La selección de un aceite de engranaje no es trivial. La misma caja reductora puede necesitar un CLP VG 220 mineral en una planta de cemento, un CLP PAO VG 320 en una extrusora de plástico a alta temperatura, o un CLP PG VG 460 si el reductor es de tornillo sinfín. Las diferencias entre estos aceites son tan radicales que mezclarlos o sustituirlos sin criterio técnico puede provocar un fallo catastrófico en horas. Esta guía cubre nomenclatura, criterios de selección, casos especiales y análisis de aceite para mantenimiento basado en condición.
Nomenclatura y normas: ISO VG, AGMA, CLP y EP
El mercado de lubricantes de engranajes tiene tres sistemas de clasificación principales que se solapan parcialmente: la escala ISO VG (viscosidad), la escala AGMA (correlacionada con ISO VG) y las clasificaciones funcionales DIN como CLP. Un ingeniero de mantenimiento debe poder traducir entre los tres sistemas sin ambigüedad.
Viscosity Grade
Viscosidad cinemática a 40 °C ±10 %. CLP VG 150 equivale a 150 mm²/s a 40 °C. Grados más comunes en engranajes industriales: VG 68, 100, 150, 220, 320, 460, 680 y 1000.
American Gear Manufacturers Association
La norma AGMA 9005-F16 es la referencia para lubricación de engranajes cerrados. Define grados AGMA 2 a 9 correlacionados con ISO VG. AGMA 5 = ISO VG 220, AGMA 6 = ISO VG 320, AGMA 7 = ISO VG 460, AGMA 8 = ISO VG 680.
DIN 51517 Parte 3
Aceite para engranajes cerrados con aditivos EP (extrema presión). Estándar en Europa para reductores industriales. Disponible en base mineral, PAO sintético y PAG.
Extreme Pressure
Aditivos azufre-fósforo que forman una capa de sacrificio a temperatura de contacto Hertz alta. Sin EP: riesgo de scuffing en cargas elevadas. Con EP excesivo: ataque corrosivo del bronce en ruedas de corona de reductores de tornillo sinfín.
ISO/GB clasificación china
CKC = CLP básico mineral. CKD = CLP sintético de alta calidad. CKE = CLP con viscosidad mejorada. Usadas en especificaciones de fabricantes de reductores chinos (SEW, Bonfiglioli versiones locales, Guomao).
Tabla de equivalencias ISO VG / AGMA (grados más usados en industria)
AGMA 2
ISO VG 68
AGMA 3
ISO VG 100
AGMA 4
ISO VG 150
AGMA 5
ISO VG 220
AGMA 6
ISO VG 320
AGMA 7
ISO VG 460
AGMA 8
ISO VG 680
AGMA 9
ISO VG 1000
Selección de viscosidad: velocidad, temperatura y carga
La selección de viscosidad para un engranaje industrial no depende de una sola variable. Los tres factores dominantes — velocidad periférica, temperatura de operación y presión de contacto Hertz — actúan en direcciones que a menudo se contradicen entre sí, lo que obliga a establecer un compromiso técnico justificado.
Velocidad periférica
A mayor velocidad → menor viscosidad
Las ruedas dentadas a alta velocidad generan calor adicional por agitación del aceite. Además, a mayor velocidad el tiempo de contacto entre dientes es menor, pero la presión hidrodinámica es mayor — el film EHD se forma con aceites menos viscosos.
Temperatura de operación
A mayor temperatura → elegir viscosidad ISO VG mayor
La viscosidad disminuye con la temperatura. Un aceite CLP VG 320 a 80 °C puede tener la misma viscosidad que un VG 150 a 40 °C si el índice de viscosidad (VI) es bajo. Para sistemas calientes, elegir la siguiente viscosidad en la escala ISO VG o usar un aceite sintético de VI alto (PAO VI > 150).
Carga (presión Hertz)
A mayor carga → más EP, misma o mayor viscosidad
La presión de contacto Hertz depende de la geometría del diente y de la carga tangencial. Para K {'>'} 3 (ISO 6336) los aditivos EP son imprescindibles. El incremento de viscosidad solo compensa parcialmente la falta de EP en cargas elevadas.
| Aplicación | ISO VG | AGMA | Observación |
|---|---|---|---|
| Reductores industriales de velocidad (50–1.500 rpm salida) | CLP VG 150–460 | AGMA 4–7 | La mayoría de reductores de propósito general |
| Reductores de alta velocidad (salida >1.500 rpm) | CLP VG 68–150 | AGMA 2–4 | Menor viscosidad para reducir calor por agitación |
| Baja velocidad y alta carga (laminadoras, molinos de bola) | CLP VG 680–1000 | AGMA 8–9 | Film EHD grueso necesario a baja velocidad periférica |
| Reductores de tornillo sinfín (worm gear) | CLP PG VG 220–460 | — | PAG obligatorio — aceite mineral aumenta temperatura 20–30 °C |
| VG incorrecto (demasiado bajo para la aplicación)Error | < VG recomendado | — | Film EHD insuficiente → pitting, fatiga superficial acelerada |
Reductores de tornillo sinfín (worm gear): el caso especial del PAG
El reductor de tornillo sinfín es el caso técnicamente más exigente en lubricación de engranajes. Su mecanismo de transmisión es fundamentalmente distinto al de los engranajes rectos, helicoidales o cónicos: el contacto entre el tornillo de acero y la corona de bronce es de deslizamiento puro, sin componente de rodadura. Esto genera calor de forma continua incluso a baja carga, y hace que el aceite mineral CLP sea una solución subóptima en la mayoría de aplicaciones.
El problema del calor en el tornillo sinfín
El tornillo sinfín genera calor por deslizamiento puro — a diferencia de los engranajes rectos o helicoidales, donde hay rodadura predominante. La eficiencia de un reductor de tornillo sinfín varía entre el 50 % (ratio 60:1, ángulo de avance pequeño) y el 90 % (ratio 10:1, ángulo de avance grande). Con aceite mineral CLP, la temperatura del aceite en la caja alcanza habitualmente 80–110 °C, lo que acorta drásticamente la vida del aceite y de los sellados de labio. La corona de bronce sufre fatiga adhesiva contra el tornillo de acero templado.
Aceite PAG: solución técnica para worm gear
El polialquilenglicol (PAG) tiene un coeficiente de fricción sensiblemente inferior al del aceite mineral en condiciones de deslizamiento puro, lo que reduce la temperatura de la caja en 20–30 °C respecto al mineral equivalente. Esto se traduce en una vida del aceite 3–5 veces mayor y en una reducción significativa del desgaste de la corona de bronce. La especificación correcta es CLP PG según ISO 12925-1 Tipo CLP PG.
Incompatibilidad PAG / aceite mineral — purga obligatoria
El aceite PAG es totalmente incompatible con el aceite mineral. Una mezcla del 5 % de mineral en un sistema PAG degrada las propiedades de fricción y forma lodos que obstruyen filtros y canales. Antes de cambiar a PAG en un reductor que ha operado con mineral, es obligatoria una purga completa de la caja: vaciado total, limpieza con aceite de enjuague de bajo coste y segunda purga antes de la carga de PAG. El volumen de enjuague debe ser al menos el doble del volumen de llenado nominal.
Compatibilidad con sellados — verificar antes del cambio
El aceite PAG puede atacar sellados de neopreno (CR) y algunos compuestos de NBR convencional. Antes de sustituir el mineral por PAG en un reductor de tornillo sinfín, verificar el material del sellado de labio con el fabricante del reductor. Los sellados de FKM (Viton) y los de PTFE son plenamente compatibles con PAG. Los sellados de CR deben sustituirse antes del primer llenado con PAG.
Procedimiento de transición mineral → PAG en reductor de tornillo sinfín
1. Vaciar la caja completamente con el aceite caliente (mayor fluidez).
2. Cargar aceite de enjuague mineral de bajo coste (50 % del volumen nominal). Operar 30 minutos a baja carga.
3. Vaciar el enjuague. Verificar que no quedan residuos sólidos en el fondo.
4. Segundo enjuague con el mismo PAG de menor viscosidad (VG 150) si el sistema tiene circuito de filtración.
5. Carga de PAG a la especificación correcta (CLP PG VG 220–460 según catálogo del fabricante del reductor).
6. Verificar nivel de aceite en frío y en caliente. Ajustar si es necesario.
7. Primeras 200 horas: análisis de aceite para verificar ausencia de mineral residual y partículas de desgaste.
Engranajes abiertos: grasa adhesiva y sistemas de pulverización automática
Los engranajes abiertos representan el extremo opuesto de los reductores herméticos: sin cárter, sin depósito de aceite, sin filtración. El lubricante se aplica directamente sobre el flanco del diente en cada ciclo de engrane, y debe permanecer adherido bajo la acción de la gravedad, la centrifugación y las condiciones ambientales (lluvia, polvo, temperatura). La tecnología de lubricante es radicalmente diferente a la del aceite de engranaje cerrado.
Aplicaciones de engranajes abiertos
Los engranajes abiertos aparecen en grandes molinos de bola (industria minera y cementera), hornos rotativos, excavadoras de rueda de cangilones (bucket wheel excavators) y grúas de estructura abierta portuaria. El diámetro del engranaje puede superar los 8 metros y la carga de flanco es extrema. No hay cárter cerrado: el lubricante queda expuesto al ambiente, al polvo y a la intemperie.
Tipo de lubricante: grasa adhesiva bituminosa o grasa sintética de alta viscosidad
El lubricante de engranaje abierto no es un aceite convencional. Se trata de grasas adhesivas bituminosas o grasas sintéticas de alta viscosidad con cargas sólidas de grafito o MoS₂, aplicadas por sistema de pulverización automática por boquillas de dosificación periódica o por brocha manual en mantenimiento programado. La consistencia es NLGI 00 a NLGI 0, con punto de goteo superior a 200 °C para resistir la temperatura de contacto bajo carga.
Adhesividad: el lubricante debe resistir la centrifugación
La velocidad periférica de los dientes de un gran engranaje de molino puede superar los 5 m/s. Sin adhesividad suficiente, el lubricante sería proyectado hacia el exterior por la fuerza centrífuga antes de cumplir su función. Los adhesivos bituminosos (asfalto industrial de alta viscosidad) y los polímeros de alto peso molecular (poliisobutileno, PIB) son los que garantizan la permanencia del lubricante en el flanco del diente durante el ciclo de contacto. El equivalente ISO VG superaría los VG 2000, fuera de la escala estándar.
Norma de referencia: AGMA 9005-F16, Sección 11
La sección 11 de la norma AGMA 9005-F16 define los requisitos de lubricación para engranajes abiertos, incluyendo los métodos de aplicación, la frecuencia de lubricación en función de la velocidad y la carga, y los requisitos mínimos de adhesividad. Los fabricantes de molinos de bola (FLSmidth, Metso Outotec, ThyssenKrupp Industrial Solutions) especifican el tipo de lubricante y el caudal de pulverización en el manual de mantenimiento de cada instalación.
El lubricante de engranaje abierto no es intercambiable con ningún aceite CLP
Un error frecuente en mantenimiento es intentar lubricar engranajes abiertos con aceite CLP VG 1000 en lugar del lubricante adhesivo correcto. El aceite fluye fuera de la zona de contacto por gravedad y centrifugación en segundos. El engranaje abierto requiere un lubricante formulado específicamente con polímeros adhesivos o bitumen que mantenga su posición en el flanco del diente durante todo el arco de contacto, independientemente de la velocidad y la orientación.
Reductores planetarios y epicicloidales: alta densidad de potencia, aceite sintético
Los reductores planetarios (sol, satélites y corona epicicloidal) son la solución de referencia cuando se necesita una alta relación de reducción en un volumen compacto. Se usan en extrusoras, mezcladores, cintas transportadoras de alta carga, molinos verticales (VRM) y aerogeneradores. Su diseño compacto implica temperaturas de aceite más elevadas que en reductores de ejes paralelos de igual potencia, lo que hace del aceite sintético la elección técnica correcta para la mayoría de aplicaciones de servicio pesado.
Alta relación potencia/volumen → temperatura crítica
Los reductores planetarios y epicicloidales presentan una densidad de potencia muy superior a los reductores de ejes paralelos del mismo tamaño. La temperatura de trabajo del aceite en un reductor planetario de servicio pesado (factor de servicio KA > 1,5) puede alcanzar los 80–90 °C en régimen continuo, lo que favorece el uso de aceite sintético PAO en lugar de mineral para mantener la viscosidad dentro del rango operativo.
CLP PAO VG 220–320: el estándar para reductores planetarios de servicio pesado
El aceite CLP sintético PAO VG 220–320 es la especificación más habitual en reductores planetarios de servicio pesado (extrusoras, mezcladores, cintas transportadoras de alta carga). A 80 °C de temperatura de aceite, un PAO VG 320 mantiene una viscosidad de 46–55 mm²/s, adecuada para lubricación EHD de los engranajes planetarios. El intervalo de cambio con PAO es de 4.000–6.000 horas frente a las 2.000–3.000 horas del aceite mineral equivalente.
Compatibilidad de sellados con aceite PAO
Los reductores planetarios usan sellados de labio de NBR (nitrilo butadieno) o FKM (fluoroelastómero). El aceite PAO no causa hinchamiento en FKM, pero puede causar contracción leve en algunos compuestos NBR convencionales. Verificar con el fabricante del reductor antes de sustituir mineral por PAO. Los reductores de marcas europeas (Brevini, Bosch Rexroth, Bonfiglioli) suelen especificar compatibilidad PAO en sus manuales de servicio.
Nivel de llenado: sumergido hasta la mitad del engranaje central
El nivel de llenado de un reductor planetario de eje horizontal es crítico. El llenado excesivo genera agitación de aceite con pérdida de potencia por resistencia viscosa y calentamiento excesivo. El llenado insuficiente deja los satélites sin lubricación. El nivel correcto sitúa el engranaje central sumergido hasta su eje de rotación. Verificar siempre con el tapón de nivel en caliente (temperatura de operación) y no en frío, pues la dilatación térmica eleva el nivel aparente.
Lubricación de rodamientos dentro del reductor: el compromiso de viscosidad
En la mayoría de reductores industriales, el mismo aceite lubrica simultáneamente los engranajes y los rodamientos del eje de entrada y del eje de salida. Este diseño simplifica el mantenimiento, pero obliga a un compromiso de viscosidad que no es óptimo para ninguno de los dos componentes por separado.
Exigencia del engranaje: alta viscosidad
Los engranajes helicoidales de alta carga (K > 2) piden viscosidades ISO VG 320–460 para garantizar el film EHD mínimo en el flanco del diente a la temperatura de operación. A 70 °C de temperatura de aceite, un CLP VG 320 tiene una viscosidad de 40–50 mm²/s, adecuada para la carga Hertz de la mayoría de reductores industriales estándar.
Exigencia del rodamiento de alta velocidad: viscosidad moderada
Los rodamientos del eje de entrada (alta velocidad) trabajan mejor con viscosidades de 15–32 mm²/s a temperatura de operación. Un aceite CLP VG 320 a 70 °C tiene ~45 mm²/s — sobradamente viscoso para el rodamiento, lo que genera calor adicional por agitación. En reductores de alta velocidad de entrada, este exceso de viscosidad se acepta como el coste del sistema de lubricación único.
Solución para reductores de eje de salida lento y carga radial alta
En reductores con eje de salida muy lento (velocidad por debajo de 10 rpm) y carga radial elevada, los rodamientos de rodillos cilíndricos o de rodillos cónicos del eje de salida requieren una viscosidad superior a la óptima para el engranaje. En estas aplicaciones, algunos fabricantes de reductores de gran tamaño (Flender, David Brown, Renk) optan por lubricación independiente: grasa de litio complejo o aceite circulante exclusivo para los rodamientos del eje de salida, con aceite CLP en el cárter de engranajes. El diseño específico del reductor determina si esta solución es factible.
Aditivos EP: cuándo son imprescindibles y cuándo resultan perjudiciales
Los aditivos de extrema presión (EP) son el elemento diferenciador más importante en un aceite de engranaje industrial. Su función es proteger los flancos del diente en condiciones de presión Hertz tan elevada que el film EHD se rompe y se produce contacto metálico directo. Pero los aditivos EP son reactivos por naturaleza, y esa reactividad tiene consecuencias indeseadas cuando el reductor contiene componentes de aleación de cobre.
Cuándo los aditivos EP son necesarios
Los aditivos EP basados en azufre-fósforo (S-P) se activan a temperaturas de contacto Hertz de 150–200 °C, formando una capa de sacrificio de sulfuro de hierro que protege los flancos del engranaje del daño adhesivo (scuffing). Son necesarios en engranajes de alta carga donde el factor de carga K supera 3 según ISO 6336, en reductores de laminadoras, trituradoras y molinos con cargas de impacto, y en cualquier aplicación donde la presión de contacto Hertz supere los 700 MPa.
Cuándo los aditivos EP son perjudiciales
Los aditivos azufre activos (azufre elemental o sulfuros de bajo peso molecular) atacan las aleaciones de cobre: bronce, latón, y los rodamientos de jaula de bronce presentes en reductores de alta precisión. Para reductores con ruedas de corona de bronce (tornillo sinfín), bujes de bronce o rodamientos de jaula de bronce, usar aceite CLP con aditivos azufre pasivos o aceite R&O sin EP. Algunos fabricantes de servomotores prohíben explícitamente el uso de aceite EP en sus reductores de alta precisión.
Distinción entre azufre activo y azufre pasivo
No todos los aditivos de azufre son igualmente corrosivos. El azufre activo (termolábil, libera azufre elemental a bajas temperaturas) es el que corroe el cobre y sus aleaciones. El azufre pasivo (termoestable, como los polisulfuros de alta temperatura de activación) no libera azufre elemental a temperatura de operación normal y es compatible con aleaciones de cobre. El test de la lámina de cobre (ASTM D130, 100 °C 3 h) con resultado ≤ 1b confirma que el aceite tiene azufre pasivo no corrosivo.
Análisis de aceite de engranajes: mantenimiento basado en condición
El análisis periódico de aceite es la herramienta más eficiente para gestionar la vida útil del aceite de engranaje y detectar averías en fase incipiente. A diferencia del cambio de aceite por tiempo fijo, el mantenimiento basado en condición (CBM) permite extender el intervalo cuando el aceite está en buen estado y actuar antes de que una avería incipiente se convierta en fallo catastrófico.
| Parámetro | Método | Umbral de alerta | Acción recomendada |
|---|---|---|---|
| Viscosidad cinemática a 40 °C | ASTM D445 | ±15% del valor de referencia | Cambio de aceite o investigación de contaminación |
| TAN — Número Ácido Total | ASTM D664 | >2–3 mg KOH/g (engranaje) / >1 mg KOH/g (PAO) | Cambio inmediato — oxidación avanzada |
| Contenido de agua (Karl Fischer) | ASTM D6304 | >0,1% (1.000 ppm) | Riesgo de corrosión y emulsificación — drenar y rellenar |
| Partículas de hierro (Fe) — espectrometría | ASTM D5185 | >150 ppm (alerta) / >400 ppm (crítico) | Indica desgaste de engranaje o rodamiento de acero |
| Partículas de cobre (Cu) — espectrometría | ASTM D5185 | >50 ppm | Desgaste de rodamiento de jaula de bronce o buje |
| Partículas de silicio (Si) | ASTM D5185 | >20 ppm (incremento rápido) | Entrada de contaminación abrasiva — revisar sellados |
Ferrografía analítica: diagnóstico de modo de fallo
La espectrometría de emisión atómica (ICP) detecta la presencia de metales en el aceite, pero no la morfología de las partículas. La ferrografía analítica complementa el análisis espectral estudiando la forma y el tamaño de las partículas: partículas laminares grandes indican fatiga de flanco (pitting incipiente); partículas esféricas finas indican desgaste adhesivo suave; partículas cortantes angulosas indican abrasión por contaminante externo. La ferrografía permite identificar el modo de fallo antes de que el daño sea irreparable.
Intervalos de análisis y de cambio según tipo de aceite
Mineral CLP
Semestral (crítico) / Anual (estándar)
Cambio: 2.000–4.000 h
PAO sintético CLP
Anual (crítico) / 18 meses (estándar)
Cambio: 6.000–10.000 h
PAG worm (CLP PG)
Anual
Cambio: 8.000–12.000 h
El intervalo de cambio basado en tiempo fijo es subóptimo
Un reductor de conveyor de bajo ciclo de trabajo con aceite mineral CLP VG 220 puede tener el aceite en perfecto estado a las 3.000 horas si opera a temperatura moderada y el sellado es bueno. Al mismo tiempo, otro reductor del mismo tipo en ambiente caluroso con alta temperatura de aceite puede necesitar cambio a las 1.200 horas. El análisis de aceite semestral con los seis parámetros de la tabla anterior cuesta menos del 2 % del coste de un cambio de aceite innecesario, y puede evitar un fallo catastrófico de 10.000 € o más.
Tabla comparativa: CLP mineral, PAO, PAG y éster sintético
La selección entre las cuatro familias de aceites de engranaje industrial depende de la aplicación, el presupuesto y los requisitos de intervalo de mantenimiento. La tabla siguiente resume los parámetros técnicos y económicos más relevantes para la toma de decisión.
| Tipo | Viscosidades | T° máx. aceite | Intervalo cambio | Worm gear | EP | Precio | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CLP mineral | VG 68–1000 | 80–90 °C aceite | 2.000–4.000 h | No recomendado | Compatible (con S-P pasivo) | Bajo | Reductores estándar, carga media |
| CLP PAO sintético | VG 68–680 | 100–110 °C aceite | 6.000–10.000 h | No — aún caliente en desliz. | Compatible | Alto | Planetarios, alta temperatura, intervalos largos |
| CLP PAG (polialquilenglicol) | VG 150–680 | 110–120 °C aceite | 8.000–12.000 h | Sí — solución óptima | Sin EP (baja fricción suficiente) | Alto | Tornillo sinfín, alta eficiencia, baja temperatura |
| CLP éster sintético | VG 100–460 | 100–115 °C aceite | 6.000–8.000 h | Parcial — depende del éster | Compatible | Muy alto | Marina, alimentario NSF H1, temperatura extrema |
Conclusión: la selección del aceite de engranaje es una decisión de ingeniería, no de compras
Un aceite de engranaje industrial nunca debe seleccionarse únicamente por precio o por disponibilidad del proveedor local. La combinación de viscosidad ISO VG, tipo de base (mineral, PAO, PAG), presencia y tipo de aditivos EP, y compatibilidad con los materiales del reductor (sellados, rodamientos de jaula, ruedas de bronce) determina si el aceite protegerá el equipo durante años o si lo degradará en meses.
Los tres errores más costosos en lubricación de engranajes industriales son: usar aceite mineral en un reductor de tornillo sinfín en lugar de PAG (temperatura excesiva, vida del aceite dividida entre 3 y 5); usar aceite EP activo en un reductor con corona de bronce (corrosión del cobre en semanas); y seleccionar una viscosidad demasiado baja para la velocidad de pitch real del engranaje (pitting prematuro de los flancos). Los tres son errores documentados en los modos de fallo más frecuentes de reductores industriales según las estadísticas de la AGMA.
El análisis de aceite periódico — semestral para equipos críticos, anual para aplicaciones estándar — convierte la lubricación de engranajes en una disciplina predictiva en lugar de reactiva. El coste del análisis es siempre inferior al coste de la avería que previene.
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