OleohidraĂşlica Aplicada a Maquinaria Pesada Gildemeister
Unidad 3: Componentes Oleohidráulicos aplicados a maquinaria minera, construcción y agrícola
Presentación
Unidad 3
Componentes Oleohidráulicos aplicados a maquinaria minera, construcción y agrícola
Material IV: Métodos de diagnóstico de fallas en circuitos hidráulicos de maquinaria pesada
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Estimados alumnos, en este material se revisarán en profundidad los siguientes temas:
Instrumento de diagnóstico hidráulico Tipos de medidores Uso del Manual de servicio Uso del plano hidráulico Fallas comunes de la maquinaria pesada
Le invitamos a revisar el documento.
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En esta unidad temática se expondrán el análisis del funcionamiento de componentes oleohidráulicos utilizados en equipos móviles de obras civiles,
construcción, agrícola y mineros. Análisis, funciones y características técnicas de partes componentes de bomba oleohidráulicas. Además de cada uno de los componentes se analizara terminología y nomenclatura del sistema, según norma ISO1.219. La unidad contempla el análisis de fallas más comunes en sistemas oleohidráulicos y el procedimiento de diagnostico de sistemas oleohidráulicos en equipos y o maquinas.
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La unidad además incorpora el análisis de funcionamiento de circuitos oleohidráulicos básicos. Esto lo hace uno de los temas más importante ha conocer por la gente de mantenimiento ya que en todos los equipos existe a lo menos un sistema de transporte de energía por medio de la oleohidráulica.
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Tema 4: Métodos de diagnóstico de fallas en circuitos hidráulicos de maquinaria pesada
Instrumentos de diagnóstico hidráulico
Objetivo
Los instrumentos de diagnóstico permiten obtener los valores de los parámetros de funcionamiento de los sistemas hidráulicos, que al compararlos con las especificaciones del fabricante, nos ayudará en la búsqueda de una falla en un equipo industrial o móvil.
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Instrumentos para las pruebas diagnóstico En la realización de las pruebas de diagnóstico, se utilizan los siguientes tipos de equipos, para medir los parámetros de funcionamiento del equipo
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Medidores de presión
Un manómetro es un instrumento que permite medir presiones, positivas o de vació. El más utilizado en la industria, es el manómetro de carátula, que esta formado por un disco graduado en unidades de presión. Un puntero acusa es valor de la presión, utilizando un mecanismo de relojería, que esta conectado a un tubo de Bourdon o aún Diafragma.
Un manómetro electrónico o digital, esta formado por un transductor de presión y un calculador que pose un lector digital, que puede ser programado, de acuerdo con la escala y rango de medición de presión que se requiera medir.
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Medidores de Caudal
Un Flujómetro o Flow meter, es un instrumentó que permite efectuar la medición de caudales en las bombas de los sistemas hidráulicos. Usualmente se emplean dos tipos:
Cono
Turbina
Tipos de Flujómetro Los Flujómetro se conectan usualmente en la línea de salida de salida bombas, usualmente vienen graduados en con escalas en Litros por minuto (LPM) o galones por minuto (GPM).
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Medidores de Tiempo
Para verificar el estado de funcionamiento de un actuador, se suele medir sus tiempos de ciclo con un cronómetro. El cronómetro es un reloj de precisión, que se utiliza para medir fracciones muy pequeñas del tiempo (segundos).
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Instrumentos para pruebas de diagnóstico Los instrumentos para realizar pruebas de diagnóstico (Tester hidráulico), se emplean para la detección de fallas en los sistema o componentes hidráulicos.
Tester hidráulico Este instrumento de diagnóstico permite la lectura simultanea de los valores de presión, temperatura y caudal. Usualmente se emplea en el diagnóstico del estado de funcionamiento de las bombas. Caudal: 10 a 400 LPM Presión: 0 a 480 bar (7000 PSI) Temperatura:0 a 120 º C (250 º F)
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Tester hidráulico Este instrumento de diagnóstico digital también, permite la lectura simultánea de los valores de presión. Para medir los parámetros, utiliza un block con transductores de presión, temperatura, caudal y rpm, conectados a un calculador electrónico. Caudal: 20 a 600 LPM Presión: 0 a 600 bar Temperatura: -30 a 100 º C R.P.M: 0 a 10000 rpm Cámara infrarroja Una cámara termo gráfica funciona, a partir del principio de que todo los objetos emiten calor, de forma que sus sensores, visualizan esas diferencias térmicas, que son inapreciables para el ojo humano. La cámara posee un sensor de 320x 240 píxeles con tecnología ir fusión , de imágenes termografías y de luz visible. Mide rango de temperaturas desde -20 hasta 600 ºc con una sensibilidad térmica de 0,05 ºc. La imagen en colores permite indicar los posibles puntos donde se encuentra la falla en un componente hidráulico.
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Medidor de contaminación de aceite.
Es un instrumento que permite medir en terreno el tamaño y la cantidad de partículas, presentes en una muestra de un aceite, proveniente de un sistema hidráulico, industrial o móvil. La muestra usualmente se toma en el depósito o en la carcaza de un componente hidráulico.
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¿Qué el diagnóstico de fallas?
Consiste en una recopilación de información en base a preguntas y a pruebas de funcionamiento. En base al análisis de los resultados y la información recopilada, se podrá determinar las causas y solucionar una determinada falla.
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El técnico del ayer
En el pasado el personal de mantenimiento era un mecánico, que confiaba en encontrar la avería por casualidad, generalmente desmontaba piezas y las volvía instalar, hasta que por casualidad encontraba la falla, gastando demasiado tiempo y dinero.
El técnico de hoy
Actualmente la complejidad de los equipos exige un técnico, que se informe cabalmente del funcionamiento y estado de la maquina, que analice síntomas, realice pruebas y contrapruebas y que posteriormente realice el reemplazo de los componentes, teniendo la seguridad de haber encontrado la causa de la falla y le de una solución definitiva.
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Siete consideraciones básicas para realizar un buen diagnóstico en maquinaria pesada Un buen método para llegar a un diagnóstico y confirmarlo, puede consistir en los siete pasos siguientes:
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•Conocer el sistema.
•Preguntar al operador del equipo
•Probar el equipo en funcionamiento
•Inspeccionar visualmente el vehículo
•Elaborar una lista de averías
•Sacar conclusiones •Comprobar que la conclusión es válida (Pruebas de diagnóstico)
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Pasos para el procedimiento de diagnóstico de fallas:
Anotar los síntomas. Leer el manual de servicio. Revisar los planos hidráulicos Anotar las precauciones y cuidados.
Ubicar los puntos de testeo. Conectar los instrumentos. Medir las presiones y caudal. Analizar los resultados. Resolver la falla.
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Fuentes de información para el diagnóstico
El operador del equipo o Maquinaria
Manual de servicio
Planos hidráulicos del Equipo
Historial de la Máquina
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Uso del manual de servicio El manual de servicio de la máquina o equipo, permite obtener:
Las especificaciones técnicas.
La identificación de los componentes de la maquina.
La explicación del funcionamiento de los sistemas del equipo.
Los planos eléctrico e hidráulicos de la máquina
Tablas y procedimientos de búsqueda de fallas.
Procedimientos de seguridad al intervenir el equipo.
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Uso del plano hidráulico
El uso de los planos hidráulicos, nos ayudara en el diagnóstico de una falla, para:
• Ubicar los componentes en el equipo. •Conocer las características y funcionamiento de un equipo •Ubicar acumuladores, que puedan mantener presurizado el sistema. •Son una ayuda en el análisis de una falla. •Prevenir riesgos al intervenir el equipo.
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Fallas comunes de maquinaria pesada Las tres causas de falla comunes en maquinaria son:
•Desgaste normal 5 %
Mala operación del equipo 15 % Contaminación del aceite hidráulico 80 %
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Síntomas de fallas en sistemas hidráulicos Los síntomas de fallas comunes en un sistema hidráulico son:
Aumento de la temperatura
Disminución de la fuerza en el actuador
Disminución de velocidad en el actuador
Fugas de aceite hidráulico
Rudos anómalos
Contaminación del aceite hidráulico
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Diagramas de flujo para solución de fallas: En los equipos hidráulicos modernos, sobre todo aquellos que traen incorporados sistemas de control electrónico, es necesario utilizar los diagramas de flujos. Que son secuencia lógicas de diagnostico, que son una gran ayuda para la ubicación rápida de una falla en un equipo hidráulico.
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Tipos de pruebas de diagnóstico: Los procedimientos de diagnóstico de fallas recomiendan, realizar los siguientes tipos de pruebas e inspecciones, en un sistema hidráulico.
Busca de fugas de aceite
Presiones de trabajo y tiempos de ciclo
Prueba de la bomba
Prueba de la válvula de alivio
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Búsqueda de fugas de aceite hidráulico: Las fugas de aceite son un indicador de fallas en sellos y de pérdidas de aceite por empaquetaduras. Para esto se recomienda la revisión de:
Nivel de aceite en el estanque hidráulico Verificar conexiones y estado de los flexibles
Detectar presencia de manchas de aceite alrededor del equipo.
Inspeccionar sello de la bomba y actuadores.
Medir la velocidad de movimiento de los actuadores
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Prueba de la bomba
Para evaluar el estado de una bomba hidráulica, se debe conectar la bomba a un tester hidráulico, como muestra la figura, realizado los siguientes pasos; Despresurice el sistema, si es necesario. Desconectar la manguera de salida de la bomba al control direccional. Conectar el tester a la salida de la bomba y el retorno del analizador al tanque hidráulico Comprobar el nivel de aceite en el tanque.
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Prueba de eficiencia de la bomba
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•Antes de la prueba, se debe verificar que la válvula de carga del tester este abierta.
•Verifique las rpm de la bomba y que el aceite se encuentre a la temperatura de trabajo.
•Con la válvula de carga abierta , se mide el caudal máximo entregado por la bomba.
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•Cierre paulatinamente la válvula de carga hasta alcanzar la presión máxima recomendada por el fabricante
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•A presión máxima el caudal entregado por la bomba no sea inferior al 75%, al caudal entregado por la bomba a cero presión
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Prueba del sistema hidráulico
Esta prueba permite determinar desgastes en la válvula de control direccional o en el actuador. Para este efecto el tester se conecta de la siguiente forma: Instalar un adaptador en “T” en la línea, que va de la bomba a la válvula de control direccional, como muestra la figura.
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Toma de tiempos de ciclo
Esta prueba consiste en tomar los tiempos con un cronómetro, que demora en salir y entrar el vástago de un cilindro hidráulico. En el caso de un motor hidráulico, el tiempo de giro a la derecha e izquierda, deben ser iguales.
Si los tiempos están son mayores a las especificaciones que entrega el fabricante, se debe usualmente a una disminución del caudal de la bomba, que es causado por un desgaste interno. El caudal de la bomba esta relacionado con la velocidad del actuador.
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Diagnóstico en sistemas hidráulicos La complejidad de los sistemas hidráulicos, de los equipos de producción y maquinaria modernos, exige un diagnóstico previo y la contraprueba que lo confirme. Esto exige que el técnico de mantenimiento, aplique métodos de diagnostico y realice pruebas con instrumentos, durante la búsqueda de una falla.
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Un buen diagnóstico de fallas requiere que el técnico:
Conocer el Sistema Revisar los planos hidráulicos Adquirir experiencia con el equipo
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Conocer el equipo
El Técnico de mantenimiento, periódicamente debe estudiar los manuales y boletines de servicio, para comprender el funcionamiento de los equipos, a los cuales le realiza labores de mantenimiento. Con el objeto de conocer sus especificaciones y ajustes, así como también revisar los métodos y precauciones, que se deben tomar en cuenta al realizar la búsqueda de averías y trabajos de reparación.
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Antes de intervenir un equipo hidráulico el Técnico de mantenimiento, debe revisar el plano hidráulico del equipo. Este le ayudara en el reconocimiento de sus componentes, a comprender su funcionamiento y le facilitará el trabajo durante la búsqueda de una falla. Es muy riesgoso intervenir un sistema hidráulico, si no se ha revisa su plano hidráulico.
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Experiencia en el equipo La experiencia en el equipo se obtiene, a lo largo del tiempo que el Técnico trabaje en las labores de mantención del equipos. Durante este tiempo conocerá su operación, síntomas de fallas y adquirirá las habilidades para realizar los trabajos de mantención y reparación.
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Método de los ocho pasos Cuando se realiza la búsqueda de una falla en un sistema hidráulico, se recomienda emplear un método de nominado de los “Ocho pasos”, que ayuda a ahorrar, tiempo , energía y dinero.
Cerciórese que realmente existe un problema
Tome notas sobre el problema en forma simple
Inspeccione visualmente el equipo o máquina
Realice una lista con las averías y sus posibles causas
Realice las pruebas con instrumentos y anote los resultados
Analizar los resultados obtenidos y comprobar que la conclusión es valida
Resuelva el problema y realice las reparaciones correspondientes
Analice porque ocurrió el problema y guarde la información con el historial del equipo
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Contaminación en los sistema oleohidráulicos La presciencia de contaminantes sobre los límites permitidos, acarrea una acentuada reducción de la vida de la bomba y los componentes del sistema oleohidráulico.
Fuentes de contaminación externa: Medio ambiente de operación. Proceso de llenado de deposito. Mantenimiento de partes. Condensación en almacenamiento. Fuente de contaminación externa
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Análisis de fallas en sistemas oleohidráulicos: La contaminación es la causa, de la mayoría de las fallas hidráulicos. La experiencia indica que más del 75% de todos las fallos de un sistemas son resultado directos de la contaminación. El costo debido a la contaminación es muy grande y viene de:
La pérdida de producción. Costos de substitución de componentes. Cambio de aceite con frecuencia. Aumento en los costos de mantenimiento.
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El daño causados por contaminantes:
Bloqueo de orificios. Desgaste de componentes. Formación de compuestos químicos nocivos. Agotamiento de aditivos. Crecimiento biológico.
Una de las funciones del fluido hidráulico es crear una película lubricante entre las partes en movimiento. La película tiene suficiente espesor para rellenar completamente el espacio entre las superficies en movimiento.
En la imagen se observa, micrografía de contaminación de partículas (aumentado 100x Escala: 1 división = 20 micras)
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Grado de limpieza de los aceites Para indicar o corregir problemas, se utiliza una escala de referencia de contaminación en el aceite. El método más común de control del nivel de limpieza es determinar el numero de partículas.
Se utiliza instrumentos ópticos muy sensitivos para contar el número de partículas en varios rangos de tamaño. Estos conteos se conocen como el número de partículas más alto, de un tamaño específico encontrado, en un volumen especifico de fluido.
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Grado de limpieza de los aceites El estándar del nivel de limpieza ISO 4406 (Organización de Estándares Internacionales) ha marcado una aceptación muy amplia en la mayoría de las industrias. La norma ISO 4406 define la cantidad de partículas presentes en el aceite menores a 4, 6 y 14 micras.
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Grado de limpieza de los aceites La tabla ISO 4406 define el código del 6 al 24, indicando la cantidad de partículas presentes en el aceite, para determinado tamaño de partículas.
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Grado de limpieza de los aceites
La filtración fuera de línea consiste en una bomba, un o dos filtros, un motor eléctrico, y las conexiones apropiados de los componentes. Este equipo se utiliza para trasvasijar el aceite desde un deposito a otro . Otra aplicación es bombear desde el depósito a través del filtro y devuelto otra vez al depósito de forma continua. Con este efecto de perfección, se puede mantener controlada la contaminación en el sistema oleohidráulico.
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Viscosidad indebida Si se refiere a la viscosidad del aceite, si no se tiene la viscosidad correcta para determinada aplicación, se disminuirá dramáticamente la vida promedio de la bomba y del sistema oleohidráulico, afectando directamente la confiabilidad de los equipos. Cuando se selecciona el grado de viscosidad adecuado, se debe tener en cuenta la óptima viscosidad requerida de la bomba y el sistema.
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Síntomas de falla por uso de aceite inadecuado:
El sistema hidráulico deja de funcionar , cuando alcanza su temperatura de trabajo.
Aumento de las fugas en el sistema
Deterioro progresivo de sellos, retenes y flexibles.
•Uso de aceite con una viscosidad diferente a la especificada por el fabricante.
•No respetar las especificaciones y normas del aceite, recomendado por el fabricante.
•Agregar aditivos al aceite no recomendados por el fabricante del equipo.
La viscosidad puede aumentar en el sistema con la presencia de agua. Los fluidos hidráulicos tienen la propiedad de retener mas agua al aumentar la temperatura. Un fluido nebuloso puede aclararse a medida que aumenta la temperatura del sistema.
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Daños que puede producir:
Corrosión de superficies metálicas Desgaste abrasivo acelerado Fatiga de cojinetes Descomposición de los aditivos del fluido Cambio de viscosidad Aumento en conductividad eléctrica
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Presión Excesiva En un sistema oleohidráulico el origen de la presión excesiva, puede ser producto de operación con presiones superiores a las especificadas, principalmente debido a: Válvula de alivio mal ajustada Carga operacional excesiva Operación frecuente en finales de recorrido
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Presión Excesiva
Los efectos de la presión excesiva: Disminución de la vida útil del sistema hidráulico, principalmente de la bomba, con los siguientes efectos:
Desgaste de Componentes:
Engranajes y ejes
Rodamientos y bujes
Carcasas
Diminución de rendimiento y confiabilidad
Aumento de costos operacionales
Diminución de la vida de componentes correlacionados, como tomas de fuerza
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Presión Excesiva
Procedimientos Preventivos: Correcta regulación de presión de alivio
Eliminar o minimizar “cargas excesivas” a través de: Correcta aplicación y operación del equipo Capacitación, conciencia y compromiso de las personas relacionadas con: Operación, aplicación Mantención La figura muestra una fisura en la carcaza de la bomba
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Picks de Presión
Elevación repentina y excesiva de presión donde durante un breve intervalo de tiempo, requerido para la abertura de la válvula de alivio, el sistema queda sujeto a un choque hidráulico. CAUSAS:
EFECTOS:
Operación Incorrecta Tiempos de operación de finales de recorrido Cambio de giro de motores Cargas Externas Parada brusca de movimientos Válvula de alivio con respuesta inadecuada.
Trizadura o ruptura de carcasa Corte de ejes Daños de rodamientos y bujes
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Picks de Presión
Procedimientos Preventivos: Operación adecuada Capacitación, conciencia y compromiso del operador
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Cavitación
Cuando la corriente en un punto alcanza una presión inferior a la presión de saturación, el líquido se evapora y se originan en el interior de él “cavidades” de vapor, de ahí el nombre de cavitación. Estas cavidades o burbujas de vapor, arrastradas por la corriente, llegan a zonas de alta presión, en donde se produce una condensación violenta del vapor, generando ruido y erosión en las paredes de la bomba, lo que reduce drásticamente su vida útil.
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Cavitación
Cuando la bomba se encuentra sobre el nivel de aceite en el depósito, aumenta la posibilidad de cavitación.
Causas de una Cavitación Restricción en la succión de la bomba. Filtro de succión tapado. Válvula de derivación del filtro de succión obstruida. Bomba muy lejos del tanque. Bomba muy arriba del nivel de aceite en el tanque. Diámetro de la succión muy pequeño o con muchos codos y reducciones. Viscosidad del aceite alta (mala selección del aceite). Elevadas revoluciones de la bomba.
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Aireación
La aireación es un fenómeno que ocurre cuando el aire entra en un sistema hidráulico mezclándose con el fluido y generando una variedad de problemas. Si la succión no esta hermética, si tiene elementos rotos o flojos el aire se va a colar hacia el interior, ya que en la succión hay vacío. Otro sitio por donde puede entrar aire al sistema es por el sello del eje en algunas bombas o por la línea de retorno si esta llega al tanque por encima del nivel del aceite.
Por último, si el nivel del aceite esta muy bajo, se forma remolino haciendo que el aire entre a la bomba.
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Causas por las cuales se puede producir aireación
Adaptadores o tubería de succión sueltos.
Sello del eje de la bomba defectuoso.
Tanque hidráulico muy pequeño.
Tanque sin deflectores internos.
Manguera de succión porosa.
Bajo nivel de aceite en el tanque.
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Temperatura Operacional Elevada Efectos: Degradación del aceite
Endurecimiento de los sellos
Mayor perdida interna
Menor eficiencia volumétrica
Lubricación deficiente
Desgaste
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Causas de Temperaturas Elevadas
Abertura frecuente de la válvula de alivio
Operaciones de final de carrera
Nivel inadecuado de aceite
Viscosidad inadecuada
Estanque inadecuado
Volumen
Intercambiador de calor tapado
Tuberías incorrectas
Líneas estranguladas
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Procedimientos Preventivos
Correcto ajuste de la válvula de alivio
Tuberías adecuadas
Operación adecuada, sin uso excesivo de fin de carrera
Correctos procedimientos de mantención
Aceite con viscosidad y cantidad adecuada
Adecuado estanque Hidráulico
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Vibración Alta frecuencia y baja amplitud
Aplicación inadecuada
Fugas excesivas
Desalineamiento
Contaminación
Montaje incorrecto
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Vibración Alta frecuencia y baja amplitud Efectos:
Daños en las partes expuestas a vibración Puntas de ejes Acoplamientos Sellos
Procedimientos Preventivos: Minimizar fugas Minimizar contaminación Correcto alineamiento
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Ahora, con el material revisado podrá ser capaz de resolver las diversas actividades que tiene la
unidad. Asimismo, se encuentra la bibliografía sugerida con el propósito de fundamentar en los temas que sean de su interés.