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Análisis de la lubricación de los cojinetes de apoyo del cigüeñal del compresor reciprocante (página 2)



Partes: 1, 2

Balance
térmico del cojinete

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En la Fig. 2 se muestra el comportamiento del espesor
mínimo de la película en el cojinete para la carga
radial máxima que se produce en el cojinete en condiciones
de mínima velocidad de giro. Para la velocidad de giro
mínima se requiere el máximo torque en el compresor
y por lo tanto las cargas sobre las correas serán
máximas y la carga radial sobre el cojinete del lado del
motor son las más grandes a pesar de que las fuerzas de
inercia son más pequeñas como se pudo apreciar en
el capítulo anterior. Pero además de esta
situación al ser la velocidad de giro más
pequeña la posibilidad de formar una película
hidrodinámica de lubricante se ve reducida. Si se parte
del hecho de que la clarencia debe ser mayor que el espesor
mínimo permisible de la película ? > 9,6
µm ˜ 10 µm entonces, de la Fig. 3.2 se aprecia
que la clarencia mínima del ajuste para lograr esta
condición debe ser mayor que ? > 40
µm.

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Fig. 2 Espesor mínimo de la
película para velocidad de giro mínima

En la Fig. 3 se muestra el comportamiento del
coeficiente de fricción en el cojinete.

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En la Fig. 4 se muestra el flujo movido por
el cojinete, necesario para poder realizar el Balance
Térmico del mismo y en la Fig. 3.5 se da el comportamiento
de la Temperatura Media Obtenida por las Ecuaciones del Balance
Térmico (15) y (3.16).

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Fig. 3 Coeficiente de Fricción en
el Cojinete para Velocidad de Giro Mínima

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Fig. 4 Flujo movido por el cojinete para
velocidad de giro mínima

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Fig. 5 Temperatura Media del Cojinete
para Velocidad de Giro Mínim

Realizando los mismos cálculos para la velocidad
de giro máxima del motor n = 1200 rpm y plotendo las
mismas gráficas anteriores las cuales se muestran en las
Figs. 6, 7, 8 y 9.

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Fig. 6 Espesor mínimo de la
película para la velocidad de giro
máxima

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Fig. 7 Coeficiente de Fricción en
el Cojinete para Velocidad de Giro Máxima.

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Fig. 8 Flujo Movido por el Cojinete para
Velocidad de Giro Máxima.

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Fig. 9 Temperatura Media del Cojinete
para Velocidad de Giro Máxima.

De las Tablas y Gráficos obtenidos se puede
apreciar que trabajando el compresor en la velocidad
mínima de operación el valor de la clarencia para
el cual se obtiene el espesor máximo de la película
de lubricante es para ? = 60 µm y su valor es ho = 12,03
µm. La película es mayor que el Valor Admisible
desde ? = 40 µm hasta ? > 170 µm, sin embargo,
para que la temperatura de trabajo sea inferior a la permisible,
o sea, menor que t = 66 oC la clarencia en el cojinete
tendría que ser mayor que 120 µm, lo que nos indica
que este cojinete no está optimizado, o se
requeriría realizar un estudio de que viscosidad
sería necesario emplear en el aceite para mejorar los
resultados. El fabricante recomienda una clarencia para este
cojinete de ? = 75 µm y para esta clarencia el espesor de
la película en el cojinete es menor que el valor
óptimo y la temperatura de trabajo del cojinete
estaría por encima de t > 100 oC, lo que se contradice
con la recomendación de que la temperatura de trabajo sea
del orden de t ˜ 70 oC. Para el trabajo del Compresor a la
Velocidad Máxima se tiene que el espesor óptimo de
la película es de ho = 12,00 µm y se obtiene
también para ? = 60 µm, por lo que se puede inferir
que la velocidad de operación influye muy poco en este
valor, sin embargo en este caso el espesor de la película
de lubricante es es mayor que el Valor Admisible desde ? = 30
µm hasta ? ˜ 160 µm, sin embargo para que la
temperatura de trabajo sea inferior a la permisible, o sea, menor
que t = 70 oC la clarencia en el cojinete podría ser mucho
menor que con la velocidad mímima, o sea, ? > 75
µm.

Se puede concluir que el Cojinete opera mejor con la
velocidad máxima pero no está optimizado,
fundamentalmente desde el punto de vista de la temperatura que
resulta más bien alta. Esto se puede deber a que este
compresor fue diseñado en Europa posiblemente para las
condiciones normales de diseño t = 20 oC de entrada del
agua de enfriamiento y en Cuba esa temperatura es muy superior a
este valor. Para mejorar esta situación en las condiciones
cubanas se podría:

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Comprobación de la resistencia al
agarramiento.

Aun cuando el cojinete esté optimizado y se
garantice una lubricación hidrodinámica en
condiciones normales de funcionamiento, esto no quiere decir que
no se pueda producir contacto metálico entre las partes.
Este contacto ocurre de hecho en los momentos de arranque y
parada y puede ocurrir durante la operación en momentos de
sobrecarga instantánea.

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Para el caso de los cojinetes de los compresores de
pistón en el contacto entre el cigüeñal y los
cojinetes de apoyo del cigüeñal se recomienda para la
superficie de contacto del buje del cojinete con el metal del
cigüeñal de acero templado el metal Babbitt, para el
cual:

Por lo que el cojinete no tiene reserva de resistencia
al agarramiento lo que condicionó la
avería.

Conclusiones

1. Se aplicaron las Técnicas de
Optimización para los Cojinetes de Deslizamiento para la
Velocidad de Giro Mínima y para la velocidad de Giro
Máxima, pudiendo comprobarse que para la Clarencia
Diametral recomendada por el fabricante el cojinete opera
deficientemente, ya que en las condiciones cubanas la temperatura
del agua de enfriamiento no garantiza una adecuada temperatura
del aceite en la sección de entrada del
cojinete

2. Se considera que esto se debe que este compresor fue
diseñado en Europa posiblemente para las condiciones
normales de diseño t = 20 oC de entrada del agua de
enfriamiento y en Cuba esa temperatura es muy superior a este
valor. Para mejorar esta situación en las condiciones
cubanas se podría:

a. Aumentar la Velocidad del aire que circula alrededor
del cojinete para aumentar la capacidad de disipación de
calor de estos.

b. Recalcular la Superficie de Transferencia de Calor
del Enfriador de aceite para las condiciones locales del agua de
enfriamiento de la Planta.

3. Una avería en este Compresor como la analizada
en el presente trabajo afecta la producción al 50% y en
algunos momentos el otro compresor se ve sobrecargado con el fin
de satisfacer la demanda de las neveras, sin tener en cuenta que
esto acorta la vida útil del mismo.

Bibliografía

  • 1. Birger I. A. Cálculo de
    Resistencia de Piezas de Máquinas. / I.A. Birger.
    [et.al.].— Moscú: Editorial Mashinostroenie.
    1986.

  • 2. Cherkasski, V.M .Bombas,
    Ventiladores y Compresores/V M
    Cherkasski..—Moscú: Editorial MIR Moscú,
    1986. —372p

  • 3. Dobrovolski V. Elementos de
    Maquina/ V. Dobrovolski …[et.al.].—Moscú:
    Editorial MIR, 1970. —434p/

  • 4. Dossat, Roy J. Principios de
    Refrigeración/Roy J Dossat..—México:
    Editorial Continental, S.A, 1987—583p.

  • 5. Feodosiev V.I. Resistencia de
    Materiales/ V.I Feodosiev…— Moscú: Editorial
    MIR, 3ra Edicion.1985. —583p.

  • 6. Goytisolo Espinosa, R.;
    Martínez León, A.; Hernández Herrera H.;
    Miranda Pedreira, A. Desarrollo de la Metodología de
    Cálculo de las Fuerzas en los Muñones de Apoyo
    de un Cigüeñal de un Compresor Reciprocante de
    Refrigeración. Anuario Científico UCf.
    2009

 

 

Autor:

M.Sc. Ángel Rafael Martínez
León.

Dr. Rafael Goytisolo Espinosa

Dr. Rafael Goytisolo Espinosa

Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular de
la Facultad de Mecánica de la UCf.

M.Sc. Ángel Rafael Martínez
León.

Master en Ciencias.jefe de Mantenimiento de la Planta
"Escambray"

Partes: 1, 2
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