Analisis y evaluacion del sistema de combustible
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Fuentes Jara Oscar ANALISIS Y EVALUACION DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE Sesión 8
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Fuentes Jara Oscar
ANALISIS Y EVALUACION DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE
Sesión 8
Sistema de Combustible
• OBJETIVO Identificar y explicar la operación del sistema
de combustible y los factores que determinan su eficiencia.
• ALCANCE Calcula propiedades y parámetros de fluidos
en movimiento utilizando las ecuaciones fundamentales.
• CONTENIDO En este trabajo se desarrollaron los puntos
que se señalan a continuación.
CONTENIDO
• Capítulo I:
El Combustible
Sistema de Combustible
Contaminación del Combustible
Efectos del Motor
• Capítulo II:
Factores de Rendimiento del Motor.
• Capítulo IV:
Localización y Solución de Fallas.
De los costos de operación y posesión del motor, el más alto para el
propietario durante la vida del motor es el combustible diesel. El
rendimiento y la vida útil del motor están directamente relacionados
con las características, la calidad y el manejo del combustible diesel.
Sistema de Combustible
INTRODUCCION
Esquema del Sistema de Combustible
Esquema del Sistema de Combustible
Sistema HEUI – Baja Presión
Sistema HEUI – Alta Presión
Se define como la cantidad de calor
producido al quemar un peso
específico de combustible. Éste es un
indicador de cuánta energía
disponible existe en una cantidad
específica de combustible. La tabla
de arriba muestra los valores
caloríficos de diferentes tipos de com-
EL COMBUSTIBLE
PODER CALORIFICO
bustible. El diésel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diésel
grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de
combustible diésel tienen un valor calorífico significativamente mayor que
los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de
combustible diésel hay más energía disponible para ser convertida en
trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible
diesel como fuente de energía.
EL COMBUSTIBLE
GRAVEDAD ESPECIFICA
bustible. El diésel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diésel
grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de
combustible diésel tienen un valor calorífico significativamente mayor que
los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de
combustible diésel hay más energía disponible para ser convertida en
trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible
diesel como fuente de energía.
EL COMBUSTIBLE
PUNTO DE ENTUBIAMIENTO Y FLUIDEZ
bustible. El diésel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diésel
grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de
combustible diésel tienen un valor calorífico significativamente mayor que
los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de
combustible diésel hay más energía disponible para ser convertida en
trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible
diesel como fuente de energía.
EL COMBUSTIBLE
PRESENCIA DE HONGOS
bustible. El diésel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diésel
grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de
combustible diésel tienen un valor calorífico significativamente mayor que
los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de
combustible diésel hay más energía disponible para ser convertida en
trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible
diesel como fuente de energía
¿Cuándo se reproducen ?.
EL COMBUSTIBLE
EL CETANO SUS EFECTOS
bustible. El diésel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diésel
grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de
combustible diésel tienen un valor calorífico significativamente mayor que
los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de
combustible diésel hay más energía disponible para ser convertida en
trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible
diesel como fuente de energía
¿Cuándo se reproducen ?.
La mayoría de los motores modernos que pueden satisfacer las exigencias de rendimiento, economía y control de emisiones de humos de la actualidad utilizan inyectores unitarios electrónicos. Son dispositivos de precisión que producen presiones de inyección en el orden de mas de 206,850 kpa y completan un ciclo de inyección en aproximadamente 5 milésimas de segundo Suministran cantidades de combustibles medidas precisamente, exactamente en el momento oportuno, durante 10,000 hrs o mas. Su capacidad de mantener ese rendimiento durante cientos de millones de ciclos de inyección requiere un combustible sumamente limpio, altamente filtrado, con una presión de suministro apropiada.
INYECTOR ELECTRONICO UNITARIO - EUI
INYECTOR UNITARIO ELECTRONICO - EUI
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION EUI
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
DRENAJE DEL TANQUE DE COMBUSTIBLE
El drenaje diario del agua y de los sedimentos de los tanques de
combustible ha sido un requerimiento estándar de mantenimiento desde
hace décadas. Sin embargo, en años recientes los combustibles más
limpios y la creciente exigencia de reducir el costo del producto y del
mantenimiento diario requerido han llegado a la eliminación de algunos
drenajes de tanque, o un diseño inadecuado de los mismos.
Drenar diariamente los tanques de
combustible impide el taponamiento de los
filtros de combustible con agua y sedimentos
Los drenajes del tanque DEBEN
estar situados en la parte más baja
del tanque para poder quitar todo
el agua y sedimentos
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
RESPIRADERO DEL TANQUE DE COMBUSTIBLE
Las partículas microscópicas de polvo
abrasivo de los inyectores. En aplicaciones
de mucho polvo, hasta 2/3 del polvo
atrapado por el filtro de combustible
secundario de 4 micrones pasa a través de
la tapa por el orificio de ventilación y entra
al tanque de combustible. Se puede
impedir la entrada de polvo al tanque
instalando un filtro de 4 micrones en el
respiradero del tanque, contribuye a
prolongar la vida útil de los inyectores y los
intervalos de mantenimiento de los filtros
de combustible.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FILTRO PRIMARIO
Son necesarios para quitar abrasivos
grandes del combustible de suministro, a
efectos de impedir el taponamiento
prematuro de los filtros secundarios de 4
micrones a causa de un exceso de
suciedad. Años atrás, se instalaban filtros
primarios con una clasificación de hasta 150
micrones. Los filtros tan bastos como estos
han demostrado ser totalmente inútiles. La
mayor parte de las impurezas en el sistema
de combustible es de un tamaño menor de
50 micrones. El hecho de que esos filtros
bastos raramente se taponeaban se debe a
que casi todas las particulas abrasivas
dañinas pasaban a través de ellos.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FILTRO PRIMARIO
Ahora hay filtros primarios del tamaño
apropiado en la gama de 10 a 15 micrones.
Estos en efecto atrapan las impurezas más
grandes y ofrecen un cierto grado de
protección para la bomba de transferencia
de combustible. Caterpillar ahora ofrece un
filtro primario de 10 micrones nominales en
diversos tamaños, los que se pueden
dimensionar para casi cualquier aplicación.
También ofrece una combinación de filtro
primario de 10 micrones y separador de
agua.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FILTRO SEPARADOR DE AGUA
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FILTRO SEPARADOR DE AGUA
El combustible diésel siempre contiene pequeñas cantidades de agua. Por lo general existe en forma de disolución en el combustible, en una concentración de 0.1% o menos. Sin embargo las prácticas de almacenaje de combustible, la condensación y una variedad de otras razones pueden producir grandes cantidades de agua no disuelta en el combustible. Esta agua es más pesada que le combustible y se deposita en el fondo del tanque de combustible
Con frecuencia se encuentra
grandes cantidades de agua en
los tanques de almacenaje de
combustible.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
INYECTOR UNITARIO ELECTRONICO
Los inyectores unitarios modernos están diseñados para tolerar las cantidades normales de agua disuelta existente en el combustible diésel. No están diseñados para tolerar grandes cantidades de agua no disuelta sin sufrir daños significativos. Las presiones superiores a 30,000 psi en los inyectores modernos crean cargas hidráulicas extremas en el embolo y en el cañón, el contacto de metal a metal entre el émbolo y el cañón produce un daño catastrófico se evita por medio de la resistencia de la película de combustible diésel que separa las piezas.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
EUI - EMBOLO
El agua tiene una resistencia de
película mucho menor que el
combustible diésel. Cuando se ingieren
grandes cantidades de agua en el
sistema de combustible de baja
presión y se les suministra a los
inyectores, las cargas hidráulicas
normales pueden exceder la baja
resistencia de la película de agua.
Entonces se produce un contacto de
metal a metal entre el émbolo móvil y
el cañón, lo cual resulta en desgaste
abrasivo del émbolo y su posterior
atascamiento.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FLUJO DE DERIVACION
Es el volumen de combustible de
suministro no utilizado por los
inyectores, el cual se regresa al tanque
de combustible. Se necesita un volumen
apropiado de flujo de derivación para
impedir el recalentamiento de
combustible de suministro que tiene que
pasar por la culata de cilindros. Un flujo
de derivación insuficiente permite que el
combustible de suministro en el área
alrededor del casquillo de los inyectores
absorba excesivo calor procedente de la
parte superior de la cámara de
combustión. El combustible en esta
parte excede la temperatura de las
camisas de agua y puede alcanzar
temperaturas de hasta 121 ◦C.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FLUJO DE DERIVACION
El combustible recalentado se puede
descomponer químicamente y permitir
que se destilen compuestos
asfáltenos en el combustible. Este
proceso comúnmente se conoce
como “cocinar el combustible”. Este
proceso de cocción también produce
compuestos asfáltenos similares al
alquitrán que contienen partículas de
carbono altamente abrasivas. Los
asfáltenos de alquitrán también
pueden hacer que la válvula de
retención de la boquilla se trabe en
posición abierta.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
FLUJO DE DERIVACION
Estas condiciones se pueden evitar
reemplazando los filtros de combustible en los
intervalos indicados, a fin de asegurar el flujo
apropiado del combustible desde la bomba de
transferencia de combustible. En condiciones en
las que las temperaturas ambiente y las cargas
del motor son altas y el enfriamiento es marginal,
se pueden instalar enfriadores de combustible
adicionales para reducir la temperatura del
combustible de suministro. Las partículas
abrasivas de carbono en los asfáltenos pueden
ser abrasivas en el espacio libre entre le émbolo
del inyector y el cañón y causar desgaste
abrasivo acelerado o atascamiento del émbolo.
La probabilidad de daño al embolo se aumenta
aún mas por la menor viscosidad y resistencia
de la película de combustible extremadamente
caliente.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
PRESION DE SUMINISTRO
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
AERACION
Las burbujas de aire en el
combustible de suministro
pueden conducir a las fallas
de las boquillas de los
inyectores. Estas fallas
pueden resultar en graves
daños a los pistones y a las
camisas, al turbocompresor y
a la culata de cilindros.
El flujo atrapado entre
la punta y la válvula de
retención al final de la
inyección hace de
amortiguador
reduciendo el impacto
de la válvula.
Una burbuja de aire en
la boquilla no suministra
amortiguación fluida
alguna, permitiendo que
la válvula de retención
impacte en la punta con
una fuerza hasta un
50% mayor.
SISTEMA COMBUSTIBLE – BAJA PRESION
AERACION Los inyectores unitarios modernos tienen presiones de apertura y cierre de
boquillas muy altas para mejorar la atomización del combustible y reducir las
emisiones de escape. Esto se logra utilizando una fuerza de resorte muy alta para
mantener cerrada la válvula de retención del inyector. Durante el final de la
inyección, el fuerte resorte de la boquilla acelera hacia abajo la válvula de
retención penetrando con gran fuerza en la boquilla. La amortiguación hidráulica
reduce gran parte de la fuerza mecánica originada cuando la válvula de retención
hace contacto con la boquilla. A medida que la válvula de retención se aproxima al
asiento de la boquilla, hay una pequeña cantidad de combustible que queda
atrapada en la boquilla y en la válvula. Este combustible hace las veces de
amortiguador, disminuyendo gran parte de la fuerza mecánica sobre una
superficie más grande. Cuando una burbuja de aire desplaza el combustible
en el asiento de la boquilla, no se produce ninguna amortiguación hidráulica del
impacto de la válvula de retención. La válvula golpea la boquilla y distribuye la
fuerza mecánica sobre una superficie pequeña. Esto puede aumentar la carga de
impacto mecánica de la boquilla hasta un 50 por ciento. Con el tiempo, esta carga
dramáticamente mayor podría causar la formación de una falla de fatiga en la
punta, lo cual más adelante puede causar la falla de la boquilla. Es importante
asegurarse de que no haya ingreso de aire en el lado de succión del sistema de
combustible y la bomba de transferencia de combustible.
El combustible representa el mayor gasto de la operación.
La calidad del combustible que se utiliza determina la larga duración de muchos componentes que son vitales para su motor.
Combustibles alternativos pueden dañar el motor diesel, teniendo un excesivo desgaste.
SISTEMA DE COMBUSTIBLE
INSPECCION Y PRUEBAS
El grafico estadístico nos brinda un panorama
COSTOS RELACIONADOS CON LA OPERACIÓN
DEL MOTOR
Para mantener un motor en buenas condiciones de
operación, además de usar el combustible correcto, es importante evitar la contaminación del combustible .
La contaminación puede causar problemas en todo el sistema de combustible, pero hay dos áreas especialmente susceptibles a desgastarse y dañarse.
Embolo y tambor del inyector.
Válvulas de control de presión de combustible.
CONTAMINACION DEL COMBUSTIBLE
Émbolo y tambor del inyector: Los espacios libres mínimos de
2,5 micrones hacen que sea esencial mantener una película fluida entre las piezas que se mueven muy rápidamente.
Las partículas abrasivas microscópicas producen abrasión del inyector.
CONTAMINACION DEL COMBUSTIBLE
Siempre que se realice un diagnóstico del sistema de combustible, asegúrese de verificar la calidad del combustible y los filtros de combustible para evitar contaminación, antes de realizar reparaciones largas y costosas.
CONTAMINACION DEL COMBUSTIBLE
Los combustibles destilados satisfacen las especificaciones
básicas, producen un rendimiento y durabilidad óptimos del
motor.
SELECCIÓN DEL COMBUSTIBLE
COMBUSTIBLES LIGEROS
Biodiesel, mezclas, GNV, etc
La mezcla de alcoholes (metanol o etanol) o gasolina con diésel creara una atmósfera explosiva en el tanque de combustible.
La condensación de agua en el tanque puede hacer que el alcohol se separe y se estratifique en el tanque
EFECTOS SOBRE EL MOTOR
COMBUSTIBLES LIGEROS
Impactos en la Calidad del Aire La emisión del SO2, formado por oxidación en la combustión; en el aire forma trióxido de azufre SO3 y sulfatos SO4, con alto potencial cancerígeno.
Impactos en la Salud Incrementa enfermedades respiratorias agudas ( otitis, faringitis y bronquitis ) partículas > 2.5micras llegan a los alveolos pulmonares produciendo fibrosis pulmonar y cáncer. Irritación de ojos, dolor de cabeza y nausea.
Impactos en los Equipos Impacto en la Economía Nacional Beneficios del retiro de azufre en los combustibles.
a) Mejora la combustión de equipos b) Reducción de enfermedades respiratorias c) Incremento de la importación de vehículos con tecnologías
limpias d) Reducir costos de atención en hospitales y centros de salud. e) Reducción de la emisión a la atmosfera de óxidos de azufre.
IMPACTOS POR EL CONTENIDO DE AZUFRE EN
LOS COMBUSTIBLE
SE CLASIFICAN EN
En la industria petrolera, los crudos con bajo contenido de azufre se denominan “dulces” y los de alto contenido como “amargos” el petróleo crudo tiene un contenido promedio de 100 a 33000ppm. En las refinerías de nuestro país estas no cuentan con plantas de desculturización, el contenido de azufre esta en relación directa con el contenido del crudo.
EL AZUFE EN EL COMBUSTIBLE DIESEL
Un diésel con alto contenido de azufre ocasiona los siguientes daños:
Desgaste del sistema de inyección de combustible y de los sistemas de control de emisiones.
Perdida de compresión y potencia El desgaste del aceite afecta ciertas partes como metales de
bancada y biela, árbol de levas, piñones, engranajes y otros. El acido sulfúrico y el SO2 que se forma en los vehículos ocasiona
que todo el sistema de evacuación de gases se desgaste por corrosion, además se anula el funcionamiento del filtro catalizador.
IMPACTOS POR EL CONTENIDO DE AZUFRE EN
LOS COMBUSTIBLE
IMPACTO EN LOS EQUIPOS
Estos combustibles tienden a formar depósitos en la cámara de combustión, los cuales pueden producir un desgaste anormal en la camisa del cilindro y en los anillos.
Este problema es mas evidente en motores diesel mas pequeños de alta velocidad.
EFECTOS SOBRE EL MOTOR
COMBUSTIBLES PESADOS
La mayoría de los motores modernos que pueden satisfacer las exigencias de rendimiento, economía y control de emisiones de humos de la actualidad utilizan inyectores unitarios electrónicos. Son dispositivos de precisión que producen presiones de inyección en el orden de mas de 206,850 kpa y completan un ciclo de inyección en aproximadamente 5 milésimas de segundo Suministran cantidades de combustibles medidas precisamente, exactamente en el momento oportuno, durante 10,000 hrs o mas. Su capacidad de mantener ese rendimiento durante cientos de millones de ciclos de inyección requiere un combustible sumamente limpio, altamente filtrado, con una presión de suministro apropiada.
EFECTOS SOBRE EL MOTOR
INYECTOR UNITARIO ELECTRONICO
Es una medida de resistencia de un liquido a fluir. Alta viscosidad significa que el combustible es espeso y no fluye con facilidad.
El combustible con una viscosidad incorrecta (demasiado alta o demasiada baja) puede causar daño al motor.
Es importante comparar las viscosidades del combustible,
dependiendo de los ambientes en los cuales se trabaja.
Se recomienda una viscosidad entre 1.4 y 20 centistokes al llegar
a la bomba de inyección.
EFECTOS SOBRE EL MOTOR
VISCOCIDAD
Los combustibles con alta viscosidad acelerarán el desgaste del
tren de engranajes, levas y el seguidor de leva en las bombas
de inyección mecánica, así como la bomba de cebado y/o
transferencia de baja presión.
El combustible de alta viscosidad también se atomiza con
menor eficiencia y el motor será mas difícil de arrancar.
En los sistemas de alta presión common rail, HEUI, EUI, se
mostrarán con mayor dificultad en el arranque. Resta decir que
hay un aumento de temperatura de 20º C entre la bomba de
transferencia y el inyector.
EFECTOS SOBRE EL MOTOR
VISCOCIDAD
Calentamiento del tanque y de las tuberías del combustible.
Centrifugación y filtración.
Bombas de transferencia de combustible impulsadas
externamente
Lavado de la turbina de escape del turbocompresor ( 3600 )
Filtración adicional del combustible
MEDIDAS PARA CORREGIR EL PROBLEMA DE
VISCOCIDAD
TRATAMIENTO A SEGUIR
La lubricidad del fluido describe la capacidad del fluido para
reducir la fricción entre las superficies que están bajo carga.
Esta capacidad reduce el daños que se ha causado por la
fricción . Los sistemas de inyección de combustible cuentan con
las propiedades de lubricación del combustible.
La lubricidad es importante, se debe de considerar esta
propiedad siempre que se opere en condiciones árticas
(extremo frío).
Hay muchos aditivos de otras marcas que están disponibles para
tratar el combustible
LUBRICIDAD Y COMBUSTIBLE CON BAJO NIVEL
DE AZUFRE
R
1. ¿Cuando una partícula entre a un sistema de alta presión, que
sucede?
2. ¿El rendimiento del motor es sinónimo de buen combustible?
3. ¿utilizaremos algún material para mejorar el combustible en altura y
mucho frío?
PREGUNTAS DE REPASO
Condiciones para que el motor tenga una
potencia según la especificación de oper. 35°API de densidad de combustible @ 60°F
85°F de temperatura de combustible.
110°F temperatura de admisión – ATAAC
77°F de temperatura de aire
29.61 pulg de presión de aire
Factores de Rendimiento del
Motor
SE USA EN LA MAYORIA DE LAS MARCAS DE MOTOR.
CUALQUIER DESVIACIÓN DE ESTAS CONDICIONES AFECTA LA
POTENCIA DE DISEÑO DEL MOTOR
CONDICIONES DE PRUEBA DEL FABRICANTE
Que potencia se podrá esperar de un motor “XXX” que esta
diseñado para 425HP @2100 rpm, bajo las siguientes
condiciones?
40°API de densidad de combustible @ 90°F
135°F de temp. en la base de filtro.
105°F temp. en el múltiple de admisión
30.05 pulg de presión de aire
Fuel density correct to ? API @ 60°F
Fuel density correction factor
Fuel temperature correction factor
Air temperature correction factor
Baro. Pressure correction factor
Total correction factor
EJEMPLO
La potencia esperada para nuestro ejemplo del motor “XXX” de
425Hp @2100 rpm.
425 / 1.062 = 400 horsepower
SOLUCION
Entienda y siga el proceso de los 10 pasos del diagnóstico.
Visualice donde se encuentra usted durante el en el proceso.
Conozca las fuentes de información disponibles.
Utilice las habilidades del diagnosticador.
Tiene conocimiento del sistema?
Tiene las herramientas y sabe como utilizarlas?
RESUMEN
Bibliografía
• www.reycomotor.com/Reyco/Dana/Sleeve1.htm
• www.ms-motor-service.com/index.asp?cls=05
• http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/javascript/water-
density.html
