Guía de diagnóstico y resolución de problemas: ruidos y vibraciones anormales en reductores

1. Descripción del problema y ámbito de aplicación.

Este manual está destinado al diagnóstico y resolución de problemas de ruidos y vibraciones anormales en cajas de cambios industriales. Estos síntomas suelen ser los primeros signos de fallas de componentes potencialmente críticos, como problemas de rodamientos, engranajes o lubricación. Los diagnósticos oportunos y precisos son críticos para evitar fallas catastróficas que provocan tiempos de inactividad del equipo y pérdidas financieras significativas.

Este documento cubre los siguientes tipos de equipos: engranajes helicoidales, engranajes cilíndricos, engranajes cónicos, engranajes planetarios utilizados en una amplia gama de aplicaciones industriales (transportadores, bombas, mezcladores, extrusoras, etc.).

Clasificación de la gravedad del mal funcionamiento:

• Crítico: Ruido fuerte y agudo (bang, chirrido), vibración intensa con una amplitud superior a 10 mm/s (RMS) o aumento rápido de temperatura (> 90 °C). La parada inmediata del equipo es obligatoria.
• Significativo: Ruido constante e inusual (zumbido, aullido, chasquido) o vibración en el rango de 4,5 a 10 mm/s (RMS). Se recomienda una parada de inspección programada.
• Menor: Ruido leve e intermitente o ligero aumento de la vibración (2,8-4,5 mm/s RMS) que puede indicar un desgaste prematuro. Es necesario mejorar el seguimiento.

2. Precauciones

⚠ ADVERTENCIA DE SEGURIDAD ⚠
Antes de comenzar cualquier trabajo de diagnóstico, asegúrese de que el equipo esté completamente desenergizado y bloqueado de acuerdo con el procedimiento LOTO (Bloqueo/Etiquetado). Comprobar la ausencia de tensión eléctrica con la ayuda de dispositivos adecuados. Tenga en cuenta la energía almacenada en resortes, sistemas hidráulicos o neumáticos. Utilice equipo de protección personal (EPP): gafas de seguridad, auriculares, guantes, calzado de trabajo con puntera metálica. Las superficies calientes, los lubricantes presurizados y las piezas móviles presentan riesgo de lesiones.
⚠ SIGA SIEMPRE LAS INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD DEL FABRICANTE DEL EQUIPO ⚠

3. Herramientas de diagnóstico necesarias

Para un diagnóstico eficaz del ruido y la vibración de los engranajes, se requieren herramientas especializadas:

4. Lista de verificación de evaluación inicial

Antes de iniciar un diagnóstico detallado, es necesario recopilar datos sin procesar y realizar una inspección visual. Esto ayudará a reducir la gama de posibles fallos de funcionamiento.

5. Algoritmo de diagnóstico sistemático

Este algoritmo ayudará a identificar sistemáticamente la fuente de ruido y vibración.

1. Evaluación inicial y seguridad:
   1. Siga los pasos del apartado 4. Lista de verificación de evaluación inicial
   2. Asegúrese de seguir todas las Precauciones (Sección 2).
   3. Determine la naturaleza del ruido y la vibración:
   • Si el ruido es agudo, golpes, chirridos y la vibración es intensa (> 10 mm/s RMS) - detenga inmediatamente el equipo. Ir al punto 6.
   • Si el ruido es un zumbido o aullido constante y la vibración es de 4,5 a 10 mm/s RMS, continúe con el diagnóstico.
   • Si el ruido es periódico o la vibración es de 2,8-4,5 mm/s RMS – mayor monitoreo, diagnóstico programado.
2. Diagnóstico mediante un analizador de vibraciones:
   1. Instale acelerómetros en la carcasa de la caja de cambios en las direcciones radial y axial, cerca de los cojinetes y engranajes.
   2. Mida el nivel general de vibración (velocidad, mm/s RMS) y aceleración (g RMS).
   3. Realizar un análisis del espectro de vibraciones.
   • Si se observan picos de vibración en frecuencias múltiplos de la frecuencia de rotación del eje (1X, 2X, 3X):
     • Causa probable: Desequilibrio o desalineación del eje.
     • Acción: Comprobar la alineación del eje (capítulo 7.1) y el equilibrio del rotor. Ir al punto 3.
   • Si se observan picos de vibración en las frecuencias características de los rodamientos (BPFI, BPFO, BSF, FTF):
     • Causa probable: Desgaste o daño del rodamiento.
     • Acción: Utilice un estetoscopio acústico para localizar. Ir al punto 4.
   • Si se observan picos de vibración en las frecuencias de engrane de los engranajes (GMF) y sus armónicos:
     • Causa probable: Desgaste de los engranajes, holgura incorrecta, daños en los engranajes.
     • Acción: Vaya al punto 5.
   • Si la vibración es de banda ancha, no tiene picos claros:
     • Causa probable: Falta de aceite, cavitación, soportes sueltos, resonancia.
     • Acción: Vaya al punto 6.
3. Diagnóstico de desalineación de ejes:
   1. Mida la desalineación de los ejes del motor y de la caja de cambios utilizando un indicador tipo reloj.
   2. Criterios: La desalineación radial y axial permitida no debe exceder los 0,05 mm para velocidades de hasta 1500 rpm. Para velocidades más altas, los requisitos son más estrictos (0,02-0,03 mm).
   3. Si la desalineación excede la norma:
      • Causa probable: Desalineación del eje.
      • Acción: Realice una alineación fina (Sección 8.1).
4. Diagnóstico de rodamientos:
   1. Utilice un estetoscopio acústico para localizar el ruido en la caja de engranajes, especialmente cerca de los conjuntos de rodamientos.
   2. Calcule la temperatura de las unidades de rodamientos utilizando una cámara termográfica. Norma: la temperatura del rodamiento no debe exceder la temperatura ambiente en más de 40°C y ser inferior a 90°C.
   3. Analice el lubricante para detectar la presencia de metales de desgaste (Fe, Cr, Mn - para cojinetes de acero; Cu, Pb, Sn - para separadores/casquillos de bronce).
   4. Si el estetoscopio detecta un chirrido o crujido, cámara termográfica - sobrecalentamiento local, análisis de aceite - mayor contenido de metales de desgaste:
      • Causa probable: Desgaste o daños en los rodamientos.
      • Acción: Desmontaje, inspección visual, sustitución de rodamientos (capítulo 8.2).
5. Diagnóstico de engranajes:
   1. Mida el juego de los engranajes mediante palpadores o un comparador. La laguna reglamentaria se especifica en la documentación del fabricante. Generalmente entre 0,08 y 0,25 mm para engranajes pequeños y medianos.
   2. Realizar una inspección visual de los dientes a través de trampillas de inspección o con un boroscopio (si está disponible). Busque signos de picaduras, astillas, abolladuras, desgaste excesivo o desplazamiento del parche de contacto.
   3. Analice el lubricante para detectar la presencia de metales de desgaste (Fe, Sn – para dientes de acero; Cu, Pb – para pares de tornillos sin fin de bronce).
   4. Si el juego es mayor de lo normal, los dientes están visualmente dañados, o el análisis del aceite muestra un contenido importante de metales de desgaste:
      • Causa probable: Desgaste, daño o ajuste inadecuado de los engranajes.
      • Acción: Desmontaje, reparación/sustitución de engranajes, ajuste del juego (capítulo 8.3).
6. Diagnóstico del sistema de lubricación y otras causas:
   1. Realizar un análisis completo de la lubricación (apartado 7.4).
   2. Verifique la resistencia de la fijación de la caja de cambios a la base, así como la fijación de las tapas y otros elementos de la carcasa. Apretar los tornillos según las normas.
   3. Si el análisis del aceite muestra degradación, contaminación, exceso de agua, nivel bajo:
      • Causa probable: Problemas con el lubricante (nivel bajo, contaminación, tipo incorrecto).
      • Acción: Reemplazo de lubricante, filtros, eliminación de fugas (capítulo 8.4).
   4. Si los sujetadores están flojos:
      • Causa probable: Sujetadores flojos.
      • Acción: Apriete los sujetadores, revise la base.

6. Matriz de causa de mal funcionamiento

Este cuadro le ayudará a relacionar sus síntomas con las causas más probables, las pruebas y los resultados esperados.

7. Análisis de causa raíz de cada mal funcionamiento

7.1. Desalineación de los ejes

Explicación: La desalineación ocurre cuando los ejes de rotación del motor y los ejes de la caja de cambios no se encuentran en la misma línea recta. Puede ser un desplazamiento paralelo, angular o combinado. Los principales motivos son: instalación incorrecta, deformación del marco, deformación térmica, desgaste del acoplamiento. Esto da como resultado una tensión cíclica en los ejes, cojinetes y sellos, lo que provoca fricción y vibración excesivas.

Cómo confirmar: Mida la desalineación utilizando un sistema de nivelación láser o dos indicadores tipo reloj. Indicador crítico: desalineación radial o angular superior a 0,05 mm para la mayoría de aplicaciones industriales. Además, el análisis del espectro de vibración mostrará los picos dominantes a una frecuencia de rotación de 1X, 2X y 3X.

Posibles daños: Desgaste prematuro de rodamientos, sellos de eje, acoplamientos, fatiga del eje, posible rotura del eje durante el funcionamiento a largo plazo. También puede provocar un sobrecalentamiento local, diagnosticado mediante una cámara termográfica.

7.2. Desgaste o daño del rodamiento

Explicación: Los rodamientos son componentes críticos que soportan los ejes y reducen la fricción. El desgaste puede deberse a una lubricación insuficiente o incorrecta, contaminación del lubricante, instalación inadecuada (cargas de choque durante la instalación), sobrecarga, vibración o fatiga del material. Los daños incluyen picaduras, picaduras, desgaste abrasivo y corrosión por contacto.

Cómo confirmar:

• Análisis acústico: Crujidos, chirridos, chasquidos localizados cerca del rodamiento mediante un estetoscopio.
• Análisis de vibraciones: El espectro de vibraciones mostrará las frecuencias características de los rodamientos (BPFI, BPFO, BSF, FTF) y sus armónicos. El nivel general de vibración supera los 4,5 mm/s RMS.
• Termografía: Sobrecalentamiento local de la unidad de rodamiento (> 90°C).
• Análisis de lubricantes: Aumento del contenido de metales de desgaste (Fe, Cr, Mn para acero, Cu para separadores) y partículas mayores a 5 micras.
• Inspección visual (después del desmontaje): Picaduras, hundimientos, picaduras en las pistas de rodadura, daños en el separador, decoloración.

Posibles daños: Aumento de la fricción, sobrecalentamiento, atasco del eje, daño a los asientos de los cojinetes, daño a los engranajes debido al desplazamiento del eje. Es posible destruir la carcasa de la caja de cambios.

7.3. Desgaste o daño del engranaje

Explicación: Los engranajes transmiten par. Su desgaste puede deberse a sobrecargas constantes, cargas de choque, lubricación insuficiente, ambiente agresivo, partículas abrasivas en el lubricante, fatiga del material. Tipos comunes de desgaste: picaduras (fatiga superficial), desgaste abrasivo, desgaste adhesivo (agarre), deformación plástica, rayado excesivo, rotura de dientes.

Cómo confirmar:

• Análisis acústico: Zumbidos, aullidos, chirridos que cambian con la carga. Golpear cuando se rompen los dientes.
• Análisis de vibraciones: Picos de vibración en las frecuencias de enganche de los dientes (GMF) y sus armónicos. Bandas laterales adicionales alrededor del GMF pueden indicar modulación de desgaste.
• Inspección visual (a través de un boroscopio o después del desmontaje): Detección de picaduras (hoyos en la superficie de los dientes), agarrotamiento, astillas, grietas, rayones abrasivos.
• Mida el juego: el juego que excede la norma (por ejemplo, > 0,3 mm para engranajes medianos) indica un desgaste excesivo.
• Análisis de lubricantes: Aumento del contenido de metales de desgaste (Fe, Sn) y partículas de gran tamaño.

Posibles daños: Reducción de la eficiencia de la transmisión, aumento de ruido y vibración, atasco de engranajes, destrucción de dientes y carcasa, falla catastrófica.

7.4. Problemas de petróleo

Explicación: La grasa realiza las funciones de reducción de la fricción, enfriamiento, eliminación de suciedad y protección contra la corrosión. Los problemas incluyen: nivel bajo de aceite, degradación del aceite (oxidación, pérdida de aditivos), contaminación (agua, polvo, partículas metálicas), uso de un tipo de aceite incorrecto. Todos estos factores afectan críticamente a la vida útil de los rodamientos y engranajes.

Cómo confirmar:

• Inspección visual: Bajo nivel de aceite, decoloración, turbidez, presencia de sedimentos o espuma.
• Análisis del lubricante (según DSTU ISO 2909, DSTU ISO 3104):
  • Viscosidad: Cambio de viscosidad (aumento o disminución) más allá del ±10% del inicial.
  • Contenido de agua: > 0,05% para la mayoría de los aceites.
  • Número de acidez (AN): Incremento del AN en más de 0,5 mg KOH/g.
  • Análisis espectral: Incremento del contenido de metales de desgaste (Fe, Cu, Cr), elementos contaminantes (Si - polvo).
  • Contador de partículas: Clase de limpieza ISO 4406:1999 (normalmente no superior a 18/15/12 para reductores).
• Termografía: Sobrecalentamiento general de la caja de cambios debido al aumento de la fricción.

Posibles daños: Desgaste acelerado de engranajes y cojinetes, corrosión, sobrecalentamiento, aumento del consumo de energía, rápida destrucción de componentes.

8. Procedimientos de solución de problemas paso a paso

8.1. Corrección de desalineación de ejes.

1. ⚠ SEGURIDAD: Siga el procedimiento LOTO.
2. Limpie las superficies de rodamiento debajo del motor y la caja de cambios.
3. Desconecte el acoplamiento que conecta los ejes.
4. Utilice un sistema de nivelación láser o dos indicadores tipo reloj para medir con precisión la desalineación.
5. Ajuste la posición del motor/caja de cambios agregando o quitando cuñas metálicas calibradas (deslizadores) debajo de los trinquetes.
6. Mueva el motor/caja de cambios horizontalmente utilizando herramientas especiales para lograr valores de desalineación aceptables (< 0,05 mm radial y angularmente).
7. Apriete los pernos de anclaje del motor/reductor a la base al par especificado por el fabricante (por ejemplo, M12: 80 Nm, M16: 160 Nm).
8. Vuelva a verificar la alineación después de apretar, ya que apretar puede causar cambios leves.
9. Conectar el embrague, comprobar su estado.
10. VERIFICACIÓN: Poner en marcha el equipo y repetir el análisis de vibraciones y termografía. El nivel de vibración debería disminuir significativamente y la temperatura debería normalizarse.

8.2. Reemplazo de rodamientos

1. ⚠ SEGURIDAD: Siga el procedimiento LOTO. Drene la grasa (si se proporciona desmontaje).
2. Desmonte la caja de cambios del equipo si no es posible reemplazar completamente los cojinetes en el sitio.
3. Desmontar la carcasa de la caja de cambios siguiendo las instrucciones del fabricante.
4. ⚠ PROTECCIÓN: Proteger las superficies expuestas de la contaminación.
5. Retire los cojinetes dañados con un extractor adecuado. NO UTILICE MÉTODOS DE IMPACTO QUE PUEDAN DAÑAR EL EJE O EL LUGAR DE ATERRIZAJE.
6. Limpie a fondo los asientos de los cojinetes en el eje y en la carcasa. Compruébelos por ausencia de daños, rebabas o producción.
7. Calentar los rodamientos nuevos a una temperatura de 80-100°C (por ejemplo, en un calentador de inducción o en un baño de aceite) para facilitar el asiento en el eje. ¡NO SOBRECALENTAR!
8. Instale los cojinetes en los ejes utilizando herramientas de montaje especiales o una prensa hidráulica.
9. Monte la caja de cambios respetando los pares de apriete de los tornillos de la carcasa (p. ej. M10: 50 Nm, M14: 120 Nm) y ajustando las holguras.
10. Llene con lubricante nuevo del tipo y volumen recomendado por el fabricante (capítulo 8.4).
11. VERIFICACIÓN: Arrancar el equipo. Monitorear el ruido, vibración y temperatura de los rodamientos. La temperatura debería estabilizarse a las pocas horas de funcionamiento.

8.3. Reparación/reemplazo de engranajes y ajuste de holgura

1. ⚠ SEGURIDAD: Siga el procedimiento LOTO. Escurrir el aceite.
2. Desmontar la caja de cambios y desmontar su carcasa.
3. Realice una inspección visual de todos los engranajes. Reemplace los engranajes dañados (con astillas, picaduras importantes, grietas) o excesivamente desgastados.
4. Limpie todos los componentes de lubricantes viejos y suciedad.
5. Al reemplazar los engranajes, asegúrese de que se utilicen repuestos que cumplan con las especificaciones del fabricante (material, clase de precisión, tratamiento térmico). Se recomiendan repuestos certificados por UkrSEPRO.
6. Instale engranajes nuevos y ajuste el espacio lateral (juego) entre los dientes. Utilice un indicador tipo reloj y/o varilla medidora. El espacio debe estar dentro de los límites especificados por el fabricante (por ejemplo, 0,10-0,20 mm). El ajuste se puede realizar con la ayuda de espaciadores o desplazando los conjuntos de rodamientos.
7. Aplique una fina capa de pintura marcadora a la superficie de los dientes para comprobar el punto de contacto. Gire el engranaje con la mano y evalúe la ubicación y el tamaño de la zona de contacto. Debe ser simétrico y cubrir el 70-80% de la longitud del diente.
8. Ensamble la caja de cambios apretando todos los sujetadores al par recomendado.
9. Agrega aceite nuevo.
10. VERIFICACIÓN: Haga funcionar la caja de cambios al ralentí y luego gradualmente bajo carga. Controla el ruido, la vibración y la temperatura. Realice un análisis de vibraciones para confirmar la ausencia de picos en el GMF.

8.4. Restauración del sistema de lubricación.

1. ⚠ SEGURIDAD: Siga el procedimiento LOTO.
2. Drene completamente la grasa vieja de la caja de cambios.
3. Lave las cavidades internas de la caja de engranajes con una grasa de lavado especial o un solvente recomendado si la grasa está muy contaminada o degradada. Siga las instrucciones del fabricante del detergente.
4. Reemplace todos los filtros de aceite y sellos de aceite si están dañados o tienen fugas.
5. Llene con grasa nueva cuyo tipo y viscosidad correspondan plenamente a las especificaciones del fabricante de la caja de cambios y a las condiciones de funcionamiento (p. ej. ISO VG 220 para cargas moderadas, ISO VG 320 para cargas pesadas). Utilice lubricantes que cumplan con la norma DSTU ISO 3448.
6. Compruebe el nivel de aceite mediante una varilla medidora o una mirilla. El nivel debe estar entre las marcas mínima y máxima.
7. VERIFICACIÓN: Poner en marcha el reductor. Verifique la temperatura, asegúrese de que no haya fugas. Después de 50 a 100 horas de funcionamiento, se recomienda tomar una muestra del lubricante para realizar un análisis de control que confirme la pureza y la ausencia de degradación rápida.

9. Precauciones

10. Repuestos y componentes

La sustitución oportuna de los componentes desgastados es crítica para la longevidad de la caja de cambios. Preste atención a la calidad y al cumplimiento de las normas de los componentes (por ejemplo, rodamientos según ISO, juntas según EN). Todas las piezas de repuesto deben tener los certificados de calidad adecuados, incluido UkrSEPRO para el mercado ucraniano.

Todos los repuestos y lubricantes necesarios que cumplen con los estándares internacionales y cuentan con los certificados necesarios están disponibles en el catálogo electrónico de UNITEC-D: https://www.unitecd.com/e-catalog/

11. Enlaces

• DSTU ISO 10816-1:2003: Vibración. Evaluación de vibraciones de máquinas a partir de los resultados de mediciones en piezas no giratorias.
• DSTU ISO 2909:2009: Petróleo y productos derivados del petróleo. Cálculo del índice de viscosidad por viscosidad cinemática.
• DSTU ISO 3104:2008: Productos petrolíferos. Líquidos transparentes y opacos. Determinación de la viscosidad cinemática y cálculo de la viscosidad dinámica.
• DSTU ISO 3448:2009: Lubricantes líquidos industriales. Clasificación de viscosidad ISO.
• ISO 4406:1999: Transmisión de potencia hidráulica. líquidos El método de codificación del nivel de contaminación por partículas sólidas.
• ISO 492:2014: Rodamientos de rodillos. Rodamientos radiales. Tolerancias
• Manuales originales de operación y mantenimiento de cajas de cambios UNITEC-D GmbH.
• Guías UNITEC-D: https://www.unitecd.com/maintenance-guides/