Lubricantes para la industria ferroviaria:
bogies AVE, reductoras de tracción y sistemas de alta velocidad
Los trenes de alta velocidad AVE, ICE y TGV operan a más de 300 km/h sometiendo sus componentes a condiciones tribológicas extremas: rodamientos de bogie con cargas de eje de hasta 17 t, reductoras de tracción con pares de hasta 3.000 Nm y motores eléctricos expuestos a corrientes parásitas EDM. La selección incorrecta del lubricante puede provocar fallos catastróficos con consecuencias en la seguridad operacional.
La lubricación ferroviaria en alta velocidad es una disciplina que combina tribología de precisión, resistencia química y cumplimiento de normativas propietarias de cada operador. A diferencia de la maquinaria industrial estática, el material rodante ferroviario debe mantener sus lubricantes en condiciones óptimas durante intervalos de hasta 120.000 km sin posibilidad de intervención intermedia, en entornos de temperatura que oscilan entre -20 °C en invierno alpino y +60 °C en verano en el interior del bogie.
Este artículo cubre en profundidad los principales sistemas de lubricación del material rodante ferroviario: desde los rodamientos de caja de grasa (axlebox bearings) en el bogie, hasta las reductoras de tracción, los motores eléctricos con protección ante corrientes EDM, los sistemas de freno de disco y zapata, los pantógrafos de captación de corriente, los acopladores automáticos y las puertas correderas de acceso.
Se incluyen las aprobaciones propietarias de operadores como Deutsche Bahn (DB), SNCF, Renfe y la normativa de la Unión Internacional de Ferrocarriles (UIC), así como los estándares de fabricantes de rodamientos SKF y Timken que definen las especificaciones de grasa para sus unidades de bogie selladas.
Contenido del artículo
- Bogies de trenes de alta velocidad: rodamientos de caja de grasa (axlebox bearings)
- Reductoras de tracción: aceites sintéticos EP ISO VG 150-220
- Motores de tracción eléctricos: resistencia a corrientes EDM
- Pantógrafos y toma de corriente: lubricación conductora y aislante
- Frenos de disco: actuadores de pinza y aceite hidráulico ferroviario
- Frenos de zapata: lubricación del pivote y zapatas composite
- Sistema de basculación hidráulica: trenes Talgo y Pendolino
- Acopladores automáticos y puertas de acceso
- Tabla comparativa: normativas, lubricantes y parámetros operacionales
- Mantenimiento en depósito y análisis de grasa
1. Bogies de alta velocidad: rodamientos de caja de grasa (axlebox bearings)
Los rodamientos de caja de grasa en bogies de trenes AVE, ICE y TGV son rodamientos de rodillos cónicos o cilíndricos de doble hilera sellados, diseñados para operar durante 60.000 a 120.000 km sin recarga de grasa. En el AVE Serie 103 (Siemens Velaro E) la carga por eje es de 17 t, con velocidades de rotación del eje que alcanzan las 900 rpm a 350 km/h. Los rodamientos empleados son típicamente de la familia SKF TBU (Tapered Bearing Unit) o Timken AP (Advanced Precision) sellados de fábrica.
Grasa SKF LGEP2 (aprobación SKF)
Grasa de jabón de litio-calcio NLGI 2 con aditivos EP. Aprobada por SKF para sus unidades TBU. Base aceite mineral ISO VG 130. Temperatura de trabajo -20 °C a +110 °C. Factor de velocidad DN hasta 600.000 (diámetro mm × rpm). Resistencia al agua excelente: pérdida en IP 121 inferior al 3%.
Grasa Timken 3752 (aprobación Timken)
Grasa de jabón de litio complejo NLGI 2, específicamente formulada por Timken para sus unidades AP. Temperatura de trabajo -30 °C a +120 °C. Excelente resistencia a cargas de choque (impacto en cambios de aguja). Aprobación propietaria Timken Railway Grease Specification. Contiene inhibidores de corrosión para ambientes costeros con salinidad.
Temperatura de operación
Rango de diseño: -20 °C (invierno centroeuropeo, Pirineos) a +60 °C (temperatura interna del bogie en verano mediterráneo). Las alarmas de temperatura de rodamiento en el sistema HOTBOX detector se disparan a +80 °C. Por encima de +100 °C el aceite base sangra (exuda) aceleradamente.
Detección de sobretemperatura: sistema HOTBOX trackside
Las redes ferroviarias de alta velocidad disponen de detectores HOTBOX instalados en la vía que escanean con cámaras infrarrojas los rodamientos de todos los ejes al paso del tren. Si se detecta una temperatura diferencial de más de +40 °C respecto a la media del tren, se genera una alarma y el tren debe reducir velocidad y parar en la próxima estación para inspección. Un fallo de lubricación en el axlebox puede provocar gripado del rodamiento y descarrilamiento.
2. Reductoras de tracción: aceites sintéticos EP ISO VG 150-220 base PAO
La reductora de tracción (traction gearbox) transmite el par del motor eléctrico al eje de ruedas. En un tren AVE de última generación, cada eje motriz lleva una reductora que puede transmitir hasta3.000 Nm de par con una relación de reducción típica de 3:1 a 6:1. Los engranajes son helicoidales o de doble hélice (Herringbone) de acero cementado y rectificado con tolerancias de calidad ISO 5-6. El aceite debe proporcionar película hidrodinámica en los flancos del engranaje incluso durante la aceleración de alta velocidad.
2.1 Especificación del aceite
| Parámetro | Valor requerido | Norma de ensayo |
|---|---|---|
| Viscosidad cinemática a 40 °C | 150-220 cSt (ISO VG 150 o VG 220) | ISO 3104 |
| Viscosidad cinemática a 100 °C | 18-25 cSt | ISO 3104 |
| Índice de viscosidad | ≥ 150 (base PAO) | ISO 2909 |
| Punto de fluidez | ≤ -45 °C (operación en invierno alpino) | ISO 3016 |
| Punto de inflamación (COC) | ≥ 230 °C | ISO 2592 |
| Clasificación EP | DIN 51517-3 CLP o AGMA 9005-F16 EP | FZG A/8.3/90: sin fallo hasta carga 12 |
| Estabilidad oxidativa (TOST) | ≥ 3.000 h sin lodos ni sedimentos | ASTM D943 |
| Compatibilidad con juntas NBR/FKM | Sin hinchamiento superior al 5% a 100 °C | ISO 6072 |
| Aprobaciones propietarias | Voith GmbH, Bombardier (Alstom), Siemens | Fichas técnicas propietarias |
2.2 Por qué base PAO y no aceite mineral
Ventajas del PAO en reductora de tracción
- → Índice de viscosidad > 150: menor pérdida de viscosidad en caliente
- → Punto de fluidez hasta -50 °C: arranque en frío sin riesgo de daño
- → Resistencia a la oxidación 3-5x superior al mineral
- → Menor coeficiente de fricción interna: ahorro energético 1-3%
- → Compatibilidad con sellados de alta calidad FKM/PTFE
- → Intervalo de cambio hasta 500.000 km vs. 150.000 km mineral
Aprobaciones propietarias clave
- → Voith: Diivol series para reductoras Voith turbo
- → Alstom (ex-Bombardier): especificación interna BO 6007
- → Siemens: SN 40600047 para Velaro/ICE 3
- → CAF: especificación técnica propia para Civity/Oaris
- → Stadler: especificación FLIRT/Giruno
- → Talgo: aprobación interna para Avril/Talgo 350
Monitorización por análisis de aceite en servicio
Los talleres de mantenimiento ferroviario de alta velocidad (TMAV) realizan análisis de aceite de reductora cada 60.000 km mediante espectroscopía ICP-OES para detectar metales de desgaste: Fe (engranajes), Cu (jaulas de rodamiento de bronce), Pb/Sn (lagrimeo de metal antifricción). Un incremento de Fe superior a 50 mg/kg respecto al análisis anterior indica desgaste acelerado y requiere inspección visual interna de la reductora.
3. Motores de tracción eléctricos: resistencia a corrientes EDM
Los motores de tracción eléctricos modernos son motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) o asíncronos de inducción controlados por inversores de frecuencia (IGBT). Estos inversores generan corrientes parásitas de alta frecuencia —denominadas corrientes EDM (Electrical Discharge Machining)— que pueden fluir a través de los rodamientos del motor si no existe protección adecuada.
Daño por corriente EDM en rodamientos
Las corrientes EDM que circulan por el rodamiento provocan descargas eléctricas microscópicas en los puntos de contacto rodillo-pista. Estas descargas generan cráteres de fusión de 10-100 µm que producen un patrón de daño conocido como fluting (acanalado) en la pista exterior. El rodamiento puede fallar en menos de 500 horas de operación cuando la corriente EDM supera 1 A RMS en el rodamiento.
3.1 Estrategias de protección y lubricación
Rodamiento con aislamiento eléctrico
Solución constructiva: recubrimiento de alúmina (Al₂O₃) sobre la pista exterior o sobre el manguito del rodamiento. Resistencia de aislamiento > 1 GΩ a 500 VDC. La grasa empleada puede ser estándar de Li NLGI 2-3 ya que el aislamiento está en el propio rodamiento.
- → SKF INSOCOAT o Hybrid (bolas de Si₃N₄)
- → FAG Insulated bearing (Vacrodur)
- → Temperatura: -30 °C a +120 °C
- → NLGI 2-3, Li complejo, VI 140+
Grasa conductiva (para cierre de circuito)
En diseños donde la corriente de retorno debe circular por el eje hacia el bogie, se utiliza una grasa conductiva con partículas de grafito o plata coloidal en el rodamiento de carga. El objetivo es proporcionar un camino de baja resistencia para la corriente de retorno sin generar daño por arco.
- → Base: aceite sintético PAO, espesante Li o Ca
- → Aditivo: grafito coloidal 10-20% o Ag 5%
- → Resistividad: 10-100 Ω·cm
- → Temperatura: -20 °C a +130 °C
Diagnóstico de daño EDM por análisis de grasa
El daño por EDM produce partículas metálicas de Fe esféricas submicrónicas visibles al microscopio electrónico. El análisis de grasa por PQ (Particle Quantifier) Index o por ferrografía analítica puede detectar estas partículas esféricas, que son diagnóstico de daño eléctrico y no de desgaste mecánico abrasivo. Un PQ Index elevado con morfología esférica de partículas en motor de tracción debe alertar sobre corrientes EDM.
4. Pantógrafos y toma de corriente: lubricación conductora y aislante
El pantógrafo es el sistema de captación de corriente que conecta el tren con la catenaria. Trabaja bajo tensiones de 25 kV AC en alta velocidad o 3 kV DC en ferroviario convencional español. El patín de captación (contact strip) roza sobre el hilo de contacto de la catenaria a velocidades de hasta 350 km/h, generando un contacto dinámico de alta energía con fuerzas de contacto de 60-120 N.
Articulaciones del brazo del pantógrafo
Los pivotes y articulaciones del brazo necesitan grasa resistente a la intemperie, vibraciones y ciclos térmicos extremos. Especificación habitual: grasa Li NLGI 2 con aditivo EP, resistente al agua (IP 121 pérdida < 5%), temperatura -30 °C a +80 °C. No debe contener grafito ni MoS₂ conductores que puedan crear caminos de fuga eléctrica en el aislador del pantógrafo.
Patín de captación (contact strip)
El patín de grafito-cobre o grafito-acero no se lubrica directamente: la función lubricante la ejerce el propio grafito del composite. En algunos sistemas de alta velocidad, se aplica una cera de carbono (carbon grease) sobre el patín en el depósito para reducir el desgaste del hilo de catenaria. Esta cera debe ser conductora: resistividad inferior a 1 Ω·cm.
Sistema de amortiguación neumática
Los pantógrafos modernos incorporan amortiguadores neumáticos para mantener la fuerza de contacto constante a alta velocidad. Los cilindros neumáticos requieren aceite de cilindro neumático ISO VG 10-22, sin contaminantes que degraden las juntas de Buna-N. Lubricación solo en servicio, no en campo.
5. Frenos de disco: actuadores de pinza y aceite hidráulico ferroviario
Los trenes de alta velocidad utilizan frenos de disco con pinzas neumáticas o electrohidráulicas. En el AVE, la distancia de frenado de emergencia desde 300 km/h debe ser inferior a 3.500 m, lo que implica deceleraciones de hasta 1,2 m/s². Los actuadores de pinza de freno trabajan con presiones de hasta 8 bar en circuito neumático o 200 bar en circuito hidráulico.
Aceite hidráulico ferroviario: SKF LHMT 68
- → Viscosidad: ISO VG 68 a 40 °C
- → Base: aceite mineral de alta refinación o HVI sintético
- → Temperatura: -40 °C a +100 °C en servicio continuo
- → Aprobación: SKF Railway Hydraulic Fluid Spec
- → Aditivos: antiespumante, antidesgaste sin Zn (compatible ABS)
- → Inflamación (ASTM D92): > 200 °C
- → Intervalo de cambio: 4 años o 500.000 km
Grasa para pinzas neumáticas NLGI 2
- → Componente: varillas de ajuste automático y pivotes de zapata
- → Especificación: Li NLGI 2 EP, temperatura -20 °C a +120 °C
- → Resistencia al calor por frenada: drop point > 200 °C
- → Resistente a vibraciones: estabilidad mecánica 60 ciclos IP 50
- → Sin silicona ni MoS₂ (incompatibles con algunos ABS)
- → Aplicación: en revisión de bogie en depósito (≈ 60.000 km)
6. Frenos de zapata: pivote de zapata y materiales composite
Los frenos de zapata son la tecnología de freno estándar en vagones de mercancías y en material rodante convencional de velocidades inferiores a 160 km/h. La zapata (block brake shoe) roza directamente contra la pestaña y la banda de rodadura de la rueda. Los materiales de zapata pueden ser hierro fundido (cast iron), bronce compuesto o composite orgánico (K-block o LL-block según normativa UIC 541-4).
Zapata de hierro fundido
Material tradicional. Alta inercia térmica pero alto desgaste de rueda. En proceso de sustitución por composite LL. No requiere lubricante en la superficie de fricción. Pivote: grasa Li NLGI 2 EP.
Zapata composite LL (Low Noise)
Material orgánico de fricción de bajo ruido. Norma UIC 541-4 y TSI ruido EN 14067. Coeficiente de fricción estable en seco, mojado y nevado. No compatible con lubricante en la interfaz de contacto. Pivote: grasa Li NLGI 2 EP sin silicona.
Pivote de zapata: lubricación crítica
El pivote que articula la zapata sobre el portazapata es un punto crítico de corrosión por agua de vía. Se requiere grasa Li NLGI 2 EP resistente al agua con aditivo anticorrosión. Intervalo de engrase: revisión anual o 120.000 km en vagones de mercancías.
7. Sistema de basculación hidráulica: Talgo, Pendolino y Tren Clase 390
Los trenes basculantes (tilting trains) inclinan la caja del vehículo hasta 8° al entrar en curva, permitiendo circular a velocidades 20-30% superiores a las de un tren convencional sin reducir el confort de los pasajeros. El sistema de basculación puede ser activo(accionado por actuadores hidráulicos controlados por giroscopio, como en el Pendolino ETR 460/600 o el Renfe Alvia S730) o pasivo-natural (por la geometría del bogie, como el Talgo).
Aceite del sistema de basculación activo
- → Tipo: aceite hidráulico HLP VG 46
- → Base: mineral HVI de alta pureza o PAO en climas fríos
- → Norma: DIN 51524-2 HLP o ISO VG 46 HM
- → Temperatura de operación: -20 °C a +70 °C
- → Punto de fluidez: ≤ -30 °C
- → Viscosidad 40 °C: 46 cSt ± 10%
- → Limpieza del fluido: ISO 4406 clase 16/14/11
- → Aditivos: antiespumante, antidesgaste, anticorrosión
Requisitos de alta fiabilidad
- → El sistema de basculación es safety-critical: SIL 2 o SIL 3
- → Contaminación de partículas: control cada 30.000 km
- → Análisis de humedad: Karl Fischer < 200 ppm
- → Cambio de aceite: cada 4 años independientemente del kilometraje
- → Filtros: 6 µm absoluto en retorno, 25 µm en aspiración
- → Compatible con juntas Viton (FKM) y acumuladores de vejiga
- → Certificación ferroviaria: aprobación del fabricante OEM
8. Acopladores automáticos y puertas de acceso a pasajeros
8.1 Acopladores automáticos
Los acopladores automáticos tipo Scharfenberg (alta velocidad y pasajeros) o tipo AAR (mercancías americano) transmiten fuerzas de tracción y compresión entre vehículos de hasta 2.000 kN. Los conos de acoplamiento y los mecanismos de cierre sufren cargas de impacto durante las maniobras de acoplamiento en estación o en patio de clasificación.
Lubricación de conos Scharfenberg
Grasa de alta consistencia NLGI 2-3 con aditivos EP y tackifier (agente adherente) para no desprenderse por vibraciones. Base mineral o PAO. Sin MoS₂ que pueda conducir electricidad si el acoplador incluye conexiones eléctricas. Resistencia al agua y salinidad.
Acopladores AAR (vagones de mercancías)
Grasa NLGI 3 con MoS₂ para las superficies de contacto de la cabeza de acoplador. Alta resistencia a impactos (clasificación A-1 del ferrocarril americano, AAR Manual of Standards). Temperatura: -40 °C a +80 °C para operación en Norteamérica y zonas nórdicas europeas.
8.2 Puertas correderas de acceso a pasajeros
Las puertas correderas (plug doors y sliding doors) en material rodante de viajeros realizan hasta 200-400 ciclos de apertura/cierre por día en servicios de cercanías de alta frecuencia. Las guías de rodillo y los rodamientos de la puerta necesitan lubricante de baja resistencia para reducir el consumo del actuador eléctrico o neumático.
- → Guías superiores e inferiores: grasa Li NLGI 1 de baja resistencia, base PAO o éster, temperatura -30 °C a +80 °C
- → Rodamientos de rodillo de guía: grasa de larga duración Li NLGI 1-2, sin polvo (zonas de pasajeros)
- → Mecanismo de pestillo neumático: aceite de cilindro neumático ISO VG 10
- → Juntas de estanqueidad de puerta: grasa de silicona NLGI 2 para goma EPDM (sin aceite mineral que hincha el EPDM)
- → Intervalo de mantenimiento: revisión anual en depósito o cada 100.000 ciclos
9. Tabla técnica: componentes ferroviarios, lubricantes y normativas
| Componente | Normativa / Aprobación | Lubricante | Viscosidad / NLGI | Temperatura | Intervalo |
|---|---|---|---|---|---|
| Axlebox bearing bogie AVE/ICE/TGV | SKF LGEP2 / Timken 3752 | Grasa Li NLGI 2 EP sellada | NLGI 2, base VG 130 | -20 / +110 °C | 60.000-120.000 km (sellada) |
| Reductora de tracción (traction gearbox) | DIN 51517-3 CLP / Voith / Alstom BO6007 | Aceite sintético EP PAO | ISO VG 150-220 | -45 / +120 °C | Análisis cada 60.000 km |
| Motor tracción eléctrico (rodamientos) | SKF INSOCOAT / FAG Vacrodur | Grasa Li NLGI 2-3 alta temperatura | NLGI 2-3, base PAO | -30 / +130 °C | Revisión 120.000 km |
| Pantógrafo (articulaciones brazo) | Norma fabricante (Faiveley, Stemmann) | Grasa Li NLGI 2 EP sin grafito | NLGI 2, resistente agua | -30 / +80 °C | Anual en depósito |
| Freno de disco (actuador hidráulico) | SKF LHMT 68 / DIN 51524 HLP | Aceite hidráulico ferroviario VG 68 | ISO VG 68 | -40 / +100 °C | 4 años o 500.000 km |
| Freno de zapata (pivote) | UIC 541-4 | Grasa Li NLGI 2 EP anticorrosión | NLGI 2 | -20 / +120 °C | 120.000 km (mercancías) |
| Sistema basculación hidráulica (Talgo/Pendolino) | DIN 51524-2 HLP / aprobación OEM | Aceite HLP VG 46 alta fiabilidad | ISO VG 46 | -20 / +70 °C | 4 años / 30.000 km análisis |
| Acoplador Scharfenberg (conos) | EN 12663 / norma operador | Grasa NLGI 2-3 EP tackifier | NLGI 2-3 | -40 / +80 °C | Revisión semestral |
| Puerta corredera de pasajeros (guías) | Norma fabricante (Knorr-Bremse, Faiveley) | Grasa Li NLGI 1 baja resistencia | NLGI 1, base PAO/éster | -30 / +80 °C | Anual / 100.000 ciclos |
10. Mantenimiento en depósito y análisis de grasa ferroviaria
Las revisiones de bogie en depósito ferroviario se programan típicamente cada 60.000 a 120.000 kmdependiendo del tipo de material rodante y del operador. En España, Renfe Operadora sigue los protocolos de mantenimiento establecidos en los planes de mantenimiento aprobados por la Agencia Estatal de Seguridad Ferroviaria (AESF), equivalente al ERA (European Union Agency for Railways) a nivel europeo.
10.1 Análisis de grasa de caja de grasa por espectroscopía
Análisis ICP-OES de metales
- → Fe (hierro): desgaste de pistas y rodillos del rodamiento
- → Pb (plomo): desgaste de jaulas de bronce plomado (rodamiento antiguo)
- → Sn (estaño): aleación antifricción de la jaula
- → Cu (cobre): jaulas de latón o bronce en rodamientos modernos
- → Si (silicio): indicador de contaminación por polvo abrasivo
- → Na (sodio): contaminación por sal de vía invernal
Límites de alarma orientativos
- → Fe: alerta > 300 mg/kg, crítico > 600 mg/kg
- → Cu: alerta > 100 mg/kg, crítico > 250 mg/kg
- → Pb: alerta > 50 mg/kg, crítico > 100 mg/kg
- → Si: alerta > 30 mg/kg (penetración de polvo abrasivo)
- → Agua: Fischer < 500 ppm en grasa (humedad en caja)
- → PQ Index: > 100 units requiere inspección visual
10.2 Normativa aplicable al mantenimiento ferroviario
| Norma / Organismo | Ámbito | Relevancia para lubricación |
|---|---|---|
| EN 12663 | Estructura de vehículos ferroviarios (UNE-EN 12663) | Requisitos estructurales que condicionan acceso a puntos de lubricación del bogie |
| UIC 515-3 | Rodamiento de caja de grasa (axlebox) | Especifica las condiciones de ensayo y aprobación de rodamientos y grasas de caja |
| EN 12080 | Rodamientos para aplicaciones ferroviarias | Norma europea de rodamientos ferroviarios y requisitos de lubricación de fábrica |
| DB TL 918080 | Deutsche Bahn: aprobación de lubricantes | Lista de lubricantes aprobados por DB para su material rodante (ICE, IC, DB Cargo) |
| SNCF D 600.01 | SNCF: especificación de lubricantes TGV/TER | Especificación propietaria SNCF para grasas y aceites en material rodante francés |
| UIC 541-4 | Frenos de zapata composite (K-block, LL-block) | Define características de las zapatas y lubricación del mecanismo de freno |
| ERA (EU) 1302/2014 TSI | Subsistema rodante de material rodante | Especificaciones de interoperabilidad que incluyen requisitos de mantenimiento |
| AESF (España) | Agencia Estatal de Seguridad Ferroviaria | Aprobación de planes de mantenimiento en España (equivalente ERA a nivel nacional) |
Trazabilidad de lote: requisito crítico en ferroviario
Los operadores ferroviarios exigen que todos los lubricantes empleados en mantenimiento dispongan de trazabilidad completa de lote: número de lote de fabricación, certificados de análisis de cada parámetro, fecha de fabricación y caducidad. En caso de incidente técnico, la administración ferroviaria puede requerir los registros de lubricación del vehículo hasta 10 años atrás. Los envasadores industriales como FILLCORE INDUSTRIAL garantizan esta trazabilidad mediante etiquetado de lote conforme a la norma de marcado CE y gestión documental GMP-light.
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