Manteniment integral de motors d'encesa per compressió de cogeneració mitjançant l'anàlisi del lubricant. Validació experimental de nous paràmetres de control
Authors:   , González Castro Josep Ramon 
Published: October 2023

En les últimes dècades s'han impulsat nombroses investigacions adreçades a optimitzar el disseny, la fabricació i l'explotació de centrals de cogeneració i, en particular, les que són accionades per motors alternatius d'encesa per compressió. Els avenços en informàtica, l'obtenció de materials de més qualitat i l'ús de modernes tecnologies de fabricació han condicionat el desenvolupament d'unitats de cogeneració cada vegada més eficients. En els països desenvolupats, on hi ha poques possibilitats que es construeixin noves centrals, es posa una atenció especial a reduir els costos de manteniment a causa de la importància que tenen com a despesa de funcionament.<br/><br/>Paral·lelament a la reducció de costos, s'està desenvolupant un increment de la fiabilitat i la seguretat a tots els sistemes de producció d'energia. Aquest procés que es va iniciar amb les centrals d'energia nuclear s'està traslladant a tot tipus de centrals generadores d'energia. Els especialistes en manteniment industrial han anat adaptant aquestes realitats i han anat creant noves filosofies d'acció, en les quals es presta una atenció sistemàtica a màquines i equips, encara que aparentment funcionin dintre dels paràmetres exigits. Els nous sistemes de manteniment dirigeixen els esforços cap a aquesta direcció. <br/><br/>El treball de la tesi s'emmarca dintre d'aquest context, on les tècniques predictives de manteniment tenen un paper molt important. El manteniment predictiu (MP) basa el seu grau d'efectivitat més gran, respecte dels sistemes tradicionals, en el seguiment dels paràmetres de control de les màquines al llarg del temps. Els avantatges d'aquest sistema consisteixen a disminuir el nombre de revisions, cosa que incrementa la productivitat, disminueix les fallades imprevistes i redueix el temps de les reparacions, ja que és possible planificar-les amb antelació, cosa que minimitza l'emmagatzematge de peces de recanvi a la planta i protegeix les màquines de fallades catastròfiques, com a conseqüència de la capacitat de detecció dels problemes incipients. <br/><br/>En el sector de la generació d'energia amb motors alternatius, com en altres sectors industrials, els factors que realment incideixen a frenar l'aplicació de l'MP estan relacionats amb les dificultats per interpretar la informació oferta pel sistema i prendre les decisions tècniques oportunes. El control de les màquines mitjançant l'anàlisi del lubricant als motors alternatius de cogeneració, requereixen un estudi acurat de les dades registrades per obtenir un diagnòstic correcte.<br/><br/>Per aquesta raó, l'estudi de l'autor se centra en aquest aspecte, la realització d'eines informàtiques que ajudin a interpretar els resultats dels sistemes de manteniment. Els sistemes experts representen un mètode per obtenir una solució adequada. El treball de doctorand estableix l'estat de l'art de les tècniques de manteniment predictiu fluidic aplicades als motors alternatius d'encesa per compressió de cogeneració. En segon lloc, es realitza el disseny d'un programa de manteniment que inclogui un sistema expert i que, al mateix temps, incorpori nous paràmetres de caracterització de l'estat de manteniment del sistema per buscar les causes del funcionament anormal del motor. Amb aquest objectiu s'utilitzen lògiques no tradicionals com ara la lògica difusa i estructures de caracterització de partícules de desgast com són les estructures fractals de Richardson. Finalment s'avalua experimentalment el sistema en alguns motors de cogeneració, arribant a resultats satisfactoris en comparació amb d'altres sistemes de manteniment.

En les últimas décadas se han impulsado numerosas investigaciones dirigidas a optimizar el diseño, la fabricación y explotación de centrales de cogeneración y, en particular, aquellas que están accionadas por motores alternativos de encendido por compresión. Los avances en informática, la obtención de materiales de mayor calidad y la utilización de modernas tecnologías de fabricación han condicionado el desarrollo de unidades de cogeneración más eficientes. En los países desarrollados, dónde existen pocas posibilidades de construcción de nuevas centrales, se pone especial atención en reducir costos de mantenimiento a causa de la importancia que tienen como costo de funcionamiento.<br/><br/>Paralelamente a la reducción de costos, se está desarrollando un incremento de la fiabilidad y seguridad en todos los sistemas de producción de energía. Este proceso que se inició con las centrales de energía nuclear se está trasladando a todo tipo de centrales generadores de energía. Los especialistas en mantenimiento industrial han ido adaptando estas realidades, creando nuevas filosofías de acción, donde se presta atención sistemática a máquinas y equipos, aunque aparentemente funcionen dentro de los parámetros exigidos. Los nuevos sistemas de mantenimiento dirigen sus esfuerzos hacia esta dirección. <br/><br/>El trabajo de la tesis se enmarca en este contexto, donde les técnicas predictivas de mantenimiento juegan un papel muy importante. El mantenimiento predictivo (MP) basa su mayor nivel de efectividad, respecto de los sistemas tradicionales, en el seguimiento de los parámetros de control de les máquinas en el tiempo. Las ventajas de este sistema se centran en disminuir el número de revisiones, incrementando la productividad, disminuyendo las averías imprevistas y reduciendo el tiempo de las reparaciones, ya que resulta posible planificarlas con antelación, minimizando así el almacenamiento de piezas de recambio en la planta y protegiendo las máquinas de roturas catastróficas, como consecuencia de la capacidad de detección de los problemas incipientes. <br/><br/>En el sector de la generación de energía con motores alternativos, como en otros sectores industriales, los factores que realmente inciden en frenar la aplicación del MP están relacionados con las dificultades para interpretar la información ofrecida por el sistema y tomar las decisiones técnicas oportunas. El control de les máquinas mediante el análisis del lubricante en los motores alternativos de cogeneración, requiere un estudio detallado de los datos registrados para obtener un diagnóstico correcto.<br/><br/>Por esta razón, el estudio del autor se centra en este aspecto, la realización de herramientas informáticas que ayuden a interpretar los resultados de los sistemas de mantenimiento. Los sistemas expertos representan un método para obtener una solución adecuada. El trabajo de doctorando establece el estado del arte de las técnicas de mantenimiento predictivo fluídico aplicadas en los motores alternativos de encendido por compresión de cogeneración. En segundo lugar, se realiza el diseño de un programa de mantenimiento que incluye un sistema experto y que, al mismo tiempo, incorpora nuevos parámetros de caracterización del estado de mantenimiento del sistema para buscar las causas del funcionamiento anormal del motor. Con este objetivo se utilizan lógicas no tradicionales como la lógica difusa y estructures de caracterización de partículas de desgaste como las estructuras fractales de Richardson. Finalmente, se evalúa experimentalmente el sistema en algunos motores de cogeneración, llegando a resultados satisfactorios en comparación con otros sistemas de mantenimiento.

In the last few decades there have been numerous investigations regarding the optimization of the design, manufacture and running of cogeneration power stations, and particularly, those stations with alternative compression-ignition engines. Improved computer systems, better quality of the raw material and the use of modern technology in the manufacturing process has had a direct effect on the development of more efficient cogeneration units. In the developed countries, where there are few possibilities of new power stations being built, it is especially important to reduce the costs involved in maintenance as it is a major cost in the running of the power stations.<br/><br/>Side by side with the reduction in expenditures, there is also work being done in the development of increased reliability and security in all energy production systems. This process which started in nuclear power stations is now taking place in all energy generating power stations. The industrial maintenance specialists have adapted their work to this new reality and have created new work philosophies, in which special attention is being put on the machines and equipment, even though they might be working within all the accepted parameters. The new maintenance systems are being led this way.<br/><br/>The work of this thesis is centered in this context, in which the preventative techniques of maintenance work have a major role. The predictive maintenance (PM) bases its highest effectiveness, compared with the traditional systems, in the follow up of the parameters of control of the machinery in a specified time period. The advantages of this system consist in the decreased number of revisions, which in turn increases productivity, reducing the number of unforeseen failures and minimizing the repair time. Since it is possible to plan the maintenance ahead of time it also minimizes the storage of spare parts at the power station. Finally, it also protects the machinery against catastrophic failures, as it is possible to detect, in time, the incipient problems.<br/><br/>In the field of energy power generation with alternative engines, as with other industrial fields, the factors that really affect the applications brought by the PM are related to the interpretation of the information provided by the system and the use of the appropriate decision-making techniques. The control of machines using the analysis of the lubricants in the alternative cogeneration engines requires an accurate study of the registered data in order to obtain a correct diagnosis.<br/><br/>For this reason, the author's study is based on the use of computer systems that would help in the interpretation of the results of the maintenance systems.<br/><br/>The expert systems represent a method to obtain an adequate solution. The doctoral work establishes the current condition of the predictive fluid maintenance techniques applied to the alternative energy power start up engines by cogeneration compression. Also, a maintenance program design is presented, supported by an expert system, which takes into account new parameters of analysis of the current maintenance systems in order to look for causes of irregular motor functioning. With this, objective non-traditional logic systems are used such as diffuse logic and structures of characterization of used particles like the fractal structures of Richardson. Finally, the experimental system is evaluated in some cogeneration motors, concluding the study with satisfactory results of the system compared with other maintenance systems.