Reductor de velocidad: principales tipos y posibles fallas

Un reductor de velocidad es un equipo que se utiliza para reducir la revolución entre la unidad motriz y la unidad a accionar. Además de ajustar las revoluciones, el reductor también genera un aumento del torque. Esto se debe a que multiplica el torque de entrada por la relación de transmisión o reducción.

Existen cuatro tipos principales de reductores: los planetarios, los de tornillo sin fin, los de tren de engranajes y los de engranajes cónicos. Pero, antes de entrar en cada uno de ellos, es importante diferenciar entre un reductor y un motorreductor:

Reductores vs. motorreductores

Cuando se trata de motores, una pregunta habitual es si se debe utilizar un reductor o un motorreductor. La función básica de ambos es muy similar: son dispositivos mecánicos que reducen la velocidad de un accionamiento. Sin embargo, la forma en que se lleva a cabo esta reducción es diferente.

En el caso de los reductores, hay un eje macizo con chaveta a la entrada, que permite distintos tipos de reducción. Los motorreductores, en cambio, funcionan vinculados al motor y, por tanto, se limitan a reducciones de la velocidad de rotación.

Otra diferencia es que los motorreductores tienen transmisión directa por engranajes. Como resultado, cualquier sobrecarga se producirá tanto en el reductor como en el motor.

En términos prácticos, el motorreductor suele ser una solución económica. Sin embargo, si se necesita una gran variación en la reducción, el reductor suele ser la opción más adecuada. Por lo tanto, la elección entre uno u otro puede tener en cuenta la relación costo-beneficio, pero debe guiarse por los objetivos pretendidos.

Principales tipos de reductores de velocidad

Reductor con tren de engranajes

Los reductores de velocidad con tren de engranajes se encuentran generalmente en cintas transportadoras y otros sistemas de transporte. Como tales, son reductores de gran tamaño, pueden soportar cargas elevadas, tienen un par elevado y su eje de entrada y su eje de salida están dispuestos en paralelo. Por lo tanto, pueden contener una o dos salidas para una entrada.

Reductor de velocidad planetarios

Estos reductores tienen un conjunto de engranajes epicicloidales, planetarios y de anillo. Una de sus principales características es la baja inercia de los componentes mecánicos, lo que contribuye a unas elevadas relaciones de transmisión. Por lo tanto, su principal aplicación es cuando se requiere una alta velocidad con el menor peso y espacio posibles. El reductor planetario tiene aplicaciones como correa dentada, piñón y cremallera o sistema de motor de turbina.

Reductor de tornillo sin fin

Los reductores de tornillo sin fin son los más utilizados en el mercado. Utilizan engranajes y tornillos sinfín sobre cojinetes y tapas, y se caracterizan por su bajo nivel de ruido. Los ejes de entrada y salida están dispuestos perpendicularmente entre sí. En estos reductores, por lo tanto, la trayectoria de transferencia y reducción del torque es única: la entrada de rotación estará en el eje del tornillo sin fin y la salida en el eje o cubo hueco.

Reductor de engranajes cónicos

Son una forma común de reductor angular en el que dos engranajes cónicos interactúan para crear un ángulo (normalmente de 90°) entre la entrada y la salida. Estos tipos tienen una transmisión de contacto angular, por lo que proporcionan elevadas salidas de torque. En este tipo de reductor es posible cambiar la dirección del eje de entrada y salida, y es muy común en maquinaria agrícola.

Principales fallas en los reductores de velocidad

Los reductores de velocidad están compuestos básicamente por ejes (de entrada, de salida e intermediarios -en algunos casos-), engranajes, rodamientos, elementos de sellado y fijación, así como tapas y carcasas.

Así, en función de la composición y el tipo de actividad que desarrollan estos equipos, las principales fallas en los reductores de velocidad son:

Las principales fallas en los reductores

• Deficiencia de lubricación: las fallas más frecuentes en los reductores están relacionadas con la lubricación, ya sea por falta o exceso de lubricante. Las principales consecuencias son: reducción de la vida útil de los componentes, pérdida de eficiencia del reductor, calentamiento excesivo e incluso contaminación del reductor.
• Desalineación: la desalineación es una falla bastante recurrente en los ejes y puede provocar un desgaste anormal de los componentes. Incluso puede causar problemas de engranaje debido a la desalineación entre los engranajes.
• Desgaste de los rodamientos: el desgaste de los rodamientos es una falla muy común en diversos activos. Puede deberse a una instalación incorrecta, a la acumulación de residuos que aumentan la fricción o incluso ser el resultado de una desalineación.
• Defecto de los engranajes: los engranajes pueden presentar varios modos de falla. Entre los más habituales están el desgaste por interferencia o abrasión, la rotura por sobrecarga, las grietas y la holgura. El problema aumenta entonces los niveles de vibración, además de provocar sobrecalentamiento y la presencia de limaduras de hierro en el aceite.
• Sobrecalentamiento: el sobrecalentamiento es una de las principales fallas en los rodamientos. Entre las causas del problema están la presencia de impurezas, la reducción de holgura interna, la carga excesiva en los rodamientos y la presión sobre los retenes, las fuentes de calor externas, etc. La consecuencia es la rotura del rodamiento por bloqueo o fatiga.

Estos problemas pueden provocar paradas no programadas, aumento de los costos de mantenimiento, pérdida de productividad, desgaste de otros componentes del sistema, retrasos, etc.

Cada una de estas fallas puede requerir un tipo específico de monitoreo. Por ejemplo, la identificación de fugas mediante una inspección sensitiva. Ahora bien, la desalineación, el desgaste y el sobrecalentamiento requieren otros enfoques, como el mantenimiento basado en la condición.

¿Cómo se realiza el mantenimiento basado en la condición en un reductor?

Una manera eficaz de realizar un seguimiento continuo de un activo es mediante la recolección de señales de vibración. Estos datos permiten identificar posibles modos de falla mediante el análisis de los espectros de frecuencia. El espectro de la señal permite visualizar los distintos componentes vibratorios que se producen al mismo tiempo en un activo. A continuación se muestra el diagnóstico de fallas en un reductor.

Cómo diagnosticar fallas

Para entender el diagnóstico de fallas, podemos analizar el caso de un agitador de pulpa de minerales que contiene un reductor de velocidad de tornillo sin fin. En este equipo, la reducción de revoluciones es de 600 rpm a 32 rpm (0,5Hz). La baja velocidad de salida y la existencia de un rodamiento debajo de la corona pueden dificultar el diagnóstico. Por este motivo, los técnicos instalaron sensores en la corona y en la parte inferior del eje. Estas ubicaciones también permitieron monitorear el rodamiento.

Gracias al monitoreo, fue posible identificar fallas en la pista externa de los rodamientos. Generalmente, este problema se manifiesta como una sucesión de picos igualmente espaciados en el dominio del tiempo, que representan el paso de elementos rodantes sobre grietas formadas durante la vida útil del rodamiento.

En el caso del engranaje helicoidal mencionado, las formas de onda lineal y circular indican un error en la transmisión de fuerza y movimiento en el componente, destacado principalmente por las diferentes amplitudes en la forma de onda. Así, en la forma de onda circular, se puede ver exactamente el número de dientes de la corona de bronce (53).

La aplicación del análisis de envolvente muestra armónicos de rotación, una indicación de holgura en el engranaje. El origen es el eje de salida. Esto provoca un desajuste en el contacto entre los dientes, siendo uno más corto y el otro más largo. Además, la forma de onda de la envolvente muestra síntomas de holgura y fricción en el rodamiento de salida.

A partir de los análisis y la identificación de fallas, fue posible planificar la intervención y el mantenimiento correctivo del equipo.

¿Quieres saber más sobre este diagnóstico? Lee: la instalación de interna de sensores identifica los defectos de los engranajes del reductor.