DETECCION DE FALLAS EN REDUCTOR

CASO HISTORICOEl equipo analizado es un motorreductor de 150 HP de una cinta transportadora inclinada para embarque de cereales.El equipo en condiciones normales opera al 90% de su potencia nominal sufriendo durante los transitorios de arranque con carga esfuerzos que lo llevaron a un desgaste prematuro, aún trabajando con lubricantes de última generación que apuntaban a mejorar su performance.Un esquema del reductor se puede observar en la figura 1:

DATOS TECNICOS DEL REDUCTOR 150 HP - 1500 r.p.m. - i= 1:17 - primer tren Z30/48 - segundo tren Z20/40 - tercer tren Z14/71 Velocidad real del motor eléctrico: 1435 r.p.m.

Figura 1 - Esquema del reductor.

Al ir incrementándose la frecuencia de engrane del tren de entrada en forma progresiva, más la aparición de bandas laterales que apuntan a deficiencias en el engrane, tal como se observa en la cascada de espectros de la figura 2, se programa un desarme e inspección parcial del equipo

Figura 2- Cascada de espectros indicándose la frecuencia de engrane del tren de entrada

En la inspección se observó desgaste avanzado en los dientes de los engranajes del primer tren, observándose el problema en la figura 3.

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Figura 3 - Dientes de engranaje de primer tren de reducción.

El equipo sigue operando durante un período más en esas condiciones hasta que se tiene el tiempo necesario para dar vuelta la posición de los engranajes dañados a fin de utilizar el otro flanco del diente. Cuando se pone nuevamente en servicio el equipo se observan frecuencias de engrane altas, armónicas de ellas y además bandas laterales, y dada la complejidad del espectro que aparecía se efectúa una función Cepstrum del mismo para analizar cuales eran las distintas familias de armónicos presentes, y así tener una herramienta más que pudiera clarificar la falla del equipo. Se obtuvo la figura 4:

Figura 4 - Cepstrum indicando problemas en segundo tren.

Si analizamos las distintas frecuencias de engrane y velocidades de cada eje con los datos indicados al pie de la figura 1 concluimos que el problema estaba en el segundo eje del reductor, es decir, a una velocidad de giro de 897 r.p.m..La función Cepstrum es el nombre dado a un conjunto de técnicas que involucran funciones que en 1963 fueron definidas como “el espectro del logaritmo de un espectro”. Como es el espectro de un espectro su nombre proviene de componer la palabra SPECtrum al revés originando CEPStrum . Hay otras denominaciones similares para la familia de técnicas derivada de ella como QUEFRency de FREQUency y LIFter de FILter.El Cepstrum tiene la habilidad de detectar y agrupar estructuras periódicas en el logaritmo del espectro, es decir poder determinar familias de armónicas y/o bandas laterales con espaciamiento uniforme. El análisis mediante Cepstrum es una herramienta que se utiliza para la detección de periodicidades en un espectro en frecuencia, y en especial cuando hay varios fenómenos juntos que pueden dar interpretaciones erróneas del origen de las componentes presentes. Numerosas fallas en reductores producen modulación de la onda vibratoria, a veces en amplitud, a veces en frecuencia, y casi siempre una combinación de ambas, que generan bandas laterales. Estas en general se distribuyen alrededor de la frecuencia de engrane y sus armónicas. Fuentes que generan bandas laterales en reductores son el error de paso (pitch error), error de perfil del diente, run out y desalineación. Estos efectos se magnifican en mayor medida en engranajes helicoidales. Se desarma nuevamente el reductor para su inspección y se observa un juego excesivo (0,8 mm) a ambos lados del segundo eje por daños por corrosión por contacto (fretting corrosion). Esto puede verse en la figura 5.

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Figura 5 - Corrosión por contacto en segundo eje de reductor

Se construye un eje nuevo y se vuelve a armar el equipo, midiéndose nuevamente valores altos en el primer eje, con la particularidad de que la componente principal del espectro corresponde a la frecuencia de engrane de entrada, sin bandas laterales, como puede verse en la figura 6. Esto entendemos que se debe al deficiente asentamiento del engrane del tren cuando trabajó con problemas en el segundo eje y tenderá a corregirse durante la operación del equipo.

Figura 6- Medición luego de reemplazo de eje con mal asentamiento previo de engranajes

De acuerdo a lo previsto luego de que el equipo asentara sus engranajes en esta nueva condición los valores comenzaron a disminuir, en especial los correspondientes a las frecuencias de engrane con problemas. Esto puede verse en la cascada de espectros de la figura 7:

Figura 7- Cascada de espectros temporal luego de comenzar a hermanarse el engrane del eje reemplazado.