Gran parte de la tecnología que se utiliza en los motores diesel de la maquinaria pesada ya fue utilizada en los vehículos livianos.
Por muchos años, los vehículos de servicio pesado especialmente empleados en la minería tenían la reputación de tener una tecnología elemental y anticuada. Se les veía como enormes máquinas, muy pesadas y altamente ruidosas. Además, presentaban un elevado nivel de emisiones tóxicas. Los motores petroleros rápidamente aprovecharon toda la tecnología electrónica que conocíamos los técnicos especializados en vehículos livianos.
Las regulaciones acerca del control de las emisiones de los vehículos destinados para la minería son recientes. Hace unos años atrás, los organismos de control del medio ambiente no los tomaban en cuenta porque estos vehículos de alto tonelaje representaban una minoría. Fue cosa del tiempo, antes que los gigantes diesel tuvieran influencia en el cuidado del planeta.
Los fabricantes de vehículos para la minería han avanzado tecnológicamente, de una manera sorprendente. Los recientes modelos tienen mayor potencia, menos consumo de combustible y emisiones reducidas. Estos objetivos se han alcanzado porque asimilan paulatinamente la tecnología electrónica que se desarrolló inicialmente en los diesel ligeros y medianos.
El 793F
El Caterpillar 793F es un enorme camión para carga de minerales en la categoría servicio pesado con una carga útil de 250 toneladas. Este “coloso” tiene 8 metros de ancho por 13,7 metros de largo y 6,4 metros de altura cuando la tolva está echada.
El volquete 793F es movido por un motor diesel C175 con 16 cilindros que le permite producir 2 650 HP a 1750 rpm. El nombre de C175 deriva de los 175 mm de diámetro en sus cilindros. También, existen versiones con 20 cilindros para máquinas más grandes como es el camión 797F que carga hasta 400 toneladas.
El ingreso del aire en el motor C175 pasa por cuatro turbocompresores. El enfriamiento del aire comprimido es por medio de un after-cooler que aumenta la densidad de la carga del aire y la potencia. También, este enfriamiento del aire reduce la formación de los óxidos de nitrógeno (NOx), así ayuda en la reducción de las emisiones tóxicas.
El sistema de filtrado de aire cuenta con seis pre-limpiadores para separar las partículas pesadas en el flujo de aire admitido antes de pasar por los cuatro purificadores de aire (uno por cada turbocompresor), son ocho filtros de aire.
Los pre-limpiadores requieren mantenimiento de limpieza mientras los ocho filtros de aire deben reemplazarse.
El cárter del motor C175 tiene una capacidad de 82 galones de aceite de motor que es cambiado fácilmente utilizando un acople rápido colocado en el parachoque delantero.
También, el recambio de los 291 galones de líquido refrigerante es más fácil de lo que pensabas. Es bombeado desde abajo hacia arriba, elimina la posibilidad que atrape aire, y así permite a la máquina ponerse más rápido en servicio.
Existen un total de cinco filtros de combustible en todo el recorrido del combustible; primero pasa por dos filtros primarios/separadores de agua de 10 micrones, cerca del tanque de combustible. Luego, el combustible pasa a través de la bomba de transferencia movida por el motor del camión y dos filtros secundarios de 4 micrones. Finalmente, pasa por un solitario tercer filtro de 4 micrones. ¡El combustible no puede estar más limpio!
Después de reemplazar los filtros de combustible, el purgado de aire (cebado) en el sistema de combustible es por medio de una bomba eléctrica que se encuentra conectada en paralelo con la bomba de transferencia. Cada vez que se da el contacto de encendido, la computadora del motor (ECM) activa a la bomba eléctrica por un minuto. También, este pulso es utilizado durante el arranque del motor para aumentar la presión en el sistema.
La filosofía de servicio
En la industria minera, las grandes máquinas “pagan” el dinero invertido en ellas. El costo de estas máquinas es astronómico y casi siempre trabajan las 24 horas. Las fallas imprevistas son extremadamente costosas. Cualquier esfuerzo por prevenir este tipo de fallas está justificado.
Todo lo contrario es el servicio automotriz de los vehículos livianos donde el mantenimiento se realiza de acuerdo a los intervalos de kilometraje especificados por el fabricante mientras el servicio preventivo en las máquinas mineras se determina utilizando las horas de trabajo del motor. Por ejemplo el mantenimiento menor para un volquete 793F tiene lugar cada 250 horas de trabajo o aproximadamente cada dos semanas.
Durante un mantenimiento preventivo los líquidos y filtros son cambiados. Se realiza una inspección completa de la máquina y se toman muestras de los aceites y líquido refrigerante para ser analizadas en el laboratorio del taller. Si el escáner lee alguna alteración en las memorias adoptivas de la ECM, se buscará la presencia de partículas metálicas o contaminación en cada fluido y la información es utilizada para una pronta atención o servicio programado.
Es decir, el técnico responsable de estos gigantes diesel además de saber cambiar líquidos, filtros, el uso de herramientas desde el desarmador hasta el torquímetro y multímetro, contar con la habilidad de interpretación de los parámetros capturados por el escáner, además debe tener conocimientos de tomas de muestras químicas, mediciones físicas, administración de datos, control de calidad, estadística, etc.
El sistema de combustible: ¿un salto tecnológico o una adopción?
Los motores diesel de servicio pesado adoptan rápidamente el diseño de la alimentación del combustible tipo riel común de alta presión el cual es capaz de producir presiones en el riel de los inyectores mayores de 1 800 Bar. El riel común permite una notoria flexibilidad en el volumen, rapidez y sincronización de la cantidad de petróleo inyectado.
Una de las ventajas que distingue al common rail es la habilidad de separar cada evento de inyección diesel en cinco o más pulsos. Antes que la electrónica fuera incorporada en la inyección diesel de los motores gigantes, el petróleo era inyectado en el interior del cilindro en una sola “inyectada”. Esta forma abrupta de inyección ocasionaba descontrolados aumentos de la presión de combustión y golpes ruidosos en los cilindros. Esta característica ruidosa distinguió a los diesel. También las excesivas presiones de combustión en el cilindro ocasionaban elevadas temperaturas de combustión y excesivas emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx).
En los primeros modelos de los inyectores common rail en los motores diesel, la ECM activa al solenoide que controla el retorno, sin fraccionar la inyección. El ruido y el elevado nivel de emisiones aún es alto. El análisis a través del osciloscopio es necesario en los common rail, la onda de voltios describe la condición del transistor periférico en la ECM mientras la onda de amperios refleja el esfuerzo del campo magnético en el solenoide de la válvula de retorno del inyector.
Posteriores mejoras ocurrieron en el Common Rail de Alta Presión como la inyección fraccionada del combustible (pre-inyección, inyección y post-inyección) dentro de las 2 milésimas de segundo,tiempo que dispone la flama de combustión. Esta señal es aplicada a solenoides con menos de 1 ohm y después a cristales piezoeléctricos que se expanden y encogen. Así se estabiliza los picos irregulares de presión de la combustión en el cilindro, dándole una personalidad distinta al diesel. Un motor diesel con estas mejoras en el riel común es silencioso, produce menos emisiones y es más potente.
El sistema common rail se impuso hace rato en los autos y camionetas petroleras. Estas mejoras se van incorporando a los gigantescos diesel. Caterpillar lo ha bautizado con las siglas HPCR. El mayor desafío del common rail son las mínimas tolerancias entre las partes movibles especialmente en el interior de los inyectores así como en la bomba de alta presión. Esta casi perfecta precisión requiere de un combustible ultra limpio y procedimientos de servicios exageradamente limpios y ordenados. En un asiento minero, estos requisitos deben cumplirse.
La “programación” de los inyectores common rail
Los inyectores common rail para vehículos livianos y pesados están diseñados y fabricados con extrema precisión. Es de suma importancia que los inyectores fluyan exactamente la misma cantidad de combustible. Si el fabricante buscara que cada inyector inyecte igual cantidad, sin margen de error, su costo de fabricación se volvería exagerado. Con tolerancias reducidas de manufactura, los inyectores common rail aun su costo es altísimo. Precisamente, buscando la disminución de este costo, una alternativa es “aflojar” las tolerancias de fabricación aceptando que los inyectores se fabriquen con desigual caudal. Pero se utiliza un programa para corregir esta desigualdad de caudal. Cada inyector terminado es examinado en fábrica y marcado de acuerdo a sus características de flujo. Un “archivo corrector de combustible” es creado para cada inyector y cuando este inyector es instalado, el archivo será descargado en la computadora del motor (ECM). El programa corrector le dice a la ECM el margen de reajuste en los pulsos a cada inyector para balancearlo con los otros inyectores. Por ejemplo, un inyector con flujo menor que el número estándar obtendrá un pulso más prolongado ordenado por la ECM. Esta estrategia reduce el costo de fabricación de los inyectores common rail y a la vez permitirá que todos ellos inyecten el mismo nivel de caudal.
El diagnóstico del sistema common rail
En el caso particular del motor C175, el técnico puede diagnosticar al sistema de combustible por medio de la captura de los códigos de falla en dos diferentes maneras. El método más rápido es utilizando el panel Advisor localizado en el tablero de instrumentos. El Advisor es conectado al enlace de datos CAT, una de las tres redes presentes en el 793F y nos dará acceso a los módulos de la máquina y del motor. Si navegas en el menú de servicio del Advisor, conseguirás acceso a los parámetros en vivo, códigos de diagnóstico así como también grabación de datos durante el manejo (caja negra).
El otro método es un diagnóstico más detallado, el técnico deberá utilizar el escáner tipo laptop con el programa Caterpillar ET (Electronic Technician), se pronuncia “i” “ti”. Este programa ET tiene similar funcionalidad como cualquier escaner para taller automotriz, se lee los datos de parámetros en vivo, captura y borra los códigos, tiene los controles bidireccionales para los actuadores y configura los módulos.
El programa Caterpillar ET juega un papel importante durante el reemplazo de un inyector. Antes de abrir el circuito de combustible common rail, ET es utilizado para determinar la presión residual. Si es muy elevada, representa un peligro para el técnico, con el ET se reduce la presión residual a niveles seguros y el trabajo puede continuar. Antes de desmontar la tapa de válvulas, se limpia la parte superior del motor con aire presurizado.
Las secuencias y especificaciones de torque son necesarias cuando se instala el nuevo inyector. Los O-rings en el cuerpo del inyector deben ser lubricados con aceite nuevo de motor. Antes de instalar el inyector, toma nota el número de serie (grabado en el sujetador del inyector).
Una vez que los inyectores son instalados, el próximo paso es realizar la “programación” de los inyectores con el programa ET.
Este procedimiento es requerido cada vez que los inyectores son reemplazados o intercambiados entre cilindros. El archivo corrector para los nuevos tipos de inyectores se puede bajar desde la página web de Caterpillar o adquirirlo en un CD. Una vez realizada la “programación” de los inyectores, se acciona la bomba eléctrica a bordo para “llenar” de petróleo a todo el circuito primario de combustible. Se termina borrando los códigos de falla y el camión está listo para regresar al servicio.
“La fortaleza del escáner es la debilidad del osciloscopio y viceversa la debilidad del escáner es la fortaleza del osciloscopio”. El diagnóstico acertado es utilizando ambos instrumentos a la vez. El escaner está relacionado con el interior de la ECM mientras el osciloscopio con la parte externa de la ECM.
En resumen, existen diferencias significativas en los procedimientos de mantenimiento realizados en los motores gigantes diesel. Estos motores de gran potencia se vuelven más sofisticados conforme adoptan la tecnología que ya fue desarrollada en los automóviles diesel.
En resumen, existen diferencias significativas en los procedimientos de mantenimiento realizados en los motores gigantes diesel. Estos motores de gran potencia se vuelven más sofisticados conforme adoptan la tecnología que ya fue desarrollada en los automóviles diesel.