El análisis de vibraciones además de ser una de las técnicas más importantes del mantenimiento predictivo, por la versatilidad que brinda para detectar condiciones de fallas en una gran diversidad de equipos, es una de las variables fundamentales en el monitoreo de condiciones de Motores de Combustión Interna (MCI), para el resguardo de la integridad del cigüeñal como elemento más importante y costoso en un MCI. En el presente caso de éxito se presenta la aplicación de esta técnica en sus modalidades vibración FFT y vibración sincronizada o fasada con el TDC, lo cual permitió detectar oportunamente, en la fase de falla potencial de la curva P-F, condición de desgaste en cojinete de biela del motor asociado a una unidad Motogeneradora, logrando con ello el resguardo de la integridad del equipo, la continuidad operacional y generación de energía asociada.

Análisis Técnico

Como parte de la estrategia de Mantenimiento basado en condición, se realiza el monitoreo de condiciones rutinario del equipo, donde se realiza la colección de la data en los puntos de interés previamente definidos. Los registros de vibración obtenidos son los siguientes:

En las formas de onda de vibración fasada en baja y media frecuencia se puede apreciar eventos de vibración de mayor amplitud en la bancada 2, estos eventos de vibración se encuentran espaciados simétricamente o equidistantes con una frecuencia aproximada de 2 veces por vuelta del cigüeñal, es decir, se presentan 4 veces en los 720° de giro del cigüeñal, es decir, la frecuencia del evento sería de 2X @rpm del motor. En la bancada 1 se presenta un comportamiento similar, sin embargo, de menor amplitud; de esta manera se puede localizar el foco de la vibración entre la bancada 2 y la bancada 1, donde está presentes los conjuntos de fuerza 1 y 9 del motor.

En los registros de los espectros de vibración FFT en alta frecuencia (Aceleración) en la bancada 2 se obtiene el siguiente resultado:

En el espectro de vibración en aceleración se evidencia levantamiento espectral en alta frecuencia que denota incremento de energía (Fuerza) en la bancada 2 Fig. 3 como se puede notar en la tendencia de los registros de vibración en aceleración para esta bancada Fig. 4

En forma de onda de vibración FFT en aceleración Fig. 5 se evidencian eventos periódicos de vibración a la frecuencia 2X @rpm lo cual evidencia el mismo comportamiento en vibración sincronizada. Desde el punto de vista de las frecuencias asociadas al funcionamiento de los componentes del motor, esta frecuencia está asociada al funcionamiento de las bielas y el origen de la vibración se inclina hacia una condición asociada a estas.

Recomendaciones de CBM

Basado en el análisis de vibraciones y las frecuencias predominantes, se decide recomendar la verificación de cojinetes de biela 9. Esto debido a que las bielas adyacentes a la bancada 2 son la biela 9 y la biela 2, sin embargo, el foco de vibración está ubicada entre la bancada 1 y bancada 2, es por ello que se descarta la biela 2. Ver esquema de identificación de bancadas y conjuntos de fuerza del motor Fig. 6. Para el monitoreo se utiliza la el esquema de identificación establecido por el manual del fabricante para evitar confusión con el personal de mantenimiento.

Hallazgos y Acciones Correctivas

En la inspección del cojinete de biela 9 se evidencia desgaste abrasivo (rayaduras) en el cojinete de biela y rayaduras superficiales en el muñón del cigüeñal; las cuales pudieron ser removida mediante procedimiento de pulido fino, se realizó NDT con tintas penetrantes y metrología para garantizar la integridad del muñón del cigueñal.

Verificación de Condiciones de Vibración Posterior a la Intervención

Se realizó monitoreo de vibraciones posterior al remplazo de los componentes antes mencionados, obteniendo los siguientes resultados:

Reducción de la amplitud de vibración FFT en aceleración de 1,3 a 0,6 g´s pk Fig 9, lo cual representa una mejora significativa de las condiciones de vibración 46,2%. La mejoría también se puede apreciar en vibración sincronizada Fig. 10 en pro del resguardo de la integridad del componente más importante y costoso del motor (el cigüeñal).

Beneficios del Diagnostico

Con la detección y diagnostico oportuno de la condición de desgaste en el cojinete de biela 9, se logró resguardar la integridad del cigüeñal y se evitaron una serie de gastos mayores asociados a un mantenimiento correctivo por una falla en el muñón del cigüeñal, constituyendo esto un ahorro de 83.576,16 USD; lo cual constituye un impacto financiero importante para la gestión del departamento de Mantenimiento. Si nos ubicamos en la curva P-F se logró la detección de la condición en la fase potencial antes de materializarse y convertirse en falla funcional.

Conclusiones

• Se demuestra la efectividad del análisis de vibraciones para determinar condiciones anormales en cojinetes de MCI.
• Se demuestra la relación costo beneficio que representa la detección oportuna de fallas en fase potencial antes de llegar a la fase de falla funcional.
• Se demuestra la importancia del mantenimiento CBM para el resguardo de la integridad de los equipos.