Lubricantes ferroviarios: rueda-carril,
cajas de grasa y pantógrafos
El sector ferroviario impone condiciones de lubricación únicas: cargas de contacto rueda-carril de hasta 250 kN, temperaturas extremas en cajas de grasa de eje y requisitos de conductividad eléctrica en pantógrafos de alta velocidad. Una falla de lubricación en cualquiera de estos puntos puede comprometer la seguridad de la operación.
La lubricación ferroviaria se divide en tres grandes áreas con requisitos completamente distintos: el contacto rueda-carril (donde la grasa actúa en la interfaz acero-acero bajo altísima presión Hertziana), las cajas de grasa de eje (cojinetes de rodillos que soportan la carga del vehículo durante millones de kilómetros sin mantenimiento intermedio) y los pantógrafos (donde el lubricante debe conducir la electricidad al tiempo que reduce el desgaste del patín de cobre sobre la catenaria de aluminio o cobre-plata).
En ferrocarriles convencionales, la velocidad de operación ronda los 80-160 km/h; en alta velocidad (AVE, TGV, ICE) supera los 300 km/h. Cada régimen exige una filosofía de lubricación diferente, y la elección incorrecta del lubricante puede generar desgaste catastrófico, ruido de squeal o incluso pérdidas de contacto eléctrico en la línea aérea.
Contenido del artículo
- Contacto rueda-carril: mecánica y tribología
- Engrase de pestaña: métodos y formulaciones
- Condicionamiento de cabeza de carril (rail top)
- Cajas de grasa de eje: NLGI 3 y su porqué
- Pantógrafos: lubricante conductor de grafito
- Normativa técnica: EN, UIC y especificaciones de operador
- Mantenimiento preventivo y diagnóstico
- Tabla comparativa de lubricantes por aplicación
1. Contacto rueda-carril: mecánica y tribología
El contacto entre la rueda de acero y el carril es uno de los contactos Hertziano más exigentes de la industria. La superficie de contacto real es una elipse de apenas 1-2 cm², sobre la que actúa una carga vertical de hasta 250 kN por rueda. La presión de contacto resultante supera los1.500 MPa, cerca del límite plástico del acero ferroviario.
Banda de rodadura (tabla)
Rodadura pura sin lubricante intencionado. El coeficiente de fricción óptimo para tracción y frenado es µ = 0,35-0,45 (seco). La lubricación reduciría la adherencia y causaría patinaje de ruedas.
Pestaña (flange)
En curva, la pestaña roza contra la cara interna del carril. Contacto lateral de alta fricción: µ = 0,6-0,8 sin grasa. El objetivo es reducir a µ = 0,10-0,25 con lubricante.
Squeal noise
Vibración auto-excitada de la rueda en curva a baja velocidad. Aparece con µ lateral >0,35. La lubricación de pestaña es la principal medida de supresión de squeal.
Regla fundamental: no contaminar la banda de rodadura
El mayor riesgo al lubricar la pestaña es que el exceso de grasa migre a la tabla (banda de rodadura). Un coeficiente de fricción tabla inferior a 0,20 compromete la adherencia en frenado de emergencia. La dosis y el método de aplicación son tan críticos como la selección del lubricante.
2. Engrase de pestaña: métodos y formulaciones
2.1 Métodos de aplicación
Bloque rozante (stick)
- → Bloque sólido de grasa prensada montado en portabloque
- → Contacto directo con la pestaña en curva
- → Aplicación pasiva: sin electrónica ni bombas
- → Dosificación dependiente de la carga: a mayor presión, mayor liberación
- → Vida útil: 15.000-30.000 km por bloque
- → Ventaja: mínimo mantenimiento, bajo coste
- → Limitación: solo actúa en curva (necesita contacto)
Dosificador automático on-board
- → Bomba de grasa + boquilla aspersora hacia la pestaña
- → Controlado por PLC: activación por ángulo de curva o GPS
- → Dosis programable: 0,5-5 g por activación
- → Frecuencia configurable según radio de curva
- → Permite usar grasa fluida NLGI 1-2 o spray de bajo viscosidad
- → Ventaja: control preciso, no contamina tabla
- → Limitación: requiere mantenimiento del sistema hidráulico
Lubricadores trackside (vía)
- → Instalados en la vía al inicio de curvas cerradas (radio <300 m)
- → Aplican grasa a la cara interna del carril (gauge face)
- → Sistema de espatulación o pulverización accionado por peso del tren
- → Autonomía: 30-90 días según tráfico
- → Mantenimiento: recarga periódica de depósito
Spray de vía automático
- → Boquillas de pulverización a presión instaladas en traviesas
- → Activadas por sensor inductivo o axle counter al paso del tren
- → Lubricante líquido de baja viscosidad o solución acuosa
- → Ideal para túneles (limitación de espacio trackside)
2.2 Formulación de grasa de pestaña
| Componente | Especificación típica | Función |
|---|---|---|
| Base lubricante | Aceite mineral parafínico ISO VG 220 o PAO 4 cSt | Película base de separación |
| Espesante | Jabón de litio complejo o Ca-sulfonato | Estructura para retención de aceite, resistencia al agua |
| MoS₂ (disulfuro de molibdeno) | 3-8% en peso, partícula 1-5 µm | Lubrificación sólida en contacto extremo Hertziano |
| Grafito coloidal | 2-5% en peso | Refuerzo sólido, mejora conductividad térmica |
| Inhibidor de corrosión | Sulfonato de calcio o ZnDTP | Protección acero rueda y carril en lluvia |
| Inhibidor de EP | Azufre activo o fósforo orgánico | Película sacrificial en alta presión |
| Resistencia al agua | Test IP 121: pérdida {'<'}5% en lluvia | Adhesión al carril bajo lluvia intensa |
| Consistencia bloque sólido | NLGI 3.5-4 (bloque) / NLGI 1-2 (dosificador) | Cohesión sin fluir; fluidez para bombeo |
Nota ambiental: biodegradabilidad y zonas sensibles
En tramos ferroviarios próximos a ríos, humedales o captaciones de agua, las administraciones exigen grasas de pestaña biodegradables. Los ésteres vegetales (éster de girasol o éster de jojoba) como base lubricante, con MoS₂ y espesante de jabón de calcio, ofrecen OECD 301B >60% de biodegradación y WGK 1 (Alemania). La eficiencia de lubricación es comparable a la formulación mineral, aunque la vida útil del bloque se reduce un 15-20%.
3. Condicionamiento de cabeza de carril (rail top friction management)
El friction modifier o top-of-rail lubricant es un concepto distinto al engrase de pestaña. Se aplica sobre la cabeza del carril (banda de rodadura) con el objetivo de establecer un coeficiente de fricción controlado de µ = 0,30-0,40, intermedio entre el contacto seco (µ ≈ 0,45) y el contacto lubricado (µ < 0,20).
Ventajas del rail top FM
- ✓ Reducción del desgaste ondulatorio (corrugación)
- ✓ Menor consumo energético en tracción (2-5%)
- ✓ Reducción de ruido de rodadura en alta velocidad
- ✓ Menor fatiga subsuperficial en RCF (rolling contact fatigue)
- ✓ Adherencia suficiente para frenado y tracción
Formulación TOR
- → Base acuosa o alcohólica (se evapora rápido)
- → Partículas sólidas PTFE o grafito 0,5-2 µm
- → Película transferencia <1 µm de espesor
- → No debe acumularse: aplicación en micro-dosis
- → Secado en <2 s a velocidad de operación
Riesgo de contaminación cruzada
Si el TOR se aplica demasiado cerca de la zona de engrase de pestaña trackside, puede ocurrir contaminación cruzada. Los sistemas de engrase lateral y TOR deben estar separados por una distancia mínima equivalente a 20 ejes de tren (aprox. 300 m en una vía con tráfico mixto). El diseño de sistema debe ser validado por el gestor de infraestructura.
4. Cajas de grasa de eje: NLGI 3 y su porqué
La caja de grasa (axle box) aloja los rodamientos de cono o cilíndricos que soportan la carga del vehículo ferroviario sobre el eje. Un bogie de locomotora de mercancías puede soportar cargas de eje de hasta 25 toneladas, con velocidades de rotación del eje de 200-600 rpm a plena velocidad.
4.1 Rodamientos empleados
Rodamiento de conos duplex (Timken/SKF)
Dos rodamientos de rodillos cónicos cara a cara o espalda a espalda. Soportan carga radial y axial simultáneas. Predominantes en locomotoras y vagones de mercancías norteamericanos y latinoamericanos. Rellenado de grasa en fábrica, sellado de por vida en unidades de mantenimiento reducido.
Rodamiento cilíndrico + axial (europeo)
Rodamiento cilíndrico de doble hilera para carga radial más disco de cojinete axial separado. Estándar en material rodante europeo (UIC 515, EN 12080). Permite relubrication periódica mediante engrasadores Zerk o sustitución del cartucho de grasa.
4.2 Selección de grasa NLGI 3
| Parámetro | Especificación | Justificación |
|---|---|---|
| Consistencia NLGI | 3 (penetración 220-250 × 0,1 mm) | Retención en caja, sin centrifugado; fluye a temperatura |
| Espesante | Litio complejo o poliurea | Alta temperatura de goteo {'>'}250°C, resistencia mecánica |
| Base lubricante | Mineral parafínico o PAO ISO VG 100-150 | Viscosidad adecuada en rango -40°C a +130°C |
| Rango de temperatura | -40°C a +130°C (pico +150°C 30 min) | Clima nórdico en invierno, frenada prolongada en bajada |
| Vida de la grasa | Análisis oil-off FAG FE9 {'>'}1.000 h a 120°C / 1.500 rpm | Relubrication a 1.500.000 km o por condición |
| Resistencia al agua | IP 121: pérdida {'<'}1% (alta exposición a lluvia y lavados) | |
| Cargas de impacto | Prueba Timken OK Load {'>'}80 kg; Shell 4-ball {'>'} 60 kg EP | Impacto en deformidades de vía (juntas de carril) |
| Corrosión acero | EMCOR 0-0 en agua destilada; 1-1 en agua de mar | Protección eje inoxidable y jaula de acero |
4.3 Temperatura: el parámetro crítico de diagnóstico
Los bogies modernos incorporan sensores de temperatura en las cajas de grasa (HABD: hot axle box detector) instalados en vía o en el propio vehículo. La lógica de alarma típica es:
Normal
Precaución
Alarma — reducir velocidad
T ≥ 130°C
PARADA INMEDIATA
Causa principal de sobretemperatura en caja de grasa
- → Cantidad de grasa excesiva (churning): grasa en exceso genera calor por cizallamiento
- → Contaminación con agua: emulsificación destruye la película lubricante
- → Mezcla de grasas incompatibles: colapso de la estructura del espesante
- → Fatiga del rodamiento: espallación de pistas o rodillos
- → Precarga axial incorrecta en rodamiento cónico
5. Pantógrafos: lubricante conductor de grafito
El pantógrafo recoge la energía eléctrica de la catenaria mediante un patín deslizante (contact strip) que roza sobre el hilo de contacto. En alta velocidad (300+ km/h), la velocidad relativa de contacto genera calor y arcos eléctricos que degradan tanto el patín como el hilo. El lubricante aplicado al patín debe cumplir una condición paradójica: reducir la fricción sin impedir el paso de corriente eléctrica.
Patín de carbono-grafito
Material compuesto de grafito + resina impregnada, autolubricante por naturaleza. Resistividad eléctrica: 10-50 µΩ·m. Se desgasta sacrificialmente para proteger el hilo de cobre.
Lubricación complementaria: grasa de grafito coloidal aplicada en los articulados del pantógrafo (bisagras, resortes, guías de elevación). No aplicar en la superficie de contacto patín-catenaria.
Patín metálico (cobre-cromo)
Aleación Cu-Cr o Cu-Ag utilizada en metros y tranvías de baja velocidad. Mayor conductividad pero mayor desgaste del hilo de cobre. Requiere lubricación activa en la superficie de contacto.
Lubricante empleado: pasta de grafito coloidal en portador mineral o grasa grafitada NLGI 1 de baja conductividad dieléctrica, aplicada en película delgadísima (<0,1 mm).
5.1 Lubricación de articulaciones del pantógrafo
| Punto de lubricación | Lubricante recomendado | Intervalo |
|---|---|---|
| Bisagras principales (brazo inferior/superior) | Grasa grafitada NLGI 2, base Li-complejo, -40°C a +130°C | 250.000 km o 1 año |
| Resortes de elevación (compresión/tensión) | Aceite mineral VG 68 en baño o spray antioxidante | 500.000 km o 2 años |
| Guías de deslizamiento (aluminio/teflón) | Grasa PTFE libre de aceite para contacto plástico-metal | 125.000 km o 6 meses |
| Eje de giro del travesaño | Grasa Cu-complex NLGI 2 para resistencia a vibración y fretting | 250.000 km o 1 año |
| Varillas de ajuste de presión | Grasa antiseize con zinc o Cu para roscas de acero galvanizado | Revisión anual |
Alta velocidad: pantógrafo activo (ASP)
En trenes de 300+ km/h (ICE, AVE, TGV, Shinkansen), el pantógrafo activo controla la fuerza de contacto mediante actuadores hidráulicos o neumáticos. Los actuadores hidráulicos emplean aceite de servovalva de alta pureza (ISO 4406 clase 15/13/10), y los sellos deben ser compatibles con el rango -30°C (invierno alpino) a +80°C (actuador en funcionamiento intenso). La contaminación del aceite del actuador es la causa más frecuente de mal funcionamiento del pantógrafo activo.
6. Normativa técnica: EN, UIC y especificaciones de operador
EN 12080:2017
Rodamientos para cajas de grasa ferroviarias
Define los requisitos de rendimiento de rodamientos y lubricantes para cajas de grasa de ejes ferroviarios. Incluye ensayos de vida, temperatura y contaminación.
EN 13674-1:2011
Requisitos del carril ferroviario
Define geometría, metalurgia y perfil del carril, lo que afecta directamente a la distribución de presión de contacto y a los requisitos del lubricante de pestaña.
UIC 450-2
Lubricación de pestaña en material rodante
Hoja técnica de la Unión Internacional de Ferrocarriles para sistemas de lubricación de pestaña embarcados: dosis, frecuencia y zonas de activación.
EN 50206
Pantógrafos para material rodante
Norma de diseño, ensayo e instalación de pantógrafos. Incluye requisitos de fuerza de contacto estática y dinámica que condicionan la lubricación del mecanismo.
RFI, SNCF, DB Netz specs
Specs de infraestructura nacional
Cada gestor de infraestructura puede imponer especificaciones adicionales de lubricante (ej.: RFI en Italia exige biodegradabilidad; DB Netz limita VOCs). Consultar siempre.
AAR M-942
Grasa para cajas de grasa norteamericanas
Especificación de la Association of American Railroads para grasas de rodamientos de cono duplex en vagones de mercancías. Equivale al estándar europeo EN 12080 para el mercado americano.
7. Mantenimiento preventivo y diagnóstico
7.1 Plan de mantenimiento por subsistema
| Subsistema | Acción de mantenimiento | Intervalo | Método de diagnóstico |
|---|---|---|---|
| Caja de grasa eje | Inspección visual de fuga y temperatura | 30.000 km o cada revisión BI | HABD + termografía en taller |
| Caja de grasa eje | Relubrication (si no es for-life) | 750.000 km o cada revisión MX | Análisis de grasa extraída (Fe, Cu, oxidación) |
| Bloque rozante pestaña | Verificar desgaste y presión de muelle | 15.000 km (viajeros) / 10.000 km (mercancías) | Medición altura bloque restante |
| Dosificador pestaña on-board | Verificar nivel depósito y boquillas | 30.000 km o mensual | Revisión visual + test de activación |
| Lubricador trackside | Recarga y ajuste de dosis | Mensual o 1.000 trenes paso | Análisis de zona de extensión de grasa |
| Pantógrafo - articulaciones | Engrase de bisagras y ejes | 250.000 km | Inspección visual + torque de articulaciones |
| Pantógrafo - patín | Sustitución del patín de carbono | Por desgaste (3-5 mm restantes) | Medición de espesor con galga |
7.2 Análisis de grasa de caja de eje
Metales de desgaste
Normal: Fe {'<'}100 ppm, Cu {'<'}30 ppm
Alerta: Fe {'>'} 200 ppm: pista/rodillo deteriorado
Agua (%) Karl Fischer
Normal: {'<'}0,2%
Alerta: {'>'} 0,5%: fallo de sello, riesgo de corrosión
Índice de oxidación (FTIR)
Normal: ΔOxidación {'<'}15%
Alerta: {'>'} 30%: grasa degradada, riesgo de barniz
Penetración (NLGI)
Normal: ±1 grado del original
Alerta: Pérdida {'>'} 2 grados: espesante degradado
8. Tabla comparativa de lubricantes ferroviarios por aplicación
| Aplicación | Tipo de lubricante | NLGI / Viscosidad | Aditivos clave | Temperatura |
|---|---|---|---|---|
| Pestaña rueda — bloque rozante | Grasa mineral compacta EP | NLGI 3,5-4 | MoS₂ 5%, grafito 3%, EP azufre | -20°C a +80°C |
| Pestaña rueda — dosificador | Grasa fluida EP | NLGI 1-2 | MoS₂ 3%, EP polisulfuro | -30°C a +70°C |
| Pestaña — biodegradable | Grasa éster vegetal | NLGI 2-3 | MoS₂ 3%, Ca-sulfonato | -10°C a +70°C |
| Rail top (TOR) | Suspensión acuosa PTFE/grafito | N/A (líquido) | PTFE 0,5-2% + tensioactivo | +5°C a +50°C |
| Caja de grasa — ferroviario viajeros | Grasa Li-complejo o poliurea | NLGI 3 | EP, antioxidante, inhibidor corrosión | -40°C a +130°C |
| Caja de grasa — mercancías pesados | Grasa Li-complejo robusta | NLGI 3 | EP extremo, antiimpacto | -25°C a +120°C |
| Articulaciones pantógrafo | Grasa grafitada Li-complejo | NLGI 2 | Grafito 5%, EP | -40°C a +130°C |
| Pantógrafo activo (hidráulico) | Aceite de alta limpieza VG 32-46 | ISO VG 32-46 | Anticorrosión, antiespuma, zinc-free | -30°C a +80°C |
| Guías deslizamiento pantógrafo | Grasa PTFE libre de aceite | NLGI 2 seca | PTFE 20-25% | -50°C a +180°C |
Conclusión
La lubricación ferroviaria no admite soluciones genéricas. El engrase de pestaña rueda-carril requiere formulaciones específicas con sólidos de alta presión (MoS₂ + grafito) y métodos de aplicación que eviten la contaminación de la banda de rodadura. Las cajas de grasa de eje demandan NLGI 3 de alto rendimiento térmico para intervalos de millones de kilómetros. Y los pantógrafos exigen lubricantes que conduzcan electricidad sin comprometer la fricción de conducción.
La correcta especificación de cada lubricante en su punto, con los intervalos de mantenimiento apropiados y el diagnóstico predictivo mediante análisis de grasa y temperatura, es la base de la seguridad y fiabilidad en la operación ferroviaria.
¿Gestiona flotas ferroviarias o material rodante?
FILLCORE INDUSTRIAL envasa grasas de pestaña, grasas NLGI 3 para cajas de eje y lubricantes de pantógrafo en el formato exacto que su operación necesita: desde cartuchos individuales hasta bidones de 200 kg.
Solicitar especificación técnica