Análisis de las causas raíz de la fuga de aceite en los reductores: sellado, ventilación y errores de montaje

1. Introducción

El flujo de aceite a través del sellado del eje de un reductor industrial es un síntoma que a menudo se considera como un problema cosmético menor. En las empresas ucranianas de la industria minera y cementera, los mecánicos suelen limitarse únicamente a la adición de aceite o al simple reemplazo de la manga sin identificar la causa real del fallo. Sin embargo, este enfoque superficial inevitablemente conduce a un recaída después de 200–500 horas de funcionamiento. En este informe técnico, realizaremos una experticia técnico-jurídica de un caso típico de fuga de aceite en un reductor cilíndrico-conico de modo de trabajo pesado.

El objeto de nuestro estudio es el principal accionamiento de la cinta transportadora en la planta de beneficio. El recorrido repetido de aceite por el eje de salida fue detectado tres semanas después del mantenimiento programado. La estación de monitoreo de vibración informó sobre un aumento de los niveles de aceleración vibratoria de alta frecuencia en el nodo del rodamiento, y la temperatura del carcasa en la zona del sello alcanzó +82°C, mientras que el valor nominal es +65°C. Nuestro objetivo es desglosar la cadena de eventos que condujeron al deterioro prematuro del sello SKF 1009103, y proponer soluciones ingenieriles según los estándares ISO y EN.

2. Vista del componente

Sellos radiales del eje (brazado de manguito) realizan una función crítica para retener el aceite lubricante dentro del casco del reductor y proteger la cavidad interna contra el polvo abrasivo, la humedad y la escoria. En nuestro caso se utiliza el componente SKF 1009103, calculado para trabajar en condiciones de altas cargas axiales y radiales.

• Dimensiones del lugar de montaje: según ISO 6194 y DIN 3760.
• Material de la cara de sellado activa: caucho fluorado (FKM / Viton), resistente al funcionamiento prolongado en un rango de temperaturas de -40°C hasta +200°C.
• Medio de trabajo: aceite sintético de reductor basado en polialfaolifinos (PAO) de clase de viscosidad ISO VG 220 con aditivos antiarrugas (EP).
• Velocidad de deslizamiento sobre la superficie del eje: 12.5 m/s.
• Presión de trabajo en la carcasa: de -0,05 a +0,1 bares.

El sellado está instalado en la tapa de salida del reductor inmediatamente antes de la salida del eje hacia la unión de acoplamiento. Las condiciones de explotación en la empresa son severas: la contaminación del aire alcanza 45 mg/m³, y las fluctuaciones diarias de temperatura del medio ambiente oscilan entre -15°C en invierno y +35°C en verano en el taller no climatizado.

3. Pruebas de fallo

Durante la desmontaje del nodo en la máquina y la inspección con lupa (10x), el grupo de ingeniería registró los siguientes datos reales:

• Estado de la banda de goma: Se observa endurecimiento térmico y microfisuras en la quinta banda del anillo de sellado SKF 1009103. La banda presenta desgaste uniforme en la corona, pero su elasticidad se ha perdido en un 70%.
• Estado del cuello del eje: Se detectó una ranura anular de 0.22 mm de profundidad y 3.5 mm de ancho en el eje en el lugar de contacto con el borde de trabajo del sello. La rugosidad superficial del eje en la zona de desgaste superaba el valor permitido y era de $R_a = 0.95$ micras en lugar de los valores normales $R_a = 0.20 \dots 0.40$ micras (según ISO 4287).
• Resorte de mangas: Resorte de arandela espiral desplazado del canal de montaje y parcialmente deformado. La fuerza de compresión del resorte ha disminuido en un 40% respecto a la fuerza inicial.
• Análisis de aceite: El contenido de partículas sólidas (dióxido de silicio proveniente de polvo de mineral) fue de 0.18% en masa, lo que es 6 veces superior al límite permitido para este nodo.

Los datos de control de vibración antes de la parada mostraban picos espectrales en las frecuencias de rotación del eje (1X) y armónicos relacionados con un desbalance local y golpeteo del eje (el golpeteo radial fue de 0,08 mm con tolerancia de 0,03 mm).

4. Investigación de las causas raíz

Para un análisis sistemático aplicamos el método de la diagrama de Ishikawa ("esqueleto de pescado") y la técnica "5 Por qué". Se identificaron cuatro categorías principales de factores: material, método de montaje, estado del equipo y entorno externo.

1. ¿Por qué el sellado perdió hermeticidad? Debido a que la cara de trabajo perdió elasticidad y apareció un espacio entre ella y el eje.
2. ¿Por qué la arista se degradó? Debido al sobrecalentamiento en la zona de contacto hasta una temperatura superior a +90°C.
3. ¿Por qué ocurrió el sobrecalentamiento local? Debido a la falta de un buen enfriamiento y al aumento del rozamiento debido al desgaste de la cabeza del eje y los desgastes.
4. ¿Por qué se formó un surco en el eje? Partículas abrasivas del polvo penetraron debajo del borde del anillo y actúaron como pasta de lijado del metal.
5. ¿Por qué el abrasivo entró en el borde? La cera del reductor estaba obstruida por polvo tecnológico, lo que provocó la creación de una presión excesiva de los gases de escape calientes (hasta +0,4 bares), expulsión del aceite hacia afuera y la creación del efecto de succión de suciedad durante el enfriamiento.

5. Causas raíz identificadas (por probabilidad)

6. Acciones de corrección y preventivas

Para eliminar los defectos detectados y prevenir paradas del equipo en la línea de producción se ha desarrollado un plan de medidas técnicas:

• Reparación urgente (Eliminación inmediata): Desmontaje del reductor, lijado de la punta del eje hasta el tamaño de reparación o instalación de manga de reparación rápida (speedi-sleeve). Reemplazo de la correa SKF 1009103 por una nueva según las instrucciones de montaje de SKF. Reemplazo del sifón por una modelo con filtro de purificación fina integrado (clase de filtración 3 µm).
• Prevención a largo plazo: Implementación de un control regular de la diferencia de presión en la caja del reductor. Transición a materiales lubricantes sintéticos con alto índice de viscosidad y resistencia a la degradación según ISO 12925-1 (categoría CKD).

7. Lista de verificación diagnóstica rápida para técnicos

Este checklist está destinado al uso por soldadores y ingenieros de confiabilidad directamente en el taller mediante un tablet o terminal móvil:

1. [ ] Verificar la temperatura del carcasa en la zona de los rodamientos y sellos con pirómetro (norma: hasta +70°C).
2. [ ] Evaluar el nivel y el estado del aceite a través de la ventanilla de observación (presencia de emulsión, espuma, sedimento oscuro).
3. [ ] Verificar el libre flujo de aire a través del sello (ausencia de obstrucción por suciedad o polvo).
4. [ ] Realizar mediciones de vibración con un vibrometro portátil en tres ejes mutuamente perpendiculares (control del espectro de alta frecuencia).
5. [ ] Inspeccionar el eje de salida para verificar la presencia de marcas de grasa, acumulación de polvo alrededor de la tapa.
6. [ ] Verificar la alineación del eje del reductor y la máquina conectada utilizando un sistema láser de alineación (desviación permitida menor de 0,05 mm).
7. [ ] Verificar el momento de apriete de los tornillos de fijación de las tapas de los rodamientos y del cuerpo del reductor con llave dinamométrica.
8. [ ] Realizar un análisis espectroscópico de la muestra de aceite para detectar productos de desgaste (Fe, Cu, Cr) cada 6 meses.

8. Estrategia de prevención para el futuro

Para alcanzar el indicador de confiabilidad del reductor (MTBF no menor de 40 000 horas de funcionamiento) es necesario integrar las siguientes prácticas:

• Intervalos de mantenimiento: Realización de una sustitución completa de sellos y revisión de los lugares de montaje cada 12 000 horas de funcionamiento o cada dos años.
• Monitoreo del estado: Instalación de sensores fijos de vibración y temperatura con transmisión de señales a la sistema SCADA de la empresa para la detección temprana de defectos en los rodamientos.
• Mejora de la construcción: Aplicación de sellos de dos pasos con mangote protector (filtro de polvo) y grasa consistente barrera entre los extremos para trabajar en condiciones de polvo abrasivo de la producción de cemento.

9. Conclusión

El flujo de aceite en el reductor de maquinaria pesada siempre es el resultado de la alteración del equilibrio en el triángulo «presión-temperatura-ajuste mecánico». La sustitución solo del sello sin verificar el desbordador y el control del desplazamiento radial del eje es una pérdida de costos ineficaz. El cumplimiento de los programas de montaje según los estándares ISO y el uso de componentes certificados garantizan el funcionamiento continuo del equipo industrial.

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10. Referencia

• ISO 6194-1:2007 — Sellos de carcasa tipo labio para ejes rotatorios que incorporan elementos de sellado elástico.
• DIN 3760 — Anillos de sellado radial para aplicaciones industriales.
• ISO 4287:1997 — Especificaciones geométricas de productos (GPS) — Textura de superficie: Método de perfil.
• ISO 12925-1:2018 — Lubricantes, aceites industriales y productos relacionados (clase L) — Familia C (Engranajes).
• Catálogo General SKF: Sellos de ejes industriales y instrucciones de montaje.