizados en una estrategia de mantenimiento. mantenimient o.
Evaluar el NPR de la Excavadora CAT 336DL
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Gestión de Mantenimiento
IV. Descomposición de la Excavadora 336DL EXCAVADORA HIDRAULICA CAT 336DL
MOTOR BASICO
SISTEMA DEL TREN DE RODAJE
SISTEMA HIDRAULICO
SISTEMA ELECTRICO/CONICO
CHASIS
ADMISION Y ESCAPE
tren de rodaje
BOMBA DE ACEITE
ARRANQUE
BASTIDOR
LUBRICACION
bastidor de rodillos
ACTUADORES
ALTERNADOR
HOJA METALICA
FIJO Y MOVIL
protector
TUBERIAS
BATERIA
PROTECTOR
COMBUSTIBLE
cadenas
TANQUE
ILUMINACION
PUERTA
REFRIGERACION
resorte tendor y ajustado de las cadenas
VALVULAS
SENSORES
CAJA-AIRE
Tabla 1. Descomposición de los sistemas de la excavadora frontal
6
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Gestión de Mantenimiento
O T N E I M A I R F N E E D A M E T S I S
BOMBA DE AGUA
Encargada de bombear el líquido refrigerante y hacerla circular por los conductos, pudiendo impulsar el líquido caliente hacia el radiador para que así se enfrié y entre nuevamente al motor disminuyendo la temperatura.
TERMOSTATO
Es una válvula térmica que se abre y cierra en función a la temperatura que adquiere el líquido refrigerante, y así poder hacer que el líquido circule por el radiador. Consta con un resorte lleno de un líquido volátil, que expandirá o contraerá el resorte dependiendo de la temperatura Unen los diferentes componentes de un circuito de refrigeración, conduciendo el refrigerante.
TUBERIAS-AGUA
Ej.: Radiador – culata o Bomba de agua – radiador
VENTILADOR
Produce corrientes de aire fría, succionándolo a través del núcleo o parte central del radiador, y así ayudarlo en la transferencia de calor.
Disipan el calor mediante el flujo de aire; El refrigerante caliente fluye hacia la entrada del radiador, pasando por una serie de tubos y aletas que disipan el calor del líquido, para así volverlo a circular .
RADIADOR
El líquido refrigerante es el medio que se utiliza para absorber calor desde el motor hacia la atmosfera utilizando el sistema de refrigeración.
ENFRIADOR
Tabla 2. Listado de componentes del sistema de enfriamiento
7
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V. DESCOMPOSICIÓN DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO/REFRIGERACIÓN 5.1. Bomba de Agua
Grafica 3. 3. Conju Conju nto d e bom ba de agua
Conjunto de eje (1) Rodete de bomba (2) Polea (3) Sello de la bomba de agua (4)
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5.2. Enfriador
Grafica 4. Grupo enfriador del aceite del motor
Empaquetadura (1) conjunto de de núcleo de enfriador de aceite (2)
5.3. Radiador
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Manguito (1) Buje de terminal (2) Válvula (3) Conjunto de tapón de radiador (4) Broche(5) Conjunto de núcleo del radiador (6) Conjunto de soporte (7-16) Aislador (8) Sello (9-10-11) Conjunto de cubierta protectora (12) Conjunto de posenfriador (13) Conjunto de bastidor (14) Conjunto de núcleo del enfriador de aceite (15) Placa (17) Arandela dura (18-24-28) Arandela (19) Perno (20-21-22-23-25-26) (20-21-22-23-25-26) Manguera de agua(27-27ª) agua(27-27ª )
5.4. Regulador de Temperatura
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5.5. Tuberías-agua
Grafica 7. Grupo de tuberías de agua del turbocompresor
5.6. Ventilador
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VI. Diagnóstico del sistema de enfriamiento Función
Fallo funcional
Componente
Modo de falla
Causas Desgaste normal. Tensado superior de la correa de servicio montada a la polea de la bomba.
Consecuencias
Fuga de refrigerante por el sello de la turbina.
Bomba de agua y accesorios del montaje
Desgaste de las aspas de la turbina de la bomba Vibraciones excesivas o desbalanceo en el soporte de la bomba.
Mantener la temperatura del motor en un nivel óptimo de trabajo
Termostato se mantiene atascado en abierto (líquido refrigerante circula de manera excesiva)
Sobrecalientamiento del motor
Cavitación, Corrosión
Desgaste del rodamiento del eje de la bomba de agua.
Oxido pegado en el resorte. Atascamiento de la la capsula en el filo por desplazamiento lateral.
Deformación del casco de la bomba. bomba.
Oxido pegado en el resorte. Atascamiento de la la capsula en el filo por desplazamiento lateral.
Tuberías – agua
Calor excesivo dentro de las mangueras. Mangueras reventadas.
12
Reducción del flujo del refrigerante. Reducción de la velocidad del enfriamiento del sistema.
Termostato Termostato se mantiene atascado en cerrado (refrigerante no circula lo suficiente)
Sobrecalentamiento del motor motor Reducción de la viscosidad del aceite (mayor desgaste).
Aceite metido accidentalmente al sistema de enfriamiento. Termostato en malas malas condiciones.
Insuficiencia en el Calentamiento Calentamiento del motor. El calentador no enviara aire caliente hacia el exterior. Exceso de temperatura y presión acumulada, ocasionando graves desperfectos en la junta de la culata. Continúas variaciones de temperatura temperatura del motor. Fugas de refrigerante desde el colector Excesivo consumo de combustible.
Mangueras desgastadas(con grietas) grietas) Fuga de refrigerante. Sobrecalentamiento de motor. motor.
No deja pasar el líquido refrigerante.
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Función
Fallo funcional
Componente
Modo de falla
Causas
Radiador bloqueado
Picadura en el panel del radiador.
Radiador
Mantener la temperatura del motor en un nivel óptimo de trabajo
Pérdida de Hermeticidad o fugas de agua localizadas en las juntas.
Sobrecalientamiento del motor
Ventilador
Periodos de activación y desactivación muy largos.
Partículas externas pegadas por salpicadura. Refrigerante inadecuado. Acumulación de exceso de suciedad en el interior. Mangueras y abrazadera sueltas o envejecidas Problemas de obstrucción en el circuito agua-motor Termostato o ventilador averiado Bomba de agua con aspas rotas. Eje de la bomba paralizado.
Bobina quemada Arnés desgastado Temperatura excesiva del motor.
Ventilador gire en sentido contrario Enfriador de aceite
Corrosión en las aletas de aluminio. Depósitos de sales del refrigerante.
Consecuencias
Polos conectados al revés(mal montaje)
Fuga interna
Corrosión del panal del enfriador.
Corrosión
Sales del refrigerante.
13
Obstruye el paso del refrigerante, (desgaste de componentes internos) Sobrecalentamiento del motor.
Disminución del rendimiento y funcionamiento del motor (aumento de la temperatura ocasionando imperfecciones en la culata). Sobrecalentamiento del motor. Ventilador gira libremente cuando el motor está apagado. Sobrecalentamiento del motor motor Perdida de rendimiento del motor. Sobrecalentamiento del motor.
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VII. Número de prioridad de riego riego de falla Formula: NPR = F x G x D NPR: Numero de prioridad de riesgo F: Frecuencia G: Gravedad D: Detección
Numero de Prioridades de Riesgo (NPR) Valores 1 2 3 4 5
F Imposible Remoto Ocasional Frecuente Muy frecuente
G Insignificante Moderado Importante Crítico Catastrófico
Leyenda: Fallas de mayor prioridad
D Probabilidad muy elevada Probabilidad elevada Probabilidad moderada Probabilidad escasa Probabilidad muy escasa
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– Análisis de NPR – Componente
Bomba de agua y accesorios del montaje
Termostato
Tuberías – Agua
Modo de falla Fuga de refrigerante por el sello de la turbina. Desgaste de las aspas de la turbina de la bomba Vibraciones excesivas o desbalanceo en el soporte de la bomba. Termostato se mantiene atascado en abierto (líquido refrigerante circula de manera excesiva) Termostato se mantiene atascado en cerrado (refrigerante no circula lo suficiente) Calor excesivo dentro de las mangueras. Mangueras reventadas.
Causas
F
G
D
NPR
Desgaste normal.
2
4
4
32
Tensado superior de la correa de servicio montada a la polea de la bomba.
2
4
4
32
Cavitación, Corrosión
3
3
4
36
Desgaste del rodamiento del eje de la bomba de agua.
2
4
4
32
Oxido pegado en el resorte
4
4
3
48
Atascamiento de la capsula capsula en el filo por desplazamiento lateral.
3
4
3
36
Oxido pegado en el resorte.
4
4
3
48
Atascamiento de la capsula capsula en el filo por desplazamiento lateral.
3
4
3
36
Aceite metido accidentalmente accidentalmente al sistema de enfriamiento.
2
3
4
24
Termostato en malas condiciones.
3
5
2
30
Corrosión en las aletas de a luminio.
2
3
3
18
Depósitos de sales del refrigerante.
3
3
3
27
Partículas externas pegadas por salpicadura.
3
3
2
18
Radiador bloqueado
Picadura en el panel del radiador.
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VIII. Mantenimiento en el sistema de refrigeración 8.1.
PRUEBA DE PRESION: La prueba de presión en todo el sistema ayuda a localizar las fugas externas. Las fugas internas se evidencian en el probador, por una caída en la presión en el probador. Para fugas externas se debe inspeccionar todos los componentes del sistema de enfriamiento mientras se encuentre presurizado (en temperatura constante). La tapa del radiador o la tapa del vaso de expansión se deben probar por presión para asegurarse que mantendrá la presión de diseño del sistema y abrirá a la presión especificada. Una tapa que no mantenga la presión a la cual fue diseñada hace que el líquido refrigerante tenga una temperatura de ebullición más bajo, ocasionando sobrecalentamiento en el motor.
8.2.
VENTILADOR: Si el ventilador no funciona, se debe verificar si el fusible está quemado, si existe fallas en el interruptor revelador de temperatura, verificar la conexión a tierra del motor. Para verificar la operación del ventilador se debe aplicar directamente el voltaje requerido al motor del ventilador y si funciona el problema se encuentra en los elementos del circuito de suministro eléctrico.
8.3.
TERMOSTATO: El termostato debe permanecer cerrado hasta que el motor se caliente a la temperatura de trabajo y abrir completamente alrededor de los 10ºC por encima de la temperatura marcada del termostato. Si el termostato no abre en las especificaciones requeridas se debe cambiar.
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IX. Conclusiones
Se analizó los diversos modos y tipos de fallas de los componentes del sistema de refrigeración, concluyendo que los componentes que poseen más probabilidad probabilidad de falla son: El Termostato, El radiador y el Enfriador de agua
Se concluyó concluyó que si un un motor sufre sufre un sobre-recalentamiento sobre-recalentamiento,, esta afectara afectara a los demás componentes del motor sufriendo perdida de potencia.
Se concluyó que las fallas más frecuentes frecuent es se encuentran en el termostato, termosta to, ocasionando grandes pérdidas de rendimiento a la máquina.
Las fallas que mayor sufre el radiador es por la pérdida de hermeticidad o fugas del refrigerante en las juntas, ya sea por el termostato averiado o problemas con la bomba de agua.
Se analizó analizó que el problema más recurrente de la bomba, se encuentra encuentra en las
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X. Referencias
Siscat(2012). Recuperado Recuperado el 03-2015 de: https://sis.cat.com/sisweb/servlet https://sis.cat.com /sisweb/servlet/cat.cis.sis.PController /cat.cis.sis.PController.CSSISConfigServ .CSSISConfigServ let
Manual de Taller Sierra(Junio 1984). Recuperado el 03-2015 de: http://www.fordsierranet.com.ar http://www.fordsie rranet.com.ar/Fotos/05_Sistema_ /Fotos/05_Sistema_de_Enfriamien de_Enfriamiento.pdf to.pdf
Maquinas Térmicas I (2001). Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Nordeste. Recuperado el 03-2015 de: http://ing.unne.edu.ar/pub/refrigeracion_y_lubr_motores.pdf
Solucionar problemas de maquinaria(08-13). maquinaria(08-13). Recuperado el 03-2015 de: http://solucionar-problemas-maquinaria.blogspot.co http://solucionar-problema s-maquinaria.blogspot.com/2013/08/siste m/2013/08/sistemasmasde-refrigeracion-del-motor-otto.html