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Ciencias Holguín,                   Revista trimestral,             Año XX,  julio–septiembre   2014

Análisis del consumo de aceite de motor en grupos electrógenos de la provincia de Holguín / Analysis of motor oil consumption by grupos electrógenos (Power Generator Units) in Holguin province

José Ramón Hechavarría-Pérez *. jhperez@facing.uho.edu.cu
Juan Carlos Castañeda-Sandes **
Yeinier Iskander-Concepción ***

Institución de los autores
*; ** Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”

*** Empresa Generación Distribuida Holguín

 PAÍS: Cuba

RESUMEN
Aborda una evaluación de los índices de consumo de aceite en los Grupos Electrógenos modelo MTU instalados en la provincia de Holguín. Los resultados obtenidos fueron valorados mediante diferentes criterios estadísticos como las comparaciones de; la media, la desviación estándar y la mediana. Este estudio permite que la entidad pueda contar con una importante base experimental para la planificación y evaluación de los consumos de lubricantes. El análisis realizado constituye también una importante herramienta para el diagnóstico diferenciado del estado técnico de algunos conjuntos principales de los motores de combustión interna de estos equipos. Se detectaron los grupos que presentaban desviaciones significativas en su índice de consumo y se investigaron las causas de estas desviaciones.
PALABRAS CLAVE: GRUPOS ELECTROGENOS; INDICES DE CONSUMO; LUBRICACION

ABSTRACT

Oil consumption indexes of MTU model Power Generator Units installed in Holguín Province were evaluated. The data was measured using different statistical comparisons, The results provided a useful experimental information to organize and evaluate lubricants consumption. This analysis is also a very important tool for differential diagnosis of the technical state of main parts of internal combustion motors. Units featuring high deviations in oil consumption were detected and the causes of those deviations were investigated
KEY WORDS: POWER GENERATOR UNITS; OIL CONSUMPTION INDEX; LUBICATION

INTRODUCCIÓN
Las condiciones  económicas y ambientales actuales, exigen de las empresas generadoras de electricidad un mayor grado de eficiencia en la generación. El adecuado mantenimiento y la correcta explotación de los equipos e instalaciones juega un papel principal en la el buen funcionamiento y durabilidad de estos (Cabrera, 2004, Domínguez, 2008).

Una de las principales medidas de la Revolución Energética en Cuba fue la incorporación de grupos electrógenos que utilizan combustible diesel y fuel oil de potencias que oscilan entre 0,5 y 18 MW.
La serie MTU Br 4000 se encuentra entre las más representativa y está formado básicamente por un motor de combustión interna (MCI) acoplado a un generador de electricidad de corriente alterna.

La protección de los motores de combustión interna depende en grado significativo del sistema de lubricación y de la estabilidad de los parámetros físico - químicos del lubricante que se emplea. Los fundamentos para la aplicación adecuada, de la lubricación en diferentes sistemas se puede encontrar en los trabajos de Fulller (1967), Lansdown (2006); Syed (2009), Fernández et al (2009). Por la cantidad  de grupos electrógenos  instalados en la provincia, su consumo de lubricantes resulta muy importante.

Se considera que en los emplazamientos de grupos electrógenos más de 100 Grupos en la provincia de Holguín. Cada motor de un grupo presenta una capacidad en el depósito de aceite del motor de 300 litros. El suministro de aceite a estos equipos se ejecuta generalmente de forma preventiva  según las recomendaciones del fabricante.

Por otra parte se ha demostrado que estos aceites son considerados potencialmente peligrosos para el medio ambiente. En el caso de los aceites usados existe el riesgo adicional de la liberación de contaminantes  tóxico. Por estas razones, la reducción de los consumos de lubricantes representa un elemento muy importante en la  reducción  de la carga contaminante al  medio ambiente.

El objetivo principal de la Empresa de Generación. Distribuida  de Holguín es brindar un servicio de calidad, logrando una disminución de los costos de explotación, mantenimiento y reparación de los grupos electrógenos. Por tanto, la disminución de los índices de consumo en las instalaciones de generación constituye también una prioridad en esta empresa. En consecuencia con esas necesidades, el presente trabajo centra sus objetivos en el análisis de los consumos de lubricantes en estas instalaciones con el empleo herramientas estadísticas adecuadas y en la evaluación de las causas de las desviaciones de estos índices.

MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación comprende el monitoreo de los índices de consumo de aceite de motor en los grupos electrógenos diesel  MTU de la serie Br 4000 de la provincia de Holguín. El período  de  monitoreo fue de doce meses. En la figura 1 se muestra una vista de uno de los emplazamientos de la provincia de Holguín.

Características principales de los Motores  diesel MTU serie 4000 de los grupos electrógenos.

Motor de cuatro tiempos, inyección directa de cuatro válvulas.
Cantidad de Cilindros 16 en V a 90 0.
Potencia (kW) =1470 – 2408
Cilindrada (l) = 32,5 – 89,8
Turbo alimentación con gases de escape con refrigeración del aire de carga.
Sistema de refrigeración de dos circuitos con refrigeración del aire de carga por agua.

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Figura 1.  Grupos electrógenos

Para el procesamiento de datos se emplearon varias herramientas estadísticas. Para facilitar el trabajo con esas  técnicas se empleó  el  programa Statgraphic.
Para el estudio del comportamiento de los índices de consumo de cada grupo se usó la estadística descriptiva, así como pruebas de normalidad como: el estadístico
W de Shapiro-Wilks y las puntuaciones  para asimetría y curtosis. Para la investigación de relaciones del índice de consumo se emplearon comparaciones de la media, la mediana y la desviación estándar.

RESULTADOS DEL TRABAJO
En las figura 2 se presenta el comportamiento de los índices de consumo de cada uno de los  grupos electrógenos de la provincia de Holguín y en la figura 3 el consumo promedio de todos esos grupos. Ambos parámetros se presentan de forma mensual durante un período de un año.


fig2
Figura 2.
  Índices de consumo los grupos electrógenos monitoreados.

fig3
Figura 3. Índice de consumo promedio mensual

En la figura 2 se aprecia que el comportamiento de la media es 0,4 g/kWh, significativamente inferior a los valores recomendados por el fabricante. Esto debe ser consecuencia de las diferencias en las condiciones de explotación de los grupos electrógenos. Se observa que solamente cuatro equipos superan el límite superior y dos se encuentran por debajo de la cota inferior. Estas cotas  son establecidas según la fórmula siguiente:

for1 (1)
(2)

LS y LI límites superior e inferior, respectivamente, IC Índice promedio y  s es la desviación estándar
 
En la tabla 1 se exponen los resultados de las pruebas de normalidad para el comportamiento de los índices presentados en la figura 1. Estos resultados  confirman que el índice de consumo sigue un patón muy cercano a una distribución normal, lo que se puede apreciar también mediante la figura 4.

Tabla 1. Resultados de los test de normalidad


Test. de normalidad:
Estadística ±2 sigma

Hipótesis nula P-valor (0,10) ≤ P-Calculado
Hipótesis alternativa P-valor (0,10) ≥  P-calculado

Estadístico W de Shapiro- Wilks
 = 0,909108

P-valor = 0,871

Puntuación Z para asimetría
 = 0,609661

P-valor = 0,542

Puntuación Z para curtosis
 = 1,26111

P-valor = 0,197

fig4
Figura 4.  Distribución de frecuencia del índice de consumo

En la figura 5  se presentan, en forma diferenciada, los índices de consumo de los grupos electrógenos aislados y los instalados en baterías. De acuerdo con la comparación estadística  presentada en la tabla 2,  se puede afirmar que no existen diferencias significativas en el comportamiento de los grupos aislados con respecto a los instalados en baterías.

fig5
Figura 5. Índices de consumo de los grupos electrógenos y los instalados en baterías.

Tabla 2  Análisis estadístico del comportamiento del índice de consumo entre los grupos aislados y las baterías en el año 2012.


Comparación de las medias:
Hipótesis nula: media1 = media2
Hipótesis alternativa: media1 <> media2

P-Valor = 0,077

Comparación de las desviaciones típicas
 Hipótesis nula: sigma1 = sigma2
(1) Hipótesis alternativa: sigma1 <> sigma2

P-Valor = 0,228

Comparación de las medianas:
Hipótesis nula: mediana1 = mediana2
(1) Hipótesis alternativa: mediana1 <> mediana2

P-Valor = 0,118

Una representación del comportamiento de los índices de consumos por trimestres se muestra en la figura 6.

Las comparaciones entre diferentes trimestres del año fueron realizadas aplicando las mismas herramientas que emplearon en el análisis presentado en la tabla 2. Como resultado se confirma que no existen diferencias significativas entre esas etapas del año.

fig6
Figura 6.  Comportamiento de los índices de consumo por trimestres
En la tabla se muestra como ejemplo los resultados de la comparación entre los trimestres I y II

Tabla 3. Comparaciones del comportamiento de los índices de consumo entre dos trimestres

Comparación de medias:
Hipótesis nula: media1 = media2
Hipótesis alternativa.: media1 <> media2.

P-Valor = 0,866
Puesto que el p-valor ≥ a 0,05, no se puede rechazar la hipótesis nula.

Comparación de medianas:
Hipótesis nula: 
mediana1 = mediana2
Hipótesis alternativa:
mediana1 <> mediana 2.

P-Valor = 0,825
Dado que el p-valor ≥ a 0,05, no se puede rechazar la hipótesis nula.

Comparación de Desviaciones Típicas:
Hipótesis nula: sigma1 = sigma2
Hipótesis alternativa: sigma1 <> sigma2

P-Valor = 0,888
Dado que el P-valor ≥ a 0,05, no se puede rechazar la hipótesis nula.

Los resultados anteriormente mostrados resultan de gran importancia para la planificación, el control y análisis, más eficiente de la lubricación en los grupos electrógenos de la serie MTU 4000. Esos resultados permiten tener criterios más exactos sobre los grupos que realmente presentan desviaciones significativas del índice de consumo. Esto a su vez resulta muy importante para el diagnóstico del estado técnico de los equipos a través de la investigación de las causas de las desviaciones de sus índices.

En la figura 1 se puede apreciar que el Grupo electrógeno 78 presenta una marcada desviación de su índice de consumo con respecto a los restantes equipos. A manera de ejemplo se presenta a continuación  la investigación de las causas que provocaron estas desviaciones en  el equipo No 78.

Un alto índice de consumo de aceite, en los MCI de los grupos electrógenos puede ocurrir, principalmente las siguientes causas:
- Desgaste de aros o anillos que provoca que el aceite se  queme  en la cámara de combustión.
- Problema con los sellos  de aceite de lubricación de los turbo compresores.
- Insuficiente apriete de la tapa del cojinete axial del árbol de levas.
- Falta de hermeticidad en las guías de las válvulas de admisión y escape.
A partir de la evaluación de la compresión en los cilindros del motor se descartó la posible causa de desgaste excesivo de los aros o anillos de los pistones.

La continuación de la investigación permitió detectar fugas en las guías de las válvulas de admisión de los cilindros A1, A2, A4, A7, B1, B3, B5 Y B6. En la figura 7 A se aprecian evidencias de estas fugas. También se detectaron salidas anormales de aceite por los sellos de los turbo compresor tal como se observa en la figura 7B.
fig7bfig7a

7 A
7 B

Figura 7. Presencia de fugas por guías de válvulas de admisión (A) y salideros por sellos de los turbos(B)

CONCLUSIONES
1. Se realizó un análisis del comportamiento de los índices de consumo en los grupos electrógenos MTU  4000 de la provincia de Holguín.

2. De acuerdo con el análisis realizado se determinaron los grupos con  mayores desviaciones de su índice de consumo, destacándose el Grupo No 78 con un índice  de 0,85 g/kWh.

3. El  grupo 78 presentó una desviación significativa de su índice cuya causa fue las fugas de aceite por las guías de válvulas de varios cilindros y por los sellos de los turbo alimentadores. A través de este ejemplo se demostró la utilidad del análisis del comportamiento del índice de consumo de lubricante en el diagnóstico del estado técnico de los motores de combustión interna de los equipos estudiados.

BIBLIOGRÁFIA

  1. Domínguez Mora O, 2008 Trabajo Final, Curso de Experto Universitario en Mantenimiento Predictivo y Diagnosis de fallos  Edición 2008, pp, 20,
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  3. Lansdown A, R. Lubrication and Lubricant Selection a Practical Guide, Londres Tercera Edición, 2006.
  4. Syed, Q, A, 2009 A Comprehensive Review of Lubricant Chemistry, Technology, Selection and Desing, ASTM   International.
  5. Cabrera Gómez, J; Elementos para la realización del análisis causa raíz, Monografía, CEIM-ISPJAE, Ciudad de La Habana, Cuba, 2004.
  6. Domínguez Mora Oscar, Diagnóstico y control del desgaste en motores diésel Edición 2008.
  7. Fernández-Fernández, F, Mourdoch-Misa (2009) Aplicación de técnicas de lubricación predictivas en Grupos Electrógenos,
  8. Aceite lubricantes para motores de combustión interna. [documento en línea] http://www.cnctv.cubasi.cu/noticia.php?idn=426 [consultado mayo 2013].
  9.  Fuels,  lube  oil  &  Analysis  [documento en línea] http://www.dgtww-digital.com/dgtww/200704/?pg=34&liid=2d8a29 1d61  [consultado enero 2013].
  10.  Annual Book of ASTM Standard. En 2000, vol. 17.  Documento en línea Disponible en: http://www.conservaenergia.com/empresas/ast m/normas.htm [consultado enero 2013]. 

 

Síntesis curricular de los Autores

José Ramón Hechavarría-Pérez. Doctor en Ciencias Técnicas jhperez@facing.uho.edu.cu.

Juan Carlos Castañeda-Sandes. Ingeniero

Yeinier Iskander-Concepción. Ingeniero


Institución de los autores
.

*; ** Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”

*** Empresa Generación Distribuida Holguín

 

 

Fecha de Recepción: 24/09/2013
Fecha de Aprobación: 02/07/2014
Fecha de Publicación: 31/07/2014

 

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