Fallas Mecánicas KH PC2003 Latin America 1 Contrariamente a lo que muchos piensan, las fallas en los compresores, cuando realmente se produce una, son de origen mecánico y no eléctrico. Gran número de compresores reportados como fallados, en realidad, no presentan falla alguna al ser inspeccionados. Los niveles de calidad de todos los fabricantes reconocidos de compresores son muy altos. Las fallas, en la gran mayoría de los casos, son causadas por falencias en el sistema y la respuesta está dentro mismo del compresor. El análisis a compresor abierto, posterior a una falla es imprescindible para determinar su origen y para poder efectuar los ajustes que sean necesarios en el sistema y así evitar que se repita. 1 Causas de Raíz 2 Cuando un compresor falla, el riesgo de que esa misma falla se repita es muy grande, hasta tanto se descubra su origen y se efectúen las correcciones necesarias. Estadísticamente queda demostrado que la probabilidad de falla en compresores de reemplazo es cuatro veces mayor que en compresores originalmente instalados en el equipo considerado. Esto demuestra claramente que la falla aún se encuentra presente en el sistema cuando se efectuó el reemplazo y/o los procedimientos seguidos para hacerlo fueron incorrectos. 2 Costo de Operación Dentro o fuera del período de garantía, el análisis de fallas significará Ahorrar Dinero en compresores de reemplazo que volverán indefectiblemente a fallar si no se identificó previamente cual fue el origen de la falla. 3 Fallas Mecánicas z Recalentamiento z Falla en la lubricación z Retorno de refrigerante líquido z Migración de gas refrigerante z Golpe de líquido Así se clasifican las fallas mecánicas. Mediante el análisis de la mecánica de la rotura a compresor abierto, podrán encontrarse una o más de estas causas presentes. Algunas de estas fallas mecánicas podrán,como consecuencia, provocar fallas eléctricas. 4 Recalentamiento KH PC2003 Latin America 5 La generación de calor es natural en el funcionamiento del motor del compresor (efecto Joule, fricción,etc.). Siempre que este calor generado se mantenga dentro de parámetros normales, no es un problema. Precisamente, analizaremos qué pasa cuando esto último no ocurre y el compresor se recalienta. 5 Recalentamiento z Temperaturas de descarga tales que superan la temperatura límite de calentamiento de aceite Aceite + calor = Carbón y Acidos z El aumento de la temperatura del aceite genera una disminución de la viscosidad con el consiguiente deterioro de la película lubricante Un elevado radio de compresión, fuera del límite de aplicación del compresor (temperatura/presión de evaporación demasiado baja, temperatura/presión de condensación demasiado alta o ambas a la vez), falta de enfriamiento suficiente en la cabeza de cilindros del compresor o un elevado sobrecalentamiento en la línea de succión, puede provocar recalentamiento. 6 Signos de Recalentamiento Una temperatura elevada en la descarga generará un calentamiento excesivo en la cabeza del pistón y en las paredes del cilindro. La disminución de la viscosidad del aceite o su completa incineración permitirá el roce metal con metal entre los aros y el cilindro, provocando el desgaste mostrado. 7 Falta de Aislación Las pérdidas de carga en la línea de succión generan un aumento en el radio de compresión y en la temperatura de descarga. A su vez, se manifestará una disminución de la densidad del gas de retorno, que afectará no sólo la capacidad del compresor sino también el enfriamiento del bobinado del motor. Las líneas de succión deben tener el diámetro correcto y estar aisladas, con recorridos lo más corto posible, evitando zonas calientes que puedan hacer aumentar la temperatura del gas de retorno por aporte de calor desde el medio externo. Estas precauciones son críticas cuando se aplica R-22 como refrigerante, fundamentalmente en bajas temperaturas. 8 Ventilador de Cabeza Otra causa de recalentamiento puede ser el escaso enfriamiento del motor por aire. Por ejemplo, los compresores Copelametic® refrigerados por aire necesitan como mínimo 650cfm de circulación de aire. Algunos compresores refrigerados por refrigerante necesitan al menos 1.000cfm cuando operan evaporando por debajo de -24°C. Un compresor Discus® que opera con control de capacidad necesita ventilación adicional cuando la temperatura de saturación de succión está por debajo de los -3ºC. Precisamente, ésta es la función del ventilador de cabeza. 9 Discus: Signos de Recalentamiento Depósitos de Carbón Coloración en la Cabeza del Pistón Ablandamiento Coloración del Plato Cara Inferior Ennegrecida Los primeros signos de Recalentamiento aparecen en la cara inferior de la lámina de succión anular en los compresores Discus® (negro carbón). Luego aparecerán otras manifestaciones en el lado de alta del plato de válvulas, como la coloración amarillenta, rojiza y azulada, signo de una elevada temperatura a la que ha sido sometido el acero. 10 Signos de Recalentamiento El efecto más común de un recalentamiento es el aceite quemado y/o carbonizado en el lado de alta, junto con láminas de descarga quemadas y rotas. Aquí pueden verse depósitos de carbón (aceite quemado) sobre el plato de válvulas. Note los depósitos cobreados brillantes sobre la superficies de asiento del plato de válvulas ya que son el resultado de la acción del calor y la presencia de humedad en el compresor. 11 Consecuencias z Recalentamiento en las paredes del cilindro z Mala lubricación, incremento del rozamiento z Desprendimiento de partículas – Corto en el bobinado – Filtro de aceite tapado z Pistones clavados z Desgaste en los aros 12 Signos Del Daño z Aumento de la presión en el cárter, debido al desgaste de los aros z Incremento en la presión del cárter que impide el retorno del aceite del lado del motor Compresor parado Compresor en marcha VISOR DE ACEITE. La presurización del cárter debido al desgaste en los aros, puede impedir el retorno de aceite desde el recinto del Estator al cárter cuando el compresor está en marcha, provocando el cierre de la válvula anti-retorno que vincula ambos recintos de un compresor semi-hermético refrigerado por refrigerante. Al detenerse, las presiones se ecualizan, la válvula anti-retorno se abre y el nivel vuelve a hacerse visible. 13 Aceite Carbonizado Pequeñas partículas formadas por ceniza/carbón de aceite quemado y polvo de fundición de hierro desprendido de las paredes del cilindro y de los aros pueden verse en esta foto. Las partículas metálicas son atraídas magnéticamente por el Estator y pueden causar un cortocircuito localizado. Estas partículas depositadas en el cárter, pueden tapar el filtro de la bomba de aceite, ocasionando una falla de lubricación. 14 Quemadura Localizada 15 Aceite Carbonizado El carbón o las cenizas de aceite quemado pueden bloquear los filtros de línea. 16 Temperatura Límite z Rango de temperatura máxima en puerto de descarga (plato de válvulas): 163° a 177°C z Medición de la temperatura de descarga – Entre 5 y 6”de la válvula de servicio 17 Medición de la Temperatura en la Descarga Los excesos de temperatura en el puerto de descarga del plato de válvulas son una preocupación fundamental ya que no pueden ser medidos externamente. Medir las temperaturas de los gases de la descarga puede ser útil para estimarlos. Las pruebas confirman que las temperaturas de los gases de la descarga medidas entre 5” y 6” de la válvula de servicio están, aproximadamente, entre 25 y 32ºC por debajo de las temperaturas del puerto de descarga en el plato de válvulas. 18 Temperatura De Descarga 135°C Falla Segura 121°C Peligro de Falla 107°C Normal La temperatura medida sobre la línea de descarga del compresor a 6” de la válvula de servicio es un parámetro confiable para determinar la existencia o no de Recalentamiento. Es recomendable la instalación de sensores conectados a aparatos de medición y registro que permitan analizar el comportamiento de dicha temperatura a lo largo del día, en caso de sospecharse que el recalentamiento existe pero se produce fuera de los horarios laborales habituales, cuando nadie estará junto al compresor para detectarlo. 19 Posibles Causas Del Recalentamiento z Elevados radios de compresión – Presiones de succión demasiado bajas • Elevadas caídas de presión entre el evaporador y el compresor • Ajuste inadecuado del presostato de baja z Elevadas presiones de descarga – Condensador bloqueado y/o sucio – Ventiladores quemados z Presencia de no condensables z Elevadas temperaturas del gas de retorno z Falta de enfriamiento del compresor 20 Elevadas Relaciones de Compresión Gases de Succión Espacio Nocivo Gases densos a elevada temperatura y presión Re-Expansión El gas residual fuerza al pistón hacia abajo Deformación del alojamiento del perno de pistón (golpeteo) 21 Radio de Compresión Excesivo Signos del Daño Un efecto secundario de los golpes de líquido es el desgaste en los pernos de pistón. Cuando una lámina de descarga se rompe, el pistón queda sometido a presión de descarga permanentemente. Esto impide la correcta lubricación del perno. Cuando se efectúa la reparación del plato de válvulas y se pone en marcha el compresor, el desgaste del perno se manifiesta con un característico “traqueteo”. 22 Medidas De Prevención z Correcta selección del compresor en función de la aplicación específica z Temperatura Máxima del gas de Retorno – Ajuste del Sobrecalentamiento z Ventilador de cabeza z Demand Cooling© z Aislar adecuadamente la tubería de succión z Ventilación correcta de la sala de máquinas 23 Fallas de Lubricación KH PC2003 Latin America 24 La lubricación adecuada del compresor es la clave para extender su vida útil. Las Fallas de Lubricación pueden ser de dos tipos: •Pérdida de Lubricación, cuando el aceite no regresa al compresor o no está presente en el cárter. •Falta de Lubricación, cuando el aceite está presente, pero no lubrica. 24 Fallas de Lubricación z Pérdida de lubricación – El aceite no vuelve al cárter z Falta de lubricación – El aceite vuelve pero no lubrica La pérdida de la lubricación puede ser causada por un mal diseño de las tuberías (escasa velocidad del gas de retorno, falta de pendientes en la líneas de succión, ausencia o mala aplicación de trampas) o pérdida de lubricante debido a fugas. La falta de lubricación puede ser provocada por la presencia de líquido refrigerante en el cárter del compresor que diluye el lubricante o el retorno de refrigerante líquido que lava las paredes de los cilindros en compresores refrigerados por aire. Elevadas temperaturas de operación del compresor (recalentamiento), pueden producir una elevada disminución de la viscosidad del aceite, con la consecuente pérdida de la resistencia de la película lubricante y de su capacidad para impedir el roce de metal con metal entre partes móviles. 25 Falla de Lubricación Como hemos dicho, la lubricación se ve afectada progresivamente desde los bujes más cercanos a la bomba de aceite hacia los más cercanos al motor. Precisamente, las bielas más cercanas al motor pueden literalmente “clavarse”, provocando la rotura de éstas. En la foto se ven los típicos signos provocados por el exceso de temperatura entre el buje y el eje por falta de lubricación. El buje principal también se vio afectado (falla de lubricación provocada por un retorno de refrigerante líquido). 26 Signos del Daño La pérdida de lubricación se manifiesta fácilmente al abrir el compresor ya que habrá poco aceite en el cárter (si es que hay algo de él). Todas las superficies de los bujes estarán desgastadas y escoreadas en forma más o menos pareja con bielas rotas y pistones clavados. 27 Balance en la Lubricación Aceite que Sale = Aceite que Regresa Todos los compresores bombean aceite al sistema durante su operación. La situación ideal es aquella en la que todo el aceite bombeado fuera por la descarga, regrese en la misma proporción y al mismo tiempo, ya sea por la succión o por el sistema de lubricación al cárter. Esto no siempre es posible, por lo que el nivel de aceite en el cárter suele fluctuar entre mínimos y máximos ante variaciones en las condiciones de funcionamiento del sistema, por ejemplo: durante y después de descongelamientos. 28 Pérdida de Lubricación z Causas Posibles – Diseño incorrecto de tuberías • Escasa velocidad del gas de retorno • Pendiente incorrecta de la tubería de succión • Falta o mala disposición de trampas • Aceite atrapado en el evaporador – Pérdidas de gas refrigerante – Ciclado del compresor – Cárter presurizado 29 Nivel de Aceite La foto resume el siguiente concepto: “El nivel de aceite debe estar siempre presente en el visor” En condiciones de baja carga de aceite, el nivel debe ser visible y no estar por debajo del visor. En condiciones de elevada carga de aceite, el nivel nunca debe sobrepasar el visor. 30 Retorno de Refrigerante Líquido KH PC2003 Latin America 31 Esto es cuando el refrigerante en estado líquido retorna al compresor mientras éste está en operación. El daño producido depende del tipo de compresor y la forma en la que es refrigerado el motor (por refrigerante o por aire). 31 Retorno de Refrigerante Líquido z Posibles causas – Cargas imprevistamente bajas – Mala selección del evaporador – Falla en el evaporador • Bloqueado, Ventilador quemado – Tamaño inapropiado de la válvula de expansión • Subenfriamiento del líquido – Falla en la válvula de expansión • Bulbo flojo, Compensador bloqueado – Sobrecalentamiento inapropiado en la válvula de expansión 32 Retorno de Refrigerante Líquido En compresores refrigerados por aire, el golpe de líquido podrá ser directo, mientras el compresor está operando, a diferencia de lo que ocurre en compresores refrigerados por refrigerante, ya que el líquido que acompaña al gas en el retorno ingresa directamente a los puertos de succión del compresor. Cuando el líquido retorna en pequeñas cantidades, éste puede evaporarse al tomar contacto con la cabeza de cilindros caliente sin provocar mayores daños. En ciertos casos, el compresor puede tornarse ruidoso, indicando la presencia de líquido en la succión. Recuerde que presencia de hielo en la succión no es razón suficiente para afirmar que existe retorno de líquido. Debe medirse el Sobrecalentamiento total, el cual debe permanecer por encima de los 11 grados centígrados para afirmar que no hay líquido retornando por la succión. 33 Retorno de Refrigerante Líquido (cont.) Obsérvese la circulación del flujo de gas en el interior del compresor. Los gases de la succión ingresan a una cámara vertical a través de la válvula de servicio de succión y un filtro de mallas, ubicados a un costado del cabezal del compresor. El cambio brusco de dirección producido separará el aceite acarreado por los gases de la succión. El lubricante será recolectado en el fondo de la cavidad vertical donde se encuentran tres orificios. Uno de ellos permite que el aceite retorne directamente al cárter. Lo dos restantes conducen el aceite a la pared de ambos cilindros y permiten, a su vez, la ventilación del cárter. 34 Retorno de Refrigerante Líquido (cont.) En un compresor refrigerado por refrigerante, este último entra primero en el compartimento del Estator del motor. En caso de retornar en estado líquido, ocupará el fondo de este mismo recinto, junto con el aceite que también retorna por la línea de succión. Si el líquido que retorna lo hace en pequeñas cantidades, se evaporará enfriando el motor sin mayores consecuencias. Si el líquido refrigerante regresa en mayor cantidad, diluirá el aceite del cárter. La mezcla será tomada por la bomba de aceite que la impulsará a los bujes del compresor. Una mezcla de aceite rica en refrigerante alcanzará, entonces, los bujes calientes, donde el refrigerante se evaporará debido a la elevada temperatura, rompiendo la película de lubricante al hacerlo (falla de lubricación provocada por un retorno de refrigerante líquido). 35 Desgaste Progresivo El desgaste provocado en el cigüeñal, cuando la lubricación de los bujes se ve afectada por la presencia de líquido refrigerante en el lubricante, es progresivo, haciéndose más acentuada en donde el eje tiene contacto con los bujes más calientes que son los que se encuentran más cerca del motor. El buje principal es prácticamente arrastrado, deformando, incluso, su alojamiento en el cuerpo del compresor (falla de lubricación provocada por un retorno de refrigerante líquido). 36 Desgaste Progresivo (cont.) Las bielas están sobre la mesa siguiendo el mismo orden que tienen dentro del compresor, desde la bomba hacia el motor. Aquí puede verse claramente el efecto descrito anteriormente. La última biela cedió rompiéndose por falta de lubricación. Obsérvese también, los signos de calentamiento progresivo. 37 Arrastre Entre Rotor y Estator Cuando el desgaste en el buje principal o central es acentuado, el cigüeñal puede llegar a caerse provocando el roce del rotor con el Estator. El resultado será un corto circuito que quemará el motor. Si el compresor no es debidamente examinado, puede que se le asigne a la falla un origen eléctrico, cuando en realidad el origen fue absolutamente mecánico. 38 Causa Posible de Retorno de Refrigerante Líquido Los ciclos de descongelamiento son críticos sobre todo en sistemas de baja temperatura. Evaporadores bloqueados generan restricciones en el flujo de aire que hacen disminuir la carga frigorífica, lo que a su vez puede generar retorno de refrigerante líquido y dificultad para que el aceite abandone el evaporador. 39 Diagnóstico Correcto Este compresor que parece estar inundado de líquido puede no estarlo. Si estuviese operando a tan baja temperatura que la temperatura del gas de retorno pueda ser tal que haga que la humedad del ambiente se congele al condensarse sobre la carcaza del compresor, se formaría el efecto mostrado aunque no hubiera líquido retornando al compresor. Siempre debe verificarse el Sobrecalentamiento Total a 5” de la válvula de servicio de succión (diferencia entre la temperatura de la tubería medida externamente a 5” de la válvula de servicio de succión y la temperatura de saturación correspondiente a la presión de saturación de succión del compresor). Siempre que el Sobrecalentamiento Total se mantenga por encima de de los 11°C 11°C,, podrá asegurarse que no hay líquido retornando al compresor, independientemente independientemente de lo que las apariencias indiquen. 40 Medición del Sobrecalentamiento Total La presencia o no de líquido refrigerante en la succión puede determinarse midiendo el Sobrecalentamiento. Puede asegurarse que si durante la operación del compresor el Sobrecalentamiento se mantiene como mínimo en 11°C no habrá líquido refrigerante retornando al compresor. Recuerde que el retorno de líquido es, en la mayoría de los casos, un fenómeno intermitente que puede no estar produciéndose en el momento en que el técnico visita la instalación pero podría aparecer, por ejemplo, durante las noches, cuando la carga térmica disminuye y la condensación aumenta. 41 Medidas de Prevención z Acumulador de succión z Bombeo Completo z Ajuste Correcto del Sobrecalentamiento z Controlar la carga de refrigerante z Calefactor de cárter 42 Bombeo Completo “Pump Down” 43 Arranque Inundado KH PC2003 Latin America 44 Los arranques inundados son una causa frecuente de falla en los compresores. Se producen como consecuencia de una migración de gas refrigerante al cárter durante los ciclos de parada. 44 Migración De Gas Refrigerante z Efecto – Arranque inundado • Burbujeo Violento en el cárter del compresor al momento del arranque z Importante: un arranque inundado no puede detectarse por la medición de presiones y temperaturas, el técnico solo puede verlo si mira el visor de aceite al momento de arrancar el compresor Durante largos períodos de parada, fundamentalmente cuando el cárter se encuentra más frío que el evaporador, la migración es inevitable. Lo mismo puede ocurrir, aún con el sistema en marcha, cuando el compresor es instalado al aire libre en climas fríos. El calefactor de cárter es una medida adecuada de prevención aunque no infalible. El exceso de carga de gas refrigerante en un sistema le juega en contra. El calefactor de cárter debe estar conectado siempre que el compresor esté parado. Después de largos períodos de parada provocados por cortes de la alimentación eléctrica o paradas por mantenimiento, debe concedérsele al calefactor de cárter el tiempo suficiente para hacer su trabajo antes de arrancar el compresor. En las puestas en marcha, después de la carga de gas, este tiempo de calentamiento es indispensable. En sistemas sin calefactor de cárter, la carga de refrigerante no debe exceder nunca el valor de carga límite recomendado por el fabricante del compresor. El denominado sistema de Bombeo Completo, es también una medida precautoria adecuada para evitar la migración. 45 Migración: Líquido en el Fondo del Cárter El refrigerante, más denso que el lubricante, ocupa el fondo del cárter, aunque no siempre sea visible a través del visor como en este caso. Al momento del arranque, el descenso brusco de la presión en el cárter suele hacer que este refrigerante se evapore en forma violenta llenando de espuma el visor (Arranque Inundado). 46 Arranque Inundado Cuando el compresor arranca, se produce un descenso brusco de la presión en el cárter que provoca que el refrigerante líquido presente se evapore en forma violenta. La erupción provocada por este efecto arrastrara líquido refrigerante al cigüeñal, que puede lavar la película de lubricante y provocar que una biela se “clave” abrupta y aleatoriamente. El líquido refrigerante y el aceite en pequeñas gotas pueden alcanzar incluso las cabezas de cilindros, provocando un golpe de líquido. Esta es precisamente la mecánica de rotura por golpe de líquido en un compresor refrigerado por refrigerante. 47 Arranque Inundado Falla de Lubricación La rotura abrupta y aleatoria de una biela, con claros signos de desgaste manifestados en su buje, que no se repiten en el resto de bielas y bujes del compresor, pudo haber sido provocada por un arranque inundado. El desgaste será errático, sin mostrar patrón alguno, como en casos anteriores. 48 Posibles Causas z Cárter frío – Falla en el calefactor de cárter – Compresor instalado en ambientes muy fríos z Exceso de carga de refrigerante z Largos períodos de parada 49 Prevención z Acumulador de succión z Bombeo Completo z Solenoide de Línea de Líquido z Controlar la carga de refrigerante z Calefactor de cárter 50 Golpe de Líquido KH PC2003 Latin America 51 Cuando aparecen roturas en las partes internas del compresor sin desgaste aparente, un golpe de líquido podría ser la causa. 51 Golpe De Líquido z Refrigerante líquido y/o aceite en los cilindros z En compresores enfriados por refrigerante es siempre resultado de un arranque inundado Los líquidos no son compresibles. La presencia de líquido refrigerante y/o aceite en los cilindros al final de la carrera de compresión puede producir serios daños. 52 Retorno de Refrigerante Líquido Compresor Refrigerado por Aire En los compresores refrigerados por aire los gases de la succión ingresan directamente en la cabeza de cilindros. Si dichos gases arrastran líquido refrigerante en cantidad suficiente el daño en el compresor será inminente ya sea por golpe de líquido o por una falla en la lubricación. 53 Arranque Inundado Cuando el compresor arranca, se produce un descenso brusco de la presión en el cárter que provoca que el refrigerante líquido presente se evapore en forma violenta. La erupción provocada por este efecto arrastrara líquido refrigerante al cigüeñal, que puede lavar la película de lubricante y provocar que una biela se “clave” abrupta y aleatoriamente. El líquido refrigerante y el aceite en pequeñas gotas pueden alcanzar incluso las cabezas de cilindros, provocando un golpe de líquido. Esta es precisamente la mecánica de rotura por golpe de líquido en un compresor refrigerado por refrigerante. 54 Signos del Daño Obsérvese la típica mecánica de la rotura de la válvula de succión, provocada por retorno de líquido. 55 Signos del Daño (cont.) El líquido presente en el cilindro durante la carrera de descarga, puede llegar a arrancar literalmente las válvulas de descarga y deformar, doblar y/o arrancar los puentes limitadores. 56 Signos del Daño (cont.) Un efecto secundario de los golpes de líquido es el desgaste en los pernos de pistón. Cuando una lámina de descarga se rompe, el pistón queda sometido a presión de descarga permanentemente. Esto impide la correcta lubricación del perno. Cuando se efectúa la reparación del plato de válvulas y se pone en marcha el compresor, el desgaste del perno se manifiesta con un característico “traqueteo”. 57 Restos de Láminas Rotas Los trozos de válvulas rotas pueden alcanzar el Estator del motor, generando un corto circuito y arrastre con deterioro de las paredes del Rotor. Si el técnico sólo cambió las válvulas rotas, sin efectuar una inspección posterior en busca de los pedazos, ésta puede ser la consecuencia final: una nueva falla. 58 Lámina Anular de Succión Rota Golpe de Líquido Retorno de Líquido y/o Falla de Lubricación En los compresores Copeland de la línea Discus®, las roturas producidas en las láminas de succión anulares por golpes de líquido se distinguen de las generadas por fallas de lubricación. 59 Signos del Daño Las tremendas fuerzas hidráulicas que se ponen de manifiesto durante un golpe de líquido pueden hacer que las juntas del plato de válvulas literalmente exploten y/o los cigüeñales se partan. Las roturas en las bielas sin escoriaciones ni deformaciones son un signo clásico de un golpe de líquido. 60
