Diagnóstico y Reparación de Fallas Comunes en Turbos Diésel | Beacon Diesel

Diagnóstico y Tratamiento de Fallas Comunes en Sistemas de Turboalimentación

Los gases de escape de alta temperatura y alta velocidad descargados por el cilindro del motor diésel ingresan a la turbina del turboalimentador, impulsando el rotor de la turbina para que gire. La turbina, a su vez, impulsa el impulsor del compresor en el mismo eje para que gire, comprimiendo el aire aspirado, aumentando la presión y enviándolo al tubo de admisión y luego al cilindro. Esto logra el efecto de aumentar la densidad del aire en el cilindro, permitiendo que más combustible se queme completamente, mejorando así la potencia del motor diésel y reduciendo el consumo de combustible. Debido a la mejora de las condiciones de combustión, no solo se reduce la emisión de sustancias nocivas en los gases de escape, sino que también se reduce el ruido del funcionamiento del motor diésel.

El turboalimentador es una máquina de potencia que gira a velocidades ultra altas en un entorno de alta temperatura. Su velocidad de trabajo a plena carga es generalmente de 80.000 a 120.000 r/min, y el máximo puede superar las 200.000 r/min. Dicha maquinaria de rotación a alta velocidad a menudo se daña debido a una instalación y uso inadecuados, lo que lleva a que el motor diésel no pueda funcionar normalmente.

Independientemente de si el turboalimentador en uso es nacional o importado, su vida útil generalmente no alcanza los años de servicio esperados. Más del 90% de las causas fundamentales son la instalación y el uso inadecuados. La sobrecarga severa o la modificación no autorizada de las características de inyección de combustible son los principales factores que afectan la vida útil del turboalimentador. Las fallas comunes del sistema de turboalimentación son las siguientes.

8.1.1 Insuficiencia de Admisión

La insuficiencia de admisión se refiere a la falta de entrada de aire causada por el bloqueo en ciertas partes fuera de la entrada del compresor del turboalimentador. Las razones principales son:

1. Obstrucción del elemento del filtro de aire. Los filtros de aire incluyen elementos de filtro de papel y elementos de filtro de seguridad (fieltro). Algunos motores diésel que trabajan en entornos hostiles utilizan filtros de aire de baño de aceite. Independientemente del tipo de filtro de aire, el elemento filtrante debe mantenerse, limpiarse o reemplazarse después de un período de uso. Si el elemento del filtro de aire no se mantiene, limpia o reemplaza durante mucho tiempo, el elemento filtrante puede perder permeabilidad debido a la adhesión excesiva de polvo.

2. Bloqueo en el tubo de admisión. En la tubería de admisión antes del compresor, generalmente hay mangueras de goma de transición. Si estas mangueras de goma están dobladas, aplastadas debido a una fuerza externa o la piel interna se desprende, puede provocar fallas de admisión insuficiente.

(1) Fenómeno de la Falla
Después de que ocurre una insuficiencia de admisión en la sección de presión negativa, el motor diésel mostrará síntomas como escape de humo anormal (humo negro) y potencia insuficiente. También pueden ocurrir fenómenos como temperatura excesiva y que la carcasa de la turbina del turboalimentador se ponga al rojo vivo.

(2) Diagnóstico de la Falla
Cuando la admisión de aire antes del compresor no es fluida, se debe verificar exhaustivamente si las partes mencionadas anteriormente tienen problemas y reemplazar el filtro de aire o la manguera de goma de transición del tubo de admisión. Los pasos y requisitos de diagnóstico específicos se pueden encontrar en las secciones relevantes más adelante en este capítulo.

(3) Tratamiento de la Falla
Si la inspección revela que el elemento del filtro de aire está sucio o hay un bloqueo en la tubería de admisión, se debe reemplazar el elemento del filtro de aire y las tuberías y sellos relacionados dañados.

(4) Ejemplo de Falla: Sobrecalentamiento causado por admisión insuficiente

• ① Fenómeno de la falla: Una traílla (scraper) importada, propulsada por un motor diésel modelo 3208. Durante la construcción, volcó accidentalmente hacia el lado derecho. Después de ser izada, el daño parecía menor. Tras un mantenimiento simple, la operación continuó, pero pronto aparecieron síntomas de temperatura excesiva del refrigerante, alarmas frecuentes y potencia insuficiente de la máquina.

• ② Diagnóstico de la falla: El filtro de aire equipado con esta máquina tiene una estructura seca de una sola etapa con dos grandes elementos de filtro de papel en el interior. El elemento filtrante fue empapado por el aceite del motor que fluía del motor diésel cuando el equipo volcó. En ese momento, no había repuestos para reemplazar en el sitio de construcción, por lo que el elemento filtrante simplemente se lavó y se usó continuamente. Al poco tiempo, apareció el fenómeno de falla mencionado anteriormente. Por lo tanto, se sospechó que el fenómeno de falla anterior fue causado por una filtración de aire sucia. Después de quitar el elemento del filtro de aire y hacer funcionar el motor diésel por un corto tiempo, el fenómeno de falla no reapareció, confirmando que la falla fue causada por el elemento del filtro de aire.

• ③ Causa de la falla: Esta máquina es un motor diésel turboalimentado con un gran desplazamiento que requiere una gran cantidad de admisión de aire. Después de que el elemento filtrante se empapó con aceite de motor, se obstruyó rápidamente con lodo de aceite y polvo. Esto provocó una reducción drástica en el volumen de admisión de aire en el cilindro. El combustible diésel no podía quemarse por completo y continuaba quemándose más tarde (combustión continua en el tubo de escape), lo que no solo redujo la potencia sino que también provocó que aumentara la temperatura del motor.

• ④ Solución de problemas: Después de reemplazar el elemento del filtro de aire, la temperatura del motor volvió a la normalidad, la luz de alarma se apagó y el fenómeno de falla desapareció.

Recordatorio cálido: El arranque difícil (o la imposibilidad de arrancar), la potencia insuficiente y el escape de humo anormal causados por elementos de filtro de aire sucios y tubos de admisión bloqueados no son infrecuentes. Por lo tanto, cuando ocurren tales fallas en el motor diésel, si se busca la causa en otras partes pero no se puede eliminar la falla, puede ser necesario verificar el elemento del filtro de aire y todo el sistema de admisión. No asuma siempre que un nuevo conjunto de filtro de aire definitivamente no tiene problemas; a veces, los elementos filtrantes recién reemplazados también pueden tener malas condiciones de flujo.

8.1.2 Bombeo del Compresor (Surge)

Cuando el turboalimentador está funcionando, si el flujo de aire del compresor se reduce a cierto punto, el flujo de aire del compresor oscilará violentamente, causando vibración de los álabes, y acompañado de ruido anormal, y la presión de sobrealimentación caerá significativamente. Este fenómeno se llama bombeo o "surge" del compresor. Sus causas son las siguientes:

(1) Pulsación de Presión en el Tubo de Admisión
La fluctuación de presión en el tubo de admisión del motor diésel tiene un gran impacto en el bombeo, especialmente para motores diésel de 6 a 8 cilindros, donde la fluctuación de presión es relativamente grande. Dado que la frecuencia de pulsación del tubo de admisión en los motores diésel es baja y la amplitud es grande, es propenso a ocurrir el bombeo.

• Tratamiento de la falla: Instale una caja estabilizadora de aire en la entrada del compresor para reducir la pulsación de presión; aumente adecuadamente el volumen del tubo de admisión para reducir la amplitud de la pulsación; los motores diésel V8 pueden conectar los tubos de admisión izquierdo y derecho con un tubo grueso.

(2) Fallo de Encendido en Cilindro Individual
Cuando dos juegos de turboalimentadores (asumiendo que cada uno se conecta a 3 cilindros) comparten un tubo de escape, si un cilindro en un grupo falla (no enciende), el turboalimentador de ese grupo sufrirá bombeo. Esto se debe a que después de que un cilindro falla, la energía de escape disminuye, la velocidad de la turbina disminuye, mientras que la presión del tubo de admisión aún se mantiene por el otro grupo de turboalimentadores que funciona normalmente. En este momento, el compresor causa bombeo debido a la potencia insuficiente absorbida por la turbina.

• Tratamiento de la falla: Verifique la condición de trabajo de cada cilindro del motor diésel (se pueden usar métodos como el método de pulso del tubo de aceite de alta presión y la detección de temperatura del colector de escape), encuentre el cilindro que no está encendiendo y repare (o reemplace) el inyector de combustible de ese cilindro u otras partes dañadas según corresponda.

(3) Cambios en la Carga de Operación
Si es necesario retraer el acelerador rápidamente al cambiar de marcha, el rotor del turboalimentador continúa girando a una velocidad relativamente alta debido a la inercia. El gas bombeado por el compresor no tiene a dónde ir y la resistencia de admisión es alta, lo que provoca bombeo.

• Tratamiento de la falla: Agregar una válvula de alivio de admisión (válvula de descarga o blow-off) puede prevenir el bombeo y mejorar la vida útil del turboalimentador.

(4) Acumulación de Carbón en los Pasajes del Turboalimentador
Los depósitos severos de carbón o la acumulación de suciedad en el pasaje de aire del compresor o en el pasaje de gas de la turbina del turboalimentador aumentan la resistencia del pasaje, lo que causará el bombeo del compresor.

• Tratamiento de la falla: Verifique y limpie los pasajes relevantes del turboalimentador, drague todas las tuberías del sistema de admisión y escape; evitar el bloqueo de los pasajes relevantes es crucial para prevenir el bombeo del turboalimentador.

Recordatorio cálido: Cuando se diseña un motor diésel turboalimentado, la coincidencia del turboalimentador y el motor diésel se calcula cuidadosamente. Por lo tanto, la probabilidad de bombeo en productos de soporte originales es relativamente pequeña. Sin embargo, si los parámetros técnicos del turboalimentador reemplazado difieren mucho del producto original durante el mantenimiento, o si uno mismo modifica un motor diésel de aspiración natural en un motor diésel turboalimentado, la probabilidad de que ocurra bombeo durante el uso es mucho mayor debido a una coincidencia inadecuada. Por lo tanto, para el mantenimiento del turboalimentador, especialmente el reemplazo del conjunto, se debe prestar especial atención a la coincidencia de los parámetros técnicos.

8.1.3 Presión de Sobrealimentación Insuficiente

Cuando cae la presión de sobrealimentación, el volumen de aire del motor diésel disminuye, la potencia cae, el consumo de combustible aumenta y la temperatura de escape aumenta. Por lo tanto, si se descubre que la caída de presión supera el 10%, deténgase y verifique. Las principales razones de la disminución de la presión de sobrealimentación son:

(1) Factores del Filtro de Aire
El elemento del filtro de aire está lleno de polvo causando bloqueo, o el tubo de admisión tiene bloqueo, la manguera de goma está torcida o deformada, etc., aumentando la resistencia de admisión, aumentando la pérdida de succión de admisión del compresor, lo que lleva a una caída en la presión.

• Tratamiento de la falla: En este momento, limpie o reemplace el elemento del filtro de aire y verifique si las tuberías relevantes de todo el sistema de admisión están torcidas, dobladas o aplastadas.

(2) Pasaje del Compresor Sucio
Debido al pobre efecto de eliminación de polvo del filtro de aire, el polvo y el aceite del motor se adhieren al impulsor del turboalimentador y al pasaje del difusor, aumentando la resistencia al flujo de aire y reduciendo la eficiencia del compresor y la presión de sobrealimentación.

• Tratamiento de la falla: Para prevenir y evitar este fenómeno, además de mantener o mejorar el efecto de filtrado del filtro de aire, el compresor del turboalimentador debe desmontarse y lavarse regularmente.

(3) Depósito de Carbón en la Turbina
Debido a la mala combustión del motor diésel y la fuga de aceite debido a la falla del sello del turboalimentador, el carbón se acumula en los álabes de la turbina y entre el eje giratorio y el anillo de sello, aumentando la resistencia rotacional del rotor, dificultando el arranque del motor diésel y empeorando la aceleración.

• Tratamiento de la falla: Mantenga regularmente el turboalimentador y limpie la turbina del turboalimentador para evitar en la medida de lo posible las fallas de quema de aceite del motor diésel.

(4) Fuga de Aire
La fuga en el colector de escape o en el tubo de pulso reducirá la velocidad de la turbina, causando que la presión de sobrealimentación caiga. Además, la fuga en el tubo de admisión o el bloqueo del intercooler (interenfriador) también causarán que la presión de sobrealimentación caiga.

• Tratamiento de la falla: En este momento, preste atención a observar y escuchar sonidos de fugas de aire u otros fenómenos anormales; verifique cuidadosamente el tubo de escape antes de la turbina y el sistema de tuberías de admisión después del compresor.

(5) Fallo del Dispositivo de Regulación
La válvula de control de presión de sobrealimentación (wastegate) falla debido a una temperatura excesivamente alta. La válvula de liberación de aire no se cierra herméticamente debido a los depósitos de carbón, lo que lleva a una falla en la regulación. Cuando la presión de sobrealimentación es baja, se libera una gran cantidad de gases de escape, lo que hace que la presión de sobrealimentación caiga.

• Tratamiento de la falla: Realice las reparaciones correspondientes en la válvula reguladora de presión del turboalimentador.

(6) Escape Deficiente
El escape deficiente de la turbina aumenta la resistencia de escape, la expansión del gas en la turbina se inhibe hasta cierto punto, lo que provoca que la eficiencia de la turbina disminuya, la velocidad del turboalimentador disminuya y la presión de sobrealimentación caiga. La causa es la deformación del tubo de escape o el bloqueo del silenciador de escape.

• Tratamiento de la falla: Verifique y drague el sistema de escape, enfocándose en verificar si el silenciador de escape, el filtro de partículas y el convertidor catalítico y otros dispositivos de postratamiento de escape están bloqueados.

(7) Baja Velocidad del Turboalimentador
Si la conexión entre el turboalimentador y el motor diésel (incluidas las conexiones de admisión y escape) tiene fugas, o el rotor del turboalimentador está mal lubricado, puede provocar una velocidad insuficiente del turboalimentador y una menor presión de sobrealimentación.

• Diagnóstico de la falla: Verifique si la conexión entre el turboalimentador y el tubo de escape tiene fugas de aire, prestando especial atención a si la unión entre el convertidor de pulso (tubo) y la carcasa de la turbina está sellada herméticamente sin fugas. Verifique si hay fugas o bloqueos en la tubería desde la salida del compresor del turboalimentador hasta el tubo de admisión, y preste especial atención a si el intercooler está bloqueado o tiene fugas.
  Aparte de esto, se debe prestar especial atención a la presión de aceite del motor diésel turboalimentado. Si la presión de aceite es demasiado baja, el rotor del turboalimentador no obtendrá una buena lubricación, la velocidad del turboalimentador disminuirá, lo que eventualmente conducirá a una caída en la presión de sobrealimentación.

• Tratamiento de la falla: Realice las reparaciones en función del diagnóstico y los resultados de la inspección.

(8) Daño Mecánico del Turboalimentador
Causas principales:
a. El anillo de toberas de la turbina trabaja a alta temperatura durante mucho tiempo, los álabes se deforman, haciendo que el área de la sección transversal de la tobera sea mayor, la velocidad del rotor y la presión de sobrealimentación caen;
b. Debido al desgaste de los cojinetes del turboalimentador, los álabes del rotor rozan contra la carcasa, o hay objetos extraños atascados, lo que hace que la velocidad del rotor disminuya y la presión caiga.

• Diagnóstico y Tratamiento: Después de que las piezas del turboalimentador fallan o se deforman, aparecerán ruidos anormales durante la operación. Siempre que observe y escuche con atención, no es difícil encontrar si el turboalimentador tiene fallas operativas. De acuerdo con los resultados de la inspección, revise o reemplace el conjunto del turboalimentador.

(9) Fallo del Sensor
Para los motores diésel controlados electrónicamente, cuando el sensor de presión de sobrealimentación falla o se daña, y la unidad de control electrónico (ECU) detecta información de falla, la comparará con el valor preestablecido. Si los dos no coinciden, la ECU almacena el código de falla, enciende la luz de falla y emite instrucciones para que el motor diésel ingrese al modo de control de falla (reduciendo el volumen de combustible, reduciendo la velocidad).

• Tratamiento de la falla: Utilice un instrumento de diagnóstico de fallas para detectar el código de falla y repárelo en consecuencia.

8.1.4 Presión de Sobrealimentación Excesiva

Las principales razones del aumento de la presión de sobrealimentación son las siguientes.

(1) Falla del Sistema de Combustible
Debido a fallas en el sistema de suministro de combustible, como la filtración del inyector de combustible, un período de poscombustión excesivo que causa una poscombustión severa, aumentando la energía de escape, la presión de sobrealimentación aumenta a medida que aumenta la velocidad de la turbina. Esto conducirá a una temperatura de escape excesivamente alta, el tubo de escape y la carcasa de la turbina pueden ponerse al rojo vivo, y el rotor es propenso a exceso de velocidad. Este fenómeno es extremadamente perjudicial para el funcionamiento del turboalimentador y debe eliminarse a tiempo.

(2) Falla del Mecanismo de Válvulas
La fuga de la válvula de escape o la falta de coincidencia de la sincronización de la válvula hace que la velocidad de la turbina y la presión de sobrealimentación aumenten. Verifique la válvula y reajuste la sincronización de la válvula en este momento.

(3) Falla de Regulación de Presión del Turboalimentador
La válvula reguladora de presión del turboalimentador (Figura 8-2) falla y no puede pasar el exceso de gases de escape, lo que hace que la presión de sobrealimentación aumente. En este momento, se debe reparar la válvula reguladora de presión.

(4) Falla del Anillo de Toberas
La deformación del anillo de toberas o los depósitos de carbón provocan una reducción en su área de sección transversal de flujo, lo que hace que aumente la presión de sobrealimentación. Los depósitos de carbón deben eliminarse cuando hay muchos.

8.1.5 Ruido Anormal en el Turboalimentador

El daño de los álabes del turboalimentador o un espacio demasiado pequeño entre los álabes del rotor y la carcasa, el desgaste grave del cojinete y la placa de empuje, el juego axial excesivo del rotor que causa que el borde exterior del impulsor choque con la carcasa, o la fricción seca de piezas móviles como cojinetes y anillos de sello causarán ruidos anormales. La deformación de los álabes o la deflexión del eje que causa daños en el equilibrio dinámico, especialmente la colisión grave y la deformación del impulsor del compresor debido a la entrada de objetos extraños, destruirán el paso normal y emitirán sonidos de gritos de alta frecuencia bajo la fricción del flujo de aire de alta velocidad.

• Tratamiento de la falla: En este momento, el turboalimentador debe desmontarse, y todas las partes del turboalimentador (incluidos los álabes de la turbina en el interior) deben limpiarse y mantenerse. Si no se puede garantizar una reparación completa, se debe reemplazar el conjunto del eje giratorio con álabes o el conjunto del turboalimentador.

8.1.6 Sobrecalentamiento del Turboalimentador

El sobrecalentamiento del turboalimentador incluye fenómenos anormales como temperatura excesiva del gas combustible de admisión, temperatura excesiva de retorno de aceite y temperatura excesiva del refrigerante.

(1) Temperatura Excesiva del Gas Combustible
La temperatura excesiva del combustible causará daños a los álabes y la carcasa de la turbina, y quemaduras de piezas como los anillos de toberas. Las razones principales de la temperatura excesiva del combustible son: mala atomización del atomizador, mezcla de combustible excesivamente rica, ángulo de avance de inyección de combustible excesivamente pequeño, retraso excesivo del proceso de combustión causado por un período de poscombustión excesivamente largo (fenómeno de poscombustión severo).

(2) Falla de la Válvula de Freno de Escape
Falla de la válvula de freno de escape (la válvula de mariposa se cierra durante el funcionamiento del motor diésel); contrapresión de escape excesiva; la presión del turboalimentador cae, el volumen de aire que ingresa a la cámara de combustión disminuye; fugas de aceite del motor, etc.

(3) Temperatura Excesiva de Retorno de Aceite
La temperatura de retorno de aceite es generalmente inferior a 90~120 °C (varía según el modelo). Razones de la temperatura excesiva: volumen de aceite reducido, presión de aceite demasiado baja (<0,20 MPa); fuga de aceite en el sistema de lubricación, reduciendo el volumen de aceite en el cojinete; tubo de retorno de aceite bloqueado, mal retorno de aceite; mala disipación de calor del aceite, falla del dispositivo de sellado del extremo del turbo, gas de alta temperatura que ingresa a la cavidad de aceite, causando una temperatura excesiva del turboalimentador.

(4) Temperatura Excesiva del Refrigerante
La temperatura normal del agua debe ser inferior a 90 °C. El efecto de disipación de calor reducido del dispositivo de disipación de calor, o el bloqueo de la cavidad de agua del turboalimentador por incrustaciones causará una temperatura excesiva del agua de enfriamiento.

(5) Presión de Admisión Insuficiente
Bajo ciertas condiciones específicas, si hay fugas de aire o bloqueo en el sistema de admisión después del compresor del turboalimentador que resulta en una admisión insuficiente del motor diésel, también puede conducir a fenómenos anormales como que la carcasa de la turbina del turboalimentador se queme al rojo vivo (la razón principal es el aumento de la poscombustión).

8.1.7 Reducción de la Velocidad del Turboalimentador

Las principales razones de la reducción de la velocidad del turboalimentador son las siguientes.

1. La acumulación de depósitos de carbón y otra suciedad entre el rotor y las piezas móviles aumenta la resistencia a la rotación.

2. El anillo de toberas se deforma debido a la alta temperatura, haciendo que el área de salida de la tobera aumente, y la velocidad del rotor disminuya. Cuando los álabes de la tobera están severamente deformados, rozan o muerden los álabes de la turbina, haciendo que el rotor deje de girar.

3. El daño del cojinete hace que el eje giratorio se atasque.

4. Las fugas en el sistema de escape del motor diésel reducen el gas que ingresa a la turbina.

8.1.8 Fuga de Aceite de la Carcasa del Compresor o de la Carcasa de la Turbina

Las principales razones que causan que la carcasa del compresor o la carcasa de la turbina del turboalimentador rocíen aceite hacia el exterior son las siguientes.

1. Si el turboalimentador se suministra internamente con aceite, verifique si el nivel del cárter de aceite ha bajado. Si el nivel de aceite no ha bajado, indica que el aceite del motor rociado desde el cilindro del motor diésel ha ingresado a la turbina y se ha convertido en neblina de aceite rociando desde la ventana de aire después de la condensación. Si el nivel de líquido del cárter de aceite baja, indica que el sello de aceite está dañado.

2. Si el turboalimentador se suministra externamente con aceite, verifique si el retén de aceite del turboalimentador está intacto. Si está intacto, es causado por la canalización de aceite en el cilindro del motor diésel. Además, el bloqueo del tubo de retorno de aceite del turboalimentador también hará que el aceite del motor rocíe desde ambos extremos del turboalimentador.

Recordatorio cálido: Algunos fenómenos de falla que aparecen en el turboalimentador, sus verdaderas causas pueden no estar en el turboalimentador en sí, sino derivarse de otras fallas. Por lo tanto, cuando el turboalimentador muestra fallas mecánicas (como ruido anormal, daño del impulsor, etc.) o fenómenos de falla distintos de las fallas mecánicas, en su mayoría las causas son creadas por otras partes del motor diésel. Por lo tanto, cuando el sistema de turboalimentación muestra ciertos fenómenos de falla, además de realizar las pruebas necesarias en el turboalimentador, se debe realizar una inspección cuidadosa y detallada en otras partes del motor diésel.