El horno rotativo de cemento es el sistema industrial con el gradiente térmico más extremo que existe: de los 1.450 °C del clínker en el interior hasta los 20-40 °C del ambiente en el exterior, en una carcasa metálica de 4-8 metros de diámetro y 50-90 metros de longitud. La lubricación en este entorno no puede basarse en los criterios habituales de temperatura de trabajo: cada punto de lubricación tiene una temperatura diferente y una función diferente. El error de lubricación más costoso en cementera es usar grasa convencional en rodamientos de ventiladores del precalentador a 250 °C — el rodamiento falla en horas y una parada del horno de cemento cuesta 50.000-200.000 € al día en producción perdida.
Corona abierta del horno: grasa adhesiva bituminosa o Ca-sulfonato NLGI 0-1
La corona de engranaje abierta (open gear ring) es el engranaje de mayor diámetro de toda la industria: en hornos de producción media (3.000-5.000 t/día de clínker) tiene un diámetro de 8-14 metros, con módulo de diente de 30-50 mm y material de acero fundido de alta resistencia. El piñón de accionamiento (pinion) engrana con la corona y transmite la potencia del reductor principal al horno. El sistema de lubricación de la corona abierta es el más específico de toda la industria cementera.
Temperatura de trabajo: clínker a 1.450 °C, carcasa del horno a 300-400 °C
El horno rotativo de clinkerización calienta la mezcla de caliza, arcilla y correctores hasta 1.450 °C en la zona de cocción (burning zone). La temperatura exterior de la carcasa metálica del horno en la zona de cocción oscila entre 250 y 450 °C en condiciones normales (por encima de 450 °C se habla de mancha caliente, hot spot, que indica desprendimiento del revestimiento refractario). La corona de engranaje abierta (open gear) está montada en la carcasa del horno, normalmente en la zona intermedia (precalentamiento), donde la temperatura exterior es de 150-250 °C. Esta temperatura es la referencia para seleccionar el lubricante de la corona.
Grasa adhesiva bituminosa para corona abierta: viscosidad alta y tackifier térmico
La grasa bituminosa para corona abierta (open gear compound, bitumen-based) es un lubricante semifluido de muy alta viscosidad (análogo a VG 3.000-8.000) formulado con betún oxidado, aceite mineral de alta viscosidad y grafito coloidal o bisulfuro de molibdeno (MoS₂) como sólido lubricante. La presencia del sólido lubricante (grafito o MoS₂) es imprescindible: en la corona abierta de un horno rotativo, cuando el lubricante fluye por gravedad durante las paradas, el sólido lubricante queda depositado en los flancos de los dientes y proporciona protección EP en el arranque en frío, antes de que el aceite base recubra de nuevo la superficie.
Grasa Ca-sulfonato NLGI 0-1 para corona abierta: alternativa al bituminoso en clima frío
En instalaciones con temperaturas ambientes frías (inferiores a 10 °C) o en hornos con sistema de aplicación por spray, la grasa adhesiva de Ca-sulfonato NLGI 0 o NLGI 1 (semifluida) es la alternativa moderna al compuesto bituminoso. La grasa Ca-sulfonato para open gear contiene grafito coloidal (3-5% en peso) y tiene una viscosidad de aceite base de 460-1.500 mm²/s a 40 °C, con tackifier polimérico para la adhesión al diente. La ventaja sobre el bituminoso es la mayor facilidad de bombeabilidad a baja temperatura, la menor tendencia a formar depósitos carbonizados en la zona caliente del diente y la compatibilidad con los sistemas de aplicación automática por bomba.
Sistema de aplicación: spray intermitente vs aplicación por brocha manual
La aplicación de lubricante de corona abierta en hornos rotativos modernos se realiza mediante un sistema de spray automático: una bomba de alta viscosidad alimenta un inyector que pulveriza el lubricante sobre la cara del diente en un ciclo programado (normalmente una aplicación cada 1-3 revoluciones del horno). En hornos de diseño antiguo, la lubricación se realiza manualmente con brocha o espátula durante las paradas planificadas. La lubricación manual es inferior porque es difícil garantizar una cobertura uniforme de todos los dientes y la frecuencia de aplicación es insuficiente para evitar el desgaste adhesivo en funcionamiento continuo.
Bituminoso vs Ca-sulfonato: factores de decisión
El compuesto bituminoso es la solución tradicional con décadas de uso en coronas de hornos de cemento. Sus limitaciones son: difícil bombeo a temperatura inferior a 15 °C (requiere calentamiento del sistema de spray), tendencia a formar depósitos carbonizados si se aplica en exceso en la zona caliente del diente, y dificultad de limpieza en mantenimiento. La grasa Ca-sulfonato NLGI 0-1 con grafito colidal ha demostrado en instalaciones FLSmidth y Holcim una reducción del consumo de lubricante del 20-35% respecto al bituminoso con el mismo sistema de spray, gracias a su mejor cobertura del flanco del diente.
Bandas de apoyo y rodillos: aceite VG 320-460 y problema de holgura banda-carcasa
Las bandas de apoyo son los elementos de contacto mecánico más críticos del horno rotativo desde el punto de vista estructural. Un horno de 80 metros de longitud y 5 metros de diámetro puede tener 3-4 estaciones de apoyo (riding stations), cada una con una banda y dos rodillos. El desgaste no uniforme de las bandas y los rodillos (diferencial de velocidad periférica, desalineación de los rodillos) es la principal causa de paradas no planificadas por mantenimiento mecánico en cementeras.
Bandas de apoyo (riding rings / tyres): tribología de contacto acero-acero bajo alta carga
Las bandas de apoyo (riding rings, también llamadas tyres) son anillos de acero fundido de alta resistencia (acero 42CrMo4 tratado térmicamente) que rodean el cuerpo del horno y apoyan sobre los rodillos de apoyo (support rollers). El contacto es acero-acero bajo una carga de presión de contacto de 50-200 MPa (presión Hertziana), con velocidad periférica de 0,3-0,8 m/s en hornos de producción media. El régimen de lubricación es mixto (entre límite e hidrodinámico), lo que exige un lubricante con tanto viscosidad suficiente (para componente hidrodinámica) como aditivos EP (para la componente de lubricación límite).
Aceite VG 320-460 para bandas de apoyo: viscosidad alta para presión Hertziana
El aceite para la lubricación de las bandas de apoyo y los rodillos de apoyo de hornos rotativos de cemento es un aceite CLP EP de viscosidad alta: ISO VG 320 para hornos con temperatura exterior de banda inferior a 80 °C y VG 460 para hornos con temperatura de banda superior a 80 °C. El aceite se aplica mediante un sistema de lubricación por goteo o spray en el punto de contacto entre la banda y el rodillo de apoyo, y debe adherirse suficientemente al acero para no fluir por gravedad fuera del punto de contacto. La adición de tackifier polimérico en el aceite VG 320-460 mejora la adhesión y la cobertura de la zona de contacto.
Grasa grafitada para bandas: alternativa en aplicación manual
En hornos con sistema de lubricación manual de bandas, se utiliza en ocasiones grasa grafitada (aceite base VG 460-680 con grafito coloidal 5-8% y espesante de jabón de calcio o litio) aplicada con brocha o paleta en el borde de la banda durante las paradas de mantenimiento. La ventaja es que la grasa permanece más tiempo en el punto de contacto que el aceite líquido. La desventaja es la dificultad de conseguir una aplicación uniforme en los 360° de la banda sin parar el horno. En hornos con producción de 3.000-5.000 toneladas de clínker por día, una parada programada para lubricación manual de bandas tiene un coste de producción perdida de 15.000-30.000 € por hora.
Holgura banda-boca (tyre migration): problema único de lubricación en hornos Holcim/Heidelberg
Las bandas de apoyo de los hornos rotativos de diseño moderno (hornos de carcasa delgada Polysius, FLSmidth) tienen una holgura diseñada entre la banda y la carcasa del horno (tyre migration o creep). Esta holgura permite que la banda se deslice ligeramente sobre la carcasa por diferencia de temperatura de trabajo. El espacio entre la banda y la carcasa debe lubricarse con una grasa semifluida (NLGI 0-1) que resista la temperatura de la carcasa (200-300 °C en la zona de la banda) y no fluya al exterior por gravedad. El lubricante incorrecto en este espacio (grasa de litio estándar) se oxida y carboniza, formando depósitos sólidos que bloquean el movimiento relativo banda-carcasa y generan tensiones mecánicas en la banda.
Ventiladores del precalentador a 300-400 °C: grasa PFPE vs Ca-sulfonato complejo
La torre de precalentamiento de ciclones de un horno de cemento moderno tiene 4-6 etapas de ciclones. Los ventiladores de tiro inducido (ID fans) que mueven los gases de combustión a través de la torre procesan gases a 300-400 °C. Los rodamientos de estos ventiladores son los componentes de lubricación más exigentes de toda la planta de cemento en términos de temperatura. El fallo de un rodamiento de ventilador del precalentador puede forzar la parada del horno en horas.
Ventiladores del precalentador (ciclones): 300-400 °C — grasa PFPE o alto punto de goteo
Los ventiladores del precalentador de ciclones (preheater fans) de los hornos rotativos de cemento procesan gases a 300-400 °C que salen de los ciclones de la torre de precalentamiento. Los rodamientos de los ventiladores trabajan a temperaturas de 150-250 °C en los alojamientos de los rodamientos más cercanos al flujo de gas caliente. Las grasas convencionales (litio, litio-complejo) tienen un límite de uso continuo de 150-180 °C máximo. Para temperaturas superiores a 200 °C en rodamiento, se requiere grasa de PFPE (Perfluoropolyéter) con espesante de PTFE, que tiene uso continuo hasta 260-280 °C y puntos de goteo superiores a 300 °C.
Alternativas al PFPE: grasa de Ca-sulfonato complejo para temperaturas de 180-220 °C
La grasa de PFPE+PTFE tiene una limitación económica importante: su coste es 50-100 veces superior al de una grasa de litio estándar. Para rodamientos de ventiladores de precalentador a temperatura de 180-220 °C, la alternativa económica es la grasa de Ca-sulfonato complejo con aceite base PAO o éster de alta temperatura. La grasa Ca-sulfonato complejo con aceite PAO tiene temperatura de goteo superior a 300 °C y uso continuo hasta 220-240 °C, con un coste 5-10 veces inferior al PFPE. La elección entre PFPE y Ca-sulfonato complejo depende de la temperatura real del rodamiento y del intervalo de relubricación admisible.
Rodamientos de ventiladores de enfriador de clínker: Ca-sulfonato NLGI 2
Los ventiladores del enfriador de clínker (clinker cooler fans) procesan aire ambiente o ligeramente precalentado (50-150 °C) para enfriar el clínker en el parrillero. La temperatura de los rodamientos de los ventiladores del enfriador es moderada (70-120 °C) comparada con los ventiladores del precalentador. La grasa Ca-sulfonato NLGI 2 con aceite base mineral de alta temperatura (punto de inflamación superior a 230 °C, viscosidad VG 150-220) es adecuada para temperaturas de rodamiento hasta 150 °C. La ventaja del Ca-sulfonato sobre el litio-complejo en este entorno es la resistencia al polvo de clínker alcalino (pH 11-12) y a la humedad de las zonas de enfriamiento por agua.
Comparativa de grasas para rodamientos a alta temperatura en precalentador
| Tipo de grasa | T máx. continua | T de goteo | Coste relativo | Intervalo | Precalentador |
|---|---|---|---|---|---|
| Litio-complejo NLGI 2 estándar | 150 °C | 260 °C | 1× (referencia) | 500–1.000 h | No |
| Ca-sulfonato complejo + PAO NLGI 2 | 200–220 °C | > 300 °C | 5–10× | 1.000–2.000 h | Sí |
| PFPE + PTFE NLGI 2 | 260–280 °C | > 300 °C | 50–100× | 3.000–5.000 h | Sí |
| Siliconada NLGI 2 | 180–200 °C | > 280 °C | 8–15× | 1.000–2.000 h | No |
Reductor de accionamiento y barring drive: CLP EP VG 320 y análisis predictivo
El sistema de accionamiento del horno comprende el motor principal (normalmente AC de velocidad variable con inversor de frecuencia), el reductor principal (500-5.000 kW según tamaño del horno) y el motor auxiliar de posicionamiento (barring drive). Ambos reductores trabajan en condiciones de temperatura moderada pero con par de salida extremadamente elevado y velocidades de salida muy bajas (el horno gira a 0,5-5 rpm en producción normal).
Reductor principal de accionamiento del horno: CLP EP VG 320 con análisis periódico
El reductor de accionamiento del horno rotativo es un engranaje de varios estadios (normalmente helicoidal + cónico o planetario de potencia de 500-5.000 kW según el tamaño del horno) que transmite la potencia del motor al piñón que engrana con la corona abierta del horno. El aceite del reductor es CLP EP VG 320 (ISO 12925-1 CKD o equivalente), con aditivos EP de sulfuro-fósforo y antioxidantes de alta resistencia térmica. La temperatura de trabajo del aceite en el reductor principal del horno es de 60-85 °C en operación normal. El análisis periódico (Fe, Cu ppm y viscosidad) cada 1.000 horas es la herramienta de mantenimiento predictivo más eficiente para los reductores de horno.
Reductor auxiliar (barring drive): aceite CLP EP VG 220 para bajas velocidades
El motor auxiliar de giro lento (barring drive, también llamado motor de posicionamiento o motor de mantenimiento) hace girar el horno a 0,1-0,5 rpm durante las paradas para evitar la deformación de la carcasa por efecto de la temperatura residual. El reductor del barring drive trabaja a velocidades de salida muy bajas, lo que reduce la generación de película hidrodinámica en los engranajes. Se utiliza aceite CLP EP VG 220 con alto contenido en aditivos EP para asegurar la lubricación límite a velocidad de salida casi nula.
Análisis de aceite del reductor principal: Fe y Cu como indicadores de desgaste prematuro
En el reductor principal del horno, un incremento de Fe superior a 30 ppm respecto al análisis anterior (a igual número de horas de operación) indica inicio de desgaste adhesivo en los engranajes o los rodamientos del eje de salida. Un incremento de Cu superior a 10 ppm indica desgaste de jaulas de cobre de los rodamientos. El análisis de tendencia (no el valor absoluto aislado) es la información relevante: un valor de 80 ppm de Fe estable durante 5 análisis consecutivos indica desgaste normal; el mismo valor de 80 ppm que era 20 ppm en el análisis anterior indica desgaste acelerado que requiere inspección.
Tabla completa de puntos de lubricación del horno rotativo de cemento
La tabla siguiente recoge todos los puntos de lubricación críticos de un horno rotativo de cemento con torre de precalentamiento de ciclones, incluidos los equipos auxiliares más importantes. Los intervalos son referencias para producción continua 24/7; en producción discontinua o con análisis de aceite, pueden ampliarse.
| Punto de lubricación | Temperatura trabajo | Lubricante | Especificación clave | Intervalo |
|---|---|---|---|---|
| Corona abierta del horno (open gear) | 150–250 °C (carcasa en zona de corona) | Grasa adhesiva bituminosa con grafito / Ca-sulfonato NLGI 0-1 | Viscosidad aceite base VG 460–1.500 · Grafito 3-5% | Continuo por spray automático (1 aplic./1-3 rev.) |
| Banda de apoyo (riding ring) sobre rodillos | 80–150 °C (temperatura de contacto) | Aceite CLP EP adhesivo VG 320–460 o grasa grafitada | Tackifier polimérico · EP sulfuro-fósforo · Adhesión ≥ 60 s | Sistema goteo continuo o manual cada 500 h |
| Holgura banda-carcasa (tyre migration gap) | 200–300 °C | Grasa semifluida NLGI 0 resistente a alta temperatura | Tgoteo > 300 °C · No carboniza a 300 °C · Bombeadle | Cada parada planificada (3-6 meses) |
| Rodillos de apoyo y rodillos de empuje | 60–120 °C (temperatura de cojinete) | Aceite CLP EP VG 320 o grasa litio-complejo NLGI 2 | FZG ≥ 12 · VI ≥ 95 · Tgoteo > 250 °C (grasa) | Aceite: 2.000-4.000 h · Grasa: 500-1.000 h |
| Rodamientos ventilador precalentador (300-400 °C gas) | 180–260 °C (temperatura de cojinete) | Grasa PFPE+PTFE o Ca-sulfonato complejo PAO NLGI 2 | Uso continuo ≥ 260 °C (PFPE) / ≥ 220 °C (Ca-sulf.) | 1.000–2.000 h (Ca-sulf.) / 3.000–5.000 h (PFPE) |
| Rodamientos ventilador enfriador de clínker | 70–120 °C (temperatura de cojinete) | Grasa Ca-sulfonato NLGI 2 aceite base VG 150-220 | pH 11-12 resistente · Tgoteo > 300 °C | 500–1.000 h según temperatura |
| Reductor principal de accionamiento | 60–85 °C (temperatura de aceite) | Aceite CLP EP VG 320 (ISO 12925-1 CKD) | FZG ≥ 12 · Análisis Fe/Cu/viscosidad cada 1.000 h | 4.000-6.000 h o según análisis |
| Reductor auxiliar (barring drive) | 40–70 °C | Aceite CLP EP VG 220 | EP a velocidad casi nula · FZG ≥ 12 | 2.000-4.000 h |
| Ventiladores del molino de crudo / carbón | 60–100 °C (rodamiento) | Grasa litio-complejo EP NLGI 2 o Ca-sulfonato NLGI 2 | Resistencia polvo de carbón (antichispa) · Tgoteo > 250 °C | 500–1.000 h |
| Reductores de cintas transportadoras de clínker caliente | 50–80 °C (temperatura ambiente elevada) | Aceite CLP EP VG 220-320 | Estabilidad térmica · VI ≥ 95 | 2.000-4.000 h |
| Rodamientos del molino de bolas (cemento) | 50–80 °C | Grasa litio-complejo EP NLGI 2 o sistema de aceite circulante VG 68 | Carga radial alta · Sistema centralizado de lubricación | Grasa: 500 h / Aceite: análisis periódico |
Coste de parada no planificada de un horno de cemento de 3.000 t/día
Un horno de cemento de 3.000 toneladas de clínker por día con un precio de clínker de 40-60 €/tonelada tiene un ingreso bruto de producción de 120.000-180.000 €/día. Una parada no planificada de 24 horas por fallo de rodamiento de ventilador del precalentador (evitable con la grasa correcta) significa pérdida de ingreso de 120.000-180.000 €, más el coste de reparación (rodamiento, extracción, instalación: 8.000-25.000 €), más el coste de reinicio del horno (combustible para calentar desde frío: 15.000-40.000 €). Un cartucho de grasa PFPE de 400 g cuesta 80-150 €. La relación coste-beneficio de usar el lubricante correcto en rodamientos críticos de alta temperatura es uno de los más claros de toda la industria.
FILLCORE INDUSTRIAL: envasado de lubricantes para industria cementera
La industria cementera necesita lubricantes en formatos industriales adaptados a los distintos puntos de aplicación: bidones de 208 L para el aceite de reductores y el aceite de bandas de apoyo, IBC de 1.000 L para el aceite ISO VG 220 del sistema de circulación forzada de trituradoras de clínker, cubos de 5-18 kg para las grasas de rodamientos de ventiladores y cartuchos de 400 g para la relubricación de puntos de engrase individuales.
En FILLCORE INDUSTRIAL envasamos grasa adhesiva para corona abierta en envases de 20-180 kg preparados para sistemas de spray automático, aceite CLP EP VG 320 para reductores en bidón de 208 L, grasa Ca-sulfonato NLGI 2 para ventiladores de enfriador en cubo de 18 kg y cartucho de 400 g, y aceite VG 320-460 adhesivo para bandas de apoyo en bidón de 208 L. Cada lote incluye Certificado de Análisis con viscosidad, punto de goteo y trazabilidad del aceite base.
Lo que FILLCORE envasa para plantas de cemento y clínker
Grasa adhesiva bituminosa con grafito para corona abierta — envase 20-180 kg
Grasa Ca-sulfonato NLGI 0-1 open gear con grafito — envase 20-180 kg
Aceite CLP EP VG 320-460 adhesivo para bandas de apoyo — bidón 208 L
Aceite CLP EP VG 320 para reductor de accionamiento — bidón 208 L / IBC 1.000 L
Grasa Ca-sulfonato NLGI 2 para ventiladores enfriador — cartucho 400 g / cubo 18 kg
Grasa Ca-sulfonato complejo PAO NLGI 2 para ventiladores precalentador (180-220 °C) — cartucho 400 g
Grasa PFPE+PTFE NLGI 2 para ventiladores precalentador (220-280 °C) — cartucho 400 g
Aceite CLP EP VG 220 para barring drive — bidón 208 L / garrafa 20 L
¿Necesitas lubricantes para horno rotativo en formato industrial con CoA?
Envasamos grasas para corona abierta, aceites VG 320-460 para bandas de apoyo, grasa PFPE para ventiladores a alta temperatura y aceites CLP EP para reductores de horno. Entrega en planta cementera con documentación técnica completa.