Análise das causas raiz da fuga de óleo em redutores: selagem, ventilação e erros de montagem

1. Introdução

O vazamento de óleo através do selo do eixo de um redutor industrial é um sintoma que frequentemente é considerado como uma pequena questão estética. Nas empresas ucranianas das indústrias de mineração e cimento, os encarregados frequentemente se limitam apenas à adição de óleo ou à simples substituição da mangueira sem identificar a causa real do defeito. No entanto, esse abordagem superficial inevitavelmente leva a recorrência após 200–500 horas de operação. Nesse relatório técnico, realizaremos uma pericia técnica judicial de um caso típico de vazamento de óleo em um redutor cilindro-conico de operação pesada.

O objeto do nosso estudo é o principal acionamento da esteira transportadora na usina de beneficiamento. O reaproveitamento do óleo no eixo de saída foi detectado três semanas após a manutenção programada. A estação de monitoramento de vibração informou sobre aumento nos níveis de aceleração vibratória de alta frequência no nó do rolamento, e a temperatura do corpo na zona do anel de vedação atingiu +82°C, enquanto o valor nominal é +65°C. Nossa meta é desmontar a cadeia de eventos que levaram à degradação prematura da vedação SKF 1009103 e propor soluções engenheiras de acordo com os padrões ISO e EN.

2. Visão geral do componente

Selimete radial do eixo (com mangueira reforçada) desempenha uma função crítica para reter o lubrificante dentro do corpo da caixa de redução e proteger a cavidade interna contra poeira abrasiva, umidade e escória. No nosso caso, é utilizado o componente SKF 1009103, projetado para funcionar em condições de altas cargas axiais e radiais.

• Dimensões do local de montagem: conforme ISO 6194 e DIN 3760.
• Material da borda da carcaça de vedação: borracha fluorada (FKM / Viton), que suporta operação contínua em um intervalo de temperaturas de -40°C até +200°C.
• Meio de trabalho: óleo sintético de redutor baseado em polialfaolifenos (PAO) da classe de viscosidade ISO VG 220 com aditivos anti-escorregadiços (EP).
• Velocidade de escorregamento na superfície do eixo: 12,5 m/s.
• Pressão de trabalho no carter: de -0,05 até +0,1 bar.

Selagem está instalada no tampa de saída da caixa de redução imediatamente antes da saída do eixo para a corrente de acoplamento. As condições de operação na empresa são difíceis: a poeira no ar atinge 45 mg/m³, e as variações diárias da temperatura do ambiente variam de -15°C no inverno a +35°C no verão em uma sala não aquecida.

3. Provas de falha

Durante a desmontagem do nó na máquina e inspeção com lupa (10x), a equipe técnica registrou os seguintes dados reais:

• Condição da borda de borracha: Observa-se endurecimento térmico e microfissuras na borda inferior do anel SKF 1009103. A borda apresenta desgaste uniforme na superfície, mas sua elasticidade foi perdida em 70%.
• Condição da superfície do eixo: Foi identificada uma ranhura circular com profundidade de 0,22 mm e largura de 3,5 mm no eixo no local de contato com a borda de trabalho do selo. A rugosidade da superfície do eixo na zona de desgaste excedia o valor permitido e era de $R_a = 0,95$ µm, em vez dos valores normativos $R_a = 0,20 \dots 0,40$ µm (conforme ISO 4287).
• Mola de mangote: Mola de fixação em espiral deslocada do canal de montagem e parcialmente deformada. A tensão da mola reduziu-se em 40% em relação à força inicial.
• Análise do óleo: O teor de partículas sólidas (sílica proveniente da poeira de minério) foi de 0,18% em massa, o que é 6 vezes superior ao limite permitido para esse nó.

Os dados de controle vibratório antes da parada mostravam picos espectrais nas frequências de rotação do eixo (1X) e harmônicas associadas a um desbalanceamento local e batimento do eixo (batimento radial foi de 0,08 mm com tolerância de 0,03 mm).

4. Estudo das Causas Raiz

Para um análise sistemática, aplicamos o método do diagrama de Ishikawa ("espinha de peixe") e a técnica "5 Porquês". Foram identificadas quatro categorias principais de fatores: material, método de montagem, estado do equipamento e ambiente externo.

1. Por que o selo perdeu a vedação? Devido à perda de elasticidade da borda de trabalho e à aparição de uma folga entre ela e o eixo.
2. Por que a borda degrada-se? Devido ao superaquecimento na zona de contato até a temperatura acima de +90°C.
3. Por que ocorreu o superaquecimento local? Devido à ausência de dissipação adequada de calor e ao aumento do atrito resultante do desgaste do encaixe do eixo e da desgastação.
4. Por que uma ranhura foi formada no eixo? Partículas abrasivas do pó penetraram sob a borda do anel e atuaram como pasta de amaciamento, desgastando o metal.
5. Por que o abrasivo entrou na borda? A pasta do redutor estava entupida com pó tecnológico, o que resultou na criação de pressão excessiva dos gases de escape quentes (até +0,4 bar), ejetando o óleo para fora e criando o efeito de sucção de sujeira durante o resfriamento.

5. Causas identificadas (por ordem de probabilidade)

6. Ações corretivas e preventivas

Para eliminar os defeitos detectados e prevenir paradas da linha de produção, foi desenvolvido um plano de medidas técnicas:

• Reparação urgente (Resolução imediata): Desmontagem do redutor, lixamento da porca do eixo até o tamanho de reparação ou instalação do mangote de reparação rápida (speedi-sleeve). Substituição da mangueira SKF 1009103 por uma nova conforme a instrução de montagem SKF. Substituição do sifão por um modelo com filtro de limpeza fina integrado (classificação de filtragem 3 µm).
• Prevenção de longo prazo: Implementação de controle regular da diferença de pressão no carter da caixa de redução. Transição para materiais lubrificantes sintéticos com alto índice de viscosidade e resistência à degradação conforme ISO 12925-1 (categoria CKD).

7. Checklist diagnóstico rápido para técnicos

Este checklist é destinado ao uso por serralheiros e engenheiros de confiabilidade diretamente na oficina utilizando um tablet ou terminal móvel:

1. [ ] Verificar a temperatura do corpo na zona dos rolamentos e das juntas com pirômetro (norma: até +70°C).
2. [ ] Avaliar o nível e o estado do óleo através da janela de inspeção (presença de emulsão, espuma, sedimento escuro).
3. [ ] Verificar o livre movimento do ar através do sabun (ausência de obstrução por lama ou poeira).
4. [ ] Realizar medições de vibração com um vibrometro portátil nas três direções mutuamente perpendiculares (controle do espectro de alta frequência).
5. [ ] Inspecionar o eixo de saída em relação à presença de manchas de óleo, acumulação de poeira ao redor da tampa.
6. [ ] Verificar a alinhamento do eixo do redutor e da máquina conectada usando um sistema de alinhamento a laser (deslocamento permitido menor que 0,05 mm).
7. [ ] Verificar o torque de aperto dos parafusos de fixação das tampas dos rolamentos e do corpo da redução com chave dinamométrica.
8. [ ] Realizar análise espectral da amostra de óleo para verificar a presença de produtos de desgaste (Fe, Cu, Cr) a cada 6 meses.

8. Estratégia de prevenção para o futuro

Para atingir o índice de confiabilidade do redutor (MTBF não inferior a 40 000 horas de operação) é necessário integrar as seguintes práticas:

• Intervalos de manutenção: Realização da substituição completa dos selos e revisão dos locais de montagem a cada 12 000 horas de uso ou a cada dois anos.
• Monitoramento do estado: Instalação de sensores fixos de vibração e temperatura com saída de sinal para a sistema SCADA da empresa para detecção precoce de defeitos nos rolamentos.
• Melhoria da construção: Aplicação de selos de dois estágios com mangote de proteção (filtro de poeira) e graxa consistente de barreira entre as juntas para operação em condições de poeira abrasiva de fábricas de produção de cimento.

9. Conclusão

O vazamento de óleo no redutor de maquinaria pesada é sempre um resultado do desequilíbrio no triângulo "pressão-temperatura-precisão mecânica". A substituição apenas do selo sem verificar o desempenho do desengarrafador e o controle do desalinhamento radial do eixo é uma despesa ineficaz. O cumprimento dos regulamentos de montagem conforme os padrões ISO e o uso de componentes certificados garantem o funcionamento contínuo do equipamento industrial.

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10. Referência

• ISO 6194-1:2007 — Selos de mangueira de eixo rotativo com elementos de vedação elásticos.
• DIN 3760 — Anéis de vedação radial para aplicações industriais.
• ISO 4287:1997 — Especificações de Produto Geométrico (GPS) — Textura da superfície: Método de perfil.
• ISO 12925-1:2018 — Lubrificantes, óleos industriais e produtos relacionados (classe L) — Família C (Engrenagens).
• Catálogo Geral SKF: Selos de Eixo Industriais e Instruções de Montagem.