Mantenimiento Predictivo en Motores Diesel de Traccion Serie 594

EXPERTO UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO PREDICTIVO Y DIAGNOSIS DE FALLOS

MANTENIMIENTO PREDICTVO EN MOTORES DIESEL DE TRACCIÓN SERIE 594

Álvaro Herrera Martínez Septiembre de 2009

ÍNDICE

1.- Introducción 2.- Equipo y parámetros de medición 3.- Caso práctico 4.- Resumen de resultados 5.- Referencias

1.- Introducción 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 está implantando de manera generalizada, ya que evita tanto el sobremantenimiento que significa la realización de mantenimiento preventivo como la intervención sobre elementos que no necesitan reparación alguna, y cuya manipulación puede resultar contraproducente. En el caso concreto que nos ocupa, veremos cómo se realiza el mantenimiento predictivo sobre los motores de tracción de las unidades TRD de la serie 594, construidas por CAF para Renfe Media Distancia. En primer lugar presentaremos tanto los elementos de medición como su instalación, captación y tratamiento de los datos, y en segundo lugar, presentaremos un caso práctico.

2.- Equipo y parámetros de medición El equipo de medición se compone de un módulo electrónico de control y tratamiento de señales, un ordenador portátil para la gestión de los ensayos, y por último, de una caja de conexiones y las sondas necesarias para la captación de los datos a tratar.

Caja de conexión de las sondas

Ordenador y módulo de control

Los elementos de medida con los que se cuenta son los siguientes: -

Sonda de medición del régimen del motor (sonda de detección del paso de los dientes del volante del motor):

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Pinzas piezoeléctricas de inyección: para registrar la onda de presión en las tuberías de inyección:

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Pinza amperimétrica, para la medida de la intensidad en baterías y motor de arranque.

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Transductor de tensión, para la medida de la tensión de la batería o de cualquier otra tensión:

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Sonda de presión del cárter:

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Sonda de temperatura de aceite:

-

Sonda de presión de aceite:

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Sonda de presión del turbocompresor:

-

Sonda de presión atmosférica.

-

Sonda de temperatura ambiente.

Con estos elementos se miden los siguientes parámetros:

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Medida de la potencia y par del motor mediante el método de aceleración libre. También se registran las condiciones en que se ha realizado la prueba, como la temperatura del aceite del motor, la presión atmosférica y la temperatura ambiental.

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Aportación a la combustión de cada uno de los cilindros, mediante el análisis del régimen instantáneo.

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Compresión relativa de los cilindros por dos métodos diferentes: Medida de la intensidad consumida por el motor de arranque. Medida de las variaciones de régimen durante el volteo sin combustión.

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Estabilidad del ralentí del motor.

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Análisis de inyección, calculando el avance y la duración de la inyección de cada cilindro.

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Prueba de motor de arranque, baterías y alternador. En una misma prueba se obtienen parámetros característicos para el diagnóstico de estos tres elementos del sistema eléctrico.

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Medida de las presiones características de funcionamiento del motor, registrando sus valores mínimo y máximo así como la representación gráfica de sus variaciones en función del régimen de giro del motor. Se puede medir (simultáneamente) la presión de aceite, la presión de soplado del turbo y la presión de los gases del cárter.

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

3.- Caso práctico A continuación vamos a presentar un caso práctico de aplicación del equipo de medición en un motor diesel de tracción 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 medición hasta que alcance una temperatura normal de funcionamiento. Se comprueba que todos los elementos de medición están funcionando correctamente, y se procede a la grabación de los datos según requiera cada parámetro (ralentí, régimen máximo, volteo en vacío, giro del motor de arranque…), obteniendo así el siguiente informe:

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Motor de arranque y batería:

Se representan las curvas de corriente y tensión durante el arranque del motor, y se comprueba si los valores máximos y mínimos durante el ciclo de arranque se encuentran dentro de los parámetros normales de funcionamiento.

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Compresión relativa régimen

Se registra la compresión relativa de cada cilindro, por lo que se debe tomar uno como referencia (en este caso el cilindro nº1, cuya compresión relativa será, por tanto, igual a la unidad), y respecto a ese valor se miden los demás.

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

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Presiones

Con los sensores de presión que se han colocado se toman valores de presión de aceite, presión en el cárter 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 teórica ofrecida por el fabricante:

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Inyección:

Se comprueba el estado de la inyección de los seis cilindros sin necesidad de desmontar inyectores para tararlos en el banco de ensayo: Temperatura aceite = 63 Cilindro Avance (º) Duración (º) 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 ralentí:

Se mide la estabilidad del ralentí calculando la variación del régimen en un tiempo determinado:

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Aportación de la combustión

De la misma forma que se midió la compresión relativa de cada cilindro, se mide la aportación de cada cilindro a la combustión total. Se toma, por tanto un cilindro como referencia (en este caso, cilindro nº5), para tomar las demás medidas relativas a él. De nuevo se representan los gráficos 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 así poder revisar el estado del motor en su conjunto y tomar las medidas oportunas en aquellos puntos que lo requieran, evitando tener que intervenir allí donde el funcionamiento es correcto: - Motor de arranque y batería (Se indica el valor obtenido, y entre paréntesis los valores considerados normales):

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

Los puntos a revisar en caso de valores anormales son: motor de arranque (desmontaje y medición) y baterías (elementos de batería y electrónica de carga). - Compresión relativa régimen: Temperatura prueba compresion relativa régimen (ºC) = 78 Cilindro 1 régimen = 100 Cilindro 2 régimen = 91 Cilindro 3 régimen = 98 Cilindro 4 régimen = 95 Cilindro 5 régimen = 96 Cilindro 6 régimen = 95 Régimen medio durante el arranque = 201 Tensión después de voltear prueba régimen (V) = 26.0

Para que la prueba de compresión relativa se considere correcta, debe verificarse que ninguno de los cilidros baje del 90% y que estén equiparados entre los pares (1º-6º cilindros, 2º-5º cilindros, 3º-4º cilindros). Se observa que los valores son normales. Si no lo fueran, habría 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 régimen en el que se ha medido, y entre paréntesis los valores considerados normales para ese régimen):

Temperatura prueba presiones (ºC) = 29 Máxima Presión Aceite (kg/cm2) = 6.98 (hasta 9) Régimen Máxima Presión Aceite = 2096 Mínima Presión Aceite (kg/cm2) = 2.95 (en torno a 3) Régimen Mínima Presión Aceite = 832 Máxima Presión Turbo (kg/cm2) = 1.62 (>1.3) Régimen Máxima Presión Turbo = 2112 Mínima Presión Turbo (kg/cm2) = 0.03 Régimen Mínima Presión Turbo = 894 Máxima Presión Cárter (mbar) = -25.18 (>-131) Régimen Máxima Presión Cárter = 854 Mínima Presión Cárter (mbar) = -517.98 Régimen Mínima Presión Cárter = 2112

- Potencia y par: Temperatura al ralenti (ºC) = 80 Presión aceite al ralenti (kg/cm2) = 4.40 Temperatura atmósfera (ºC) = 29 Presión atmósfera (mbar) = 930 Inercia = 9.68 Potencia efectiva máxima (Kw) = 204 Régimen Pe-max (rpm) = 1882 Potencia de perdidas mecánicas máxima (Kw) = 163 Régimen Ppm-max (Kw) = 2055 Par máximo (Nm) = 1066 Régimen par máximo (rpm) = 1672 Par de perdidas mecánicas máximo (Nm) = 761 Régimen Mpm-max (rpm) = 2032 Potencia nominal (Kw) = 230 Régimen potencia nominal (rpm) = 2100 Par nominal (Nm) = 1300 Régimen par nominal (rpm) = 1200 Régimen máximo = 2216 Régimen mínimo = 979

Si los valores de potencia y par máximos difieren mucho de los teóricos, se debe acudir a las demás pruebas realizadas en el motor para determinar qué elementos está provocando la pérdida de potencia.

- Ensayo de inyección: Temperatura prueba presión inyección (ºC) = 63 Avance cilindro 1 = 16 Duración cilindro 1 = 15.2 Avance cilindro 2 = 16.6 Duración cilindro 2 = 14.1 Avance cilindro 3 = 16.5 Duración cilindro 3 = 14.1 Avance cilindro 4 = 14.3 Duración cilindro 4 = 14.1 Avance cilindro 5 = 15.5 Duración cilindro 5 = 14.1 Avance cilindro 6 = 16.4 Duración cilindro 6 = 15.1

Los valores normales para esta prueba son en torno a: 12º a 15 º antes de PMS al ralentí y duración de la inyección entre 11º y 16 º. - Estabilidad a ralentí: Temperatura prueba estabilidad al ralenti (ºC) = 53 Régimen medio ralentí (rpm) = 902 Régimen máximo ralentí (rpm) = 904 Régimen mínimo ralentí (rpm) = 900 % Variación vs régimen medio = 0.4

Se mide a unas 900 rpm con una variación de +/- 2%. Verificar, en caso de ser necesario, bomba de inyección y parámetros de ralentí en la EDC.

- Aportación de la combustión: Temperatura aceite = 60 Cilindro 1 régimen instantaneo = 98 Cilindro 2 régimen instantaneo = 88 Cilindro 3 régimen instantaneo = 95 Cilindro 4 régimen instantaneo = 98 Cilindro 5 régimen instantaneo = 100 Cilindro 6 régimen instantaneo = 97

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

5.- Referencias -

Manual de Mantenimiento de Componentes unidades s/594 (C.A.F., Departamento de Ingeniería)

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Manuales motores de tracción s/594 (MAN)

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Instrucciones de operación equipo de diagnosis de motores (Ingeniería de Tracción Diesel Sermanfer – Grupo C.A.F.).