Los aditivos EP y el óxido de hierro amarillo no son compatibles. Si se elige una composición química de aceite incorrecta, la rueda de bronce se corroe en 2000 horas en lugar de 30 000. Aquí le explicamos cómo hacerlo correctamente.
Para un par de tornillo sin fin y rueda helicoidal industriales estándar que funcionan por debajo de los 70 grados Celsius de temperatura del cárter, el aceite mineral compuesto ISO VG 460 o 680 con aditivos seguros para metales amarillos es la opción segura por defecto. Por encima de los 70 grados Celsius, cambie a aceite sintético PAO del mismo grado de viscosidad. Para un servicio continuo de alta eficiencia, el poliglicol (PAG) de un grado ISO inferior (VG 320 o 460) reduce notablemente la generación de calor; sin embargo, el PAG es incompatible con el aceite mineral y el PAO, por lo que el cambio requiere un drenaje y enjuague completos. El error de lubricación más costoso es usar aceite hipoide GL-5 o aceite diferencial genérico en una rueda de bronce: los aditivos EP de azufre y fósforo corroen los metales amarillos por encima de los 70 grados Celsius y destruyen una rueda helicoidal en semanas.
Casi todos los demás artículos sobre aceites para engranajes colocan las tablas de viscosidad al principio y tratan la química de los aditivos como algo secundario. Para los pares de tornillo sin fin y rueda helicoidal, ese orden es incorrecto. La decisión que causa más daño cuando se toma descuidadamente es el paquete de aditivos, no el grado de viscosidad. Si se eligen los aditivos correctos, casi cualquier viscosidad razonable proporcionará una vida útil aceptable. Si se eligen los aditivos incorrectos, incluso una viscosidad perfectamente seleccionada destruirá la rueda de bronce en cuestión de meses.
El problema es sencillo. El contacto deslizante entre el tornillo sin fin y la rueda requiere aditivos de extrema presión: compuestos químicamente activos que forman una película protectora sobre la superficie metálica bajo una alta tensión de contacto. La química clásica de los aditivos de extrema presión utiliza compuestos de azufre y fósforo que se activan a temperaturas elevadas. En un engranaje de acero sobre acero (la mayoría de los diferenciales de automóviles, transmisiones de ejes hipoides), estos aditivos funcionan a la perfección. En un par de tornillo sin fin de acero sobre rueda de bronce —que es la configuración industrial estándar— el azufre activado ataca el cobre del bronce, provocando deslustre, micropicaduras y, finalmente, pérdida de metal en la superficie. La rueda no se atasca de forma drástica; se corroe lentamente desde la superficie de contacto hacia el interior, perdiendo el perfil y la precisión de los dientes hasta que la transmisión queda inservible.
The conflict is real, the consequences are expensive, and the avoidance is straightforward — choose oils explicitly labelled “yellow metal safe” or “compounded for worm gears” or “deactivated sulphur EP additive package.” Modern formulations from major suppliers solve the problem; generic catalogue gear oils may or may not. Always check the technical data sheet before committing to a fill.
En miles de instalaciones de tornillos sin fin y ruedas helicoidales, tres tipos de lubricantes representan casi todas las aplicaciones exitosas. Cada uno tiene sus ventajas, desventajas y un rango de operación específico en el que resulta la solución adecuada.
Una vez definida la aplicación, la elección rara vez es sutil. Aceite mineral compuesto para uso industrial ordinario por debajo de 70 grados Celsius. Aceite sintético PAO para temperaturas más altas o intervalos de cambio prolongados. Aceite PAG (poliglicol) para máxima eficiencia en aplicaciones continuas de alto rendimiento. La mayoría de los accidentes de mantenimiento ocurren al mezclar diferentes categorías de aceite.
Aceite mineral con un 4 a 10 por ciento de ácido graso (sebo sin ácido o su equivalente sintético) incorporado como agente de composición, además de inhibidores de óxido y oxidación. El componente de ácido graso proporciona lubricación límite directamente, sin depender de aditivos EP químicamente activos, lo que elimina por completo el riesgo de corrosión del metal amarillo. Los aceites minerales compuestos son el lubricante original para engranajes helicoidales; sus formulaciones se han perfeccionado durante más de un siglo.
Rango de operación: temperaturas ambiente de hasta aproximadamente -5 grados Celsius, temperatura del cárter de hasta 80 grados Celsius. Por encima de 80 grados, el ácido graso comienza a oxidarse y el lubricante se degrada más rápido de lo que el intervalo de cambio recomendado puede compensar. Por debajo del punto de congelación, el aceite es demasiado viscoso para salpicar correctamente durante el arranque. El intervalo de cambio suele ser de 4000 a 6000 horas de funcionamiento en condiciones industriales normales. El costo es el más bajo de las tres categorías: el aceite mineral compuesto ISO VG 460 cuesta aproximadamente la mitad que el sintético de grado equivalente.
Aceite base de polialfaolefina (PAO), un hidrocarburo sintético, con aditivos EP modernos más suaves que, en sus formulaciones comerciales, suelen ser seguros para evitar la corrosión por metales amarillos. El PAO tiene un índice de viscosidad más alto que el aceite mineral, lo que significa que la viscosidad varía menos en el rango de temperatura de funcionamiento. Además, presenta una mayor estabilidad térmica: los intervalos de cambio de aceite a la misma temperatura del cárter suelen ser el doble que los del aceite mineral.
Rango de operación: temperatura ambiente hasta -30 grados Celsius, temperatura del cárter hasta 100 a 110 grados Celsius. Intervalo de cambio de aceite: 8000 a 12 000 horas. El PAO es totalmente compatible con el aceite mineral; el cambio de aceite mineral a PAO no requiere un lavado, solo un relleno en el siguiente cambio. Costo aproximado de 2 a 3 veces el del aceite mineral compuesto por litro. El PAO es la opción correcta cuando la temperatura del cárter supera los 70 grados durante el funcionamiento normal, cuando las condiciones ambientales extremas (arranques fríos en invierno, tardes calurosas en verano) provocan una variación de la viscosidad, o cuando extender el intervalo de cambio de aceite resulta rentable gracias a la reducción de los costos de mano de obra.
El poliglicol de alquileno (PAG) es una familia diferente de compuestos químicos sintéticos que, fundamentalmente, no son hidrocarburos. El PAG tiene el coeficiente de fricción más bajo de todos los aceites para engranajes comunes, lo que se traduce directamente en mejoras de eficiencia medibles en los engranajes helicoidales y de rueda helicoidal. Un sistema de transmisión que funciona con una eficiencia del 60 % con aceite mineral suele mejorar entre 3 y 6 puntos porcentuales con PAG, y la temperatura del cárter disminuye entre 15 y 20 grados Celsius para la misma carga. En aplicaciones de servicio continuo con varios turnos, estas mejoras se traducen en un ahorro significativo de electricidad.
Ventana de funcionamiento: temperatura ambiente hasta -40 grados Celsius, temperatura del cárter hasta 130 grados Celsius. Intervalo de drenaje de 16.000 a 20.000 horas, el más largo de las tres categorías. El inconveniente: PAG es incompatible con aceite mineral y PAO sintético.Al mezclarlos se forma un lodo que obstruye el interior de la caja de cambios. Cambiar de un aceite a base de hidrocarburos a PAG requiere un vaciado completo, dos lavados con aceite ligero y un rellenado; normalmente, se trata de una tarea de mantenimiento de un día para una caja de cambios sellada. PAG también ataca algunos materiales de sellado (nitrilo, ciertos poliuretanos) y la mayoría de los recubrimientos de pintura, por lo que los sellos de la caja de cambios deben ser compatibles con PAG antes del cambio. El coste es aproximadamente de 4 a 6 veces superior al del aceite mineral compuesto por litro.
Cuando un cliente me dice que quiere cambiar de aceite mineral compuesto a PAG, la primera pregunta que le hago es si tiene la disciplina de mantenimiento necesaria para hacerlo correctamente. El PAG puede prolongar drásticamente los intervalos de cambio de aceite y reducir considerablemente la factura de la luz, pero solo si la conversión se realiza con un cambio completo de aceite y un doble enjuague. Las cajas de cambios convertidas parcialmente (alguien rellenó con PAG un cárter que aún contenía algunos litros de mineral residual) desarrollan lodo en pocas semanas y hay que volver a rellenar todo el depósito. Para entornos con poca disciplina de mantenimiento, seguir usando PAG suele ser la opción más acertada, aunque el lubricante sea más caro, ya que el riesgo operativo de contaminación es significativamente menor.
Una vez definida la composición química, la viscosidad es la segunda decisión. Los aceites para engranajes helicoidales tienen una viscosidad mayor que la de la mayoría de los demás aceites para engranajes, ya que el contacto deslizante requiere una película hidrodinámica más gruesa que el contacto rodante.
Los neumáticos ISO VG 460 y 680 son los más utilizados en transmisiones industriales de tornillo sin fin y rueda helicoidal. El ISO VG 220 se emplea en transmisiones ligeras de baja carga. El ISO VG 1000 (o compuesto AGMA 8A) se utiliza en reductores industriales de gran distancia entre ejes y alta carga, que funcionan a bajas revoluciones por minuto.
| ISO VG | Grado AGMA | Viscosidad cinemática aproximada a 40 °C | Uso típico de un mecanismo de tornillo sin fin |
|---|---|---|---|
| VG 220 | AGMA 5 | 220 cSt | Unidades pequeñas y de servicio ligero, con baja temperatura ambiente. |
| VG 320 | AGMA 6 | 320 cSt | Servicio medio, defecto de PAG |
| VG 460 | AGMA 7 | 460 cSt | Industria general, por defecto para compuestos minerales |
| VG 680 | AGMA 8 | 680 cSt | Industria pesada, ambiente caluroso, carga elevada |
| VG 1000 | AGMA 8A | 1000 cSt | Accionamientos muy grandes, bajas revoluciones por minuto, servicio pesado. |
Dos reglas prácticas rigen la mayoría de las decisiones sobre viscosidad. Primero, al cambiar de aceite mineral a uno sintético con un índice de viscosidad más alto, reduzca un grado ISO: un aceite mineral VG 680 tiene una viscosidad a temperatura de funcionamiento aproximadamente equivalente a un PAO VG 460 o un PAG VG 320. Segundo, opte por una mayor viscosidad a temperaturas ambiente elevadas y cargas elevadas, y por una menor viscosidad para arranques en frío y transmisiones de alta velocidad. Un término medio (comenzar con un aceite mineral VG 460 para casi cualquier transmisión industrial general) es adecuado para el primer llenado; ajuste según la temperatura del cárter y el estado del aceite observados en el primer cambio de aceite.
La temperatura ambiente y la del depósito son las dos variables que más influyen en la decisión química. Un sencillo árbol de decisiones resuelve la elección en tres preguntas.
Pregunta 1: ¿Cuál es la temperatura del cárter en estado estacionario a plena carga?
Por debajo de 70 grados Celsius → el aceite mineral compuesto es adecuado. Entre 70 y 90 grados → cambie a aceite sintético PAO. Por encima de 90 grados → se requiere poliglicol PAG o refrigeración suplementaria.
Pregunta 2: ¿Cuántas horas al día funciona el servicio de transporte?
Menos de 8 horas de uso intermitente → el compuesto mineral lo cubre económicamente. De 8 a 16 horas diarias → PAO si el sumidero está caliente, mineral si se mantiene frío. 16 horas o más de uso continuo → PAG se amortiza mediante el ahorro de electricidad en 18 meses en la mayoría de las instalaciones.
Pregunta 3: ¿La temperatura del cárter variará más de 60 grados Celsius entre el arranque en frío y el funcionamiento normal?
Sí (instalaciones exteriores, instalaciones sin calefacción, arranques en invierno) → se recomienda encarecidamente el sintético por su mayor índice de viscosidad. El PAO es la opción más segura. El PAG es aún mejor, pero solo merece la pena si el uso continuo justifica el coste.
En los informes de campo que recibimos de clientes que solicitan el reemplazo de componentes, se repiten tres modos de falla. Todos son prevenibles, costosos y causados por una decisión de mantenimiento que omitió alguno de los principios descritos en las secciones anteriores. Comprender estos patrones ayuda a evitarlos en sus propios equipos.
Un pequeño fabricante vietnamita de cintas transportadoras rellenó los depósitos de la caja de cambios en su línea de montaje con aceite para ejes hipoides API GL-5 (con la misma viscosidad ISO que la especificación original, mucho más barato por litro), que se encontraba en el estante de mantenimiento porque el mismo taller también daba servicio a camiones. A los tres meses, las ruedas de bronce mostraron un deslustre superficial visible a través del puerto de inspección. Al sexto mes, el picado en el flanco de los dientes era tan severo que la eficiencia de la transmisión había disminuido un 8 % y el ruido de funcionamiento había aumentado notablemente. Diagnóstico: GL-5 contiene aditivos EP agresivos de azufre y fósforo que se activan por encima de los 70 grados Celsius, y las ruedas de bronce estaban funcionando a entre 75 y 80 grados. El azufre activo atacó el cobre, produjo escamas negras de sulfuro de cobre y corroió la superficie de los dientes de la rueda desde la zona de contacto hacia afuera. Solución: vaciar, enjuagar con aceite mineral ligero, rellenar con el aceite para engranajes ISO VG 460 adecuado, seguro para metales amarillos. Fue necesario reemplazar las ruedas; el ahorro en aceite diferencial barato le costó al cliente quince veces el costo original del reemplazo de la caja de cambios en reclamaciones de garantía.
Una planta de envasado de alimentos coreana decidió actualizar de aceite mineral compuesto ISO VG 460 a PAG ISO VG 320 para extender los intervalos de cambio en su línea de producción por turnos. El equipo de mantenimiento vació los depósitos, los rellenó con PAG y puso en marcha la línea. En dos semanas, los depósitos de la caja de engranajes mostraron lodo visible: un depósito gelatinoso marrón flotando sobre el relleno de PAG. La eficiencia de la transmisión había disminuido, la temperatura del depósito había subido 15 grados por encima de lo esperado y un sello de la caja de engranajes había comenzado a gotear. Diagnóstico: el aceite mineral residual que quedó en el depósito después del vaciado inicial (normalmente del 5 al 10 por ciento del volumen de llenado se adhiere a las superficies internas y los alojamientos de los cojinetes) había reaccionado con el PAG, formando el lodo característico de incompatibilidad. El procedimiento de conversión había omitido el paso de lavado. Solución: segundo vaciado completo, lavado con aceite de lavado compatible con PAG, relleno con PAG nuevo, reemplazo de los sellos afectados. La lección: cambiar de hidrocarburos a PAG requiere vaciar → enjuagar → rellenar, nunca solo vaciar → rellenar.
Un fabricante japonés de mezcladoras compró reductores de tornillo sin fin estándar de montaje horizontal y los instaló en ejes de agitadores verticales sin modificar el nivel de llenado de aceite. El volumen de llenado especificado para el montaje horizontal sumergía el tornillo sin fin hasta aproximadamente el 30 % de su diámetro, lo cual es adecuado para la lubricación por salpicadura. Con el reductor girado 90 grados, el mismo volumen de llenado dejaba el tornillo sin fin sumergido solo un 5 % al arrancar. Durante el primer mes, los dientes de la rueda mostraron rozaduras en un lado. Diagnóstico: la inmersión insuficiente de aceite en la orientación vertical provocó que la rosca del tornillo sin fin no recogiera suficiente aceite para crear una película hidrodinámica adecuada al arrancar. El accionamiento funcionaba en condiciones de lubricación límite durante cada arranque en frío. Solución: rellenar el nivel de llenado hasta la marca de montaje vertical especificada por el proveedor y confirmar que el respiradero y el visor de nivel de aceite estuvieran correctamente posicionados para la nueva orientación. Lección: el nivel de aceite es tan importante como la química del aceite, y cambiar la orientación de montaje siempre modifica el volumen de llenado correcto.
Only for the shortest possible duration to limp the equipment to a maintenance shutdown. Motor oil and hydraulic oil lack the viscosity and the boundary lubrication additives needed for sliding-contact gearing. Running on either fluid for more than a few hours under load will scuff the bronze wheel. If the original lubricant is unavailable in the field, ISO VG 220 or higher hydraulic oil is less bad than ISO VG 32 hydraulic oil. Do not extend an “emergency fill” beyond the next scheduled service window.
Check the technical data sheet for ASTM D130 copper strip corrosion test results. A rating of 1A or 1B means yellow-metal-safe and suitable for bronze worm wheels. A rating of 2 or higher is borderline. A rating of 3 or 4 means the oil will corrode bronze under normal operating temperatures and should not be used. Most modern industrial worm gear oils explicitly list “1B at 121°C” or similar in the data sheet — if the data sheet is silent on copper compatibility, treat the oil as suspect.
El aceite compuesto utiliza ácidos grasos (normalmente entre un 4 y un 10 % de sebo sin ácido o su equivalente sintético) mezclados con el aceite base mineral para proporcionar lubricación directa. El aceite para engranajes EP utiliza aditivos químicamente activos (azufre, fósforo, boratos) que reaccionan con la superficie metálica bajo alta presión de contacto para formar una película protectora. Para las ruedas helicoidales de bronce, el aceite compuesto es intrínsecamente más seguro porque no contiene aditivos químicamente activos que puedan corroer el metal amarillo. Los aceites para engranajes EP modernos con azufre desactivado también son seguros, pero la seguridad depende totalmente de la formulación; el aceite compuesto es la opción predeterminada más conservadora.
El intervalo de cambio depende de la composición química, la temperatura del cárter y el ciclo de trabajo. Valores típicos: aceite mineral compuesto de 4000 a 6000 horas de funcionamiento, PAO sintético de 8000 a 12000 horas, PAG poliglicol de 16000 a 20000 horas. La temperatura del cárter reduce a la mitad todos estos valores por encima de los 90 grados Celsius (regla de Arrhenius: la degradación química se duplica aproximadamente por cada 10 grados Celsius). Para equipos críticos, el análisis de aceite cada 1000 a 2000 horas proporciona un intervalo de cambio más preciso basado en el estado del aceite que el cambio basado en el calendario.
En accionamientos pequeños sellados de por vida, sí: la mayoría de los actuadores de asientos de automóviles, temporizadores de electrodomésticos y pequeños engranajes helicoidales accionados por motores de CC utilizan grasa PAO espesada con jabón de litio de por vida. La desventaja es que la grasa no se desplaza por la caja de engranajes como lo hace el aceite, por lo que la disipación de calor es deficiente y la capacidad de carga es menor. Para accionamientos industriales de más de 1 kW, el aceite es la solución adecuada; para microactuadores de menos de 50 W, la grasa suele ser preferible por su sencillez de sellado.
Los lubricantes con certificación NSF H1 para contacto incidental con alimentos se presentan en versiones minerales compuestas y sintéticas PAO, ambas formuladas para ser seguras en contacto con metales amarillos. Su rendimiento se ve ligeramente comprometido en comparación con los equivalentes de grado industrial debido a las restricciones en la elección de aditivos impuestas por la FDA: los aceites H1 tienen intervalos de cambio más cortos y menor capacidad de carga que los grados industriales equivalentes. Para aplicaciones farmacéuticas y alimentarias que utilizan engranajes helicoidales y ruedas helicoidales de acero inoxidable, esta limitación es aceptable; para engranajes de bronce en entornos regulados, generalmente resulta más económico cambiar a componentes de acero inoxidable y cumplir con la normativa sin que ello afecte a la eficiencia.
Para un conjunto de engranajes desnudos instalado en una carcasa fabricada por el cliente, este elige y añade el lubricante, y debe responsabilizarse de la compatibilidad del aditivo con el bronce. Para un conjunto completo reductor de engranajes helicoidales Cuando se envía precargado, el proveedor ya ha especificado y añadido el aceite correcto en fábrica, y la ficha técnica de la unidad debe coincidir con el lubricante que contiene. Al pedir un reductor empaquetado, confirme siempre que el grado de lubricante indicado en la placa de características coincida con las especificaciones del pedido; ocasionalmente se producen sustituciones durante la producción, y el equipo de mantenimiento necesita saber qué lubricante contiene el depósito para el próximo cambio.
El mensaje principal de este artículo es la importancia de la química de los aditivos por encima del grado de viscosidad. Un engranaje helicoidal tolerará un error de viscosidad de un grado y perderá solo un pequeño porcentaje de eficiencia. Sin embargo, el mismo sistema no tolerará un paquete de aditivos incorrecto; un error en este aspecto daña la rueda de bronce mucho más rápido que cualquier otro error de mantenimiento. Siempre utilice aceite seguro para metales amarillos. Siempre revise la ficha técnica antes de cambiar de marca. Siempre realice un vaciado y enjuague completo antes de cambiar entre las categorías de aceite mineral, PAO y PAG. Y siempre verifique el nivel de llenado del cárter con respecto a la orientación de montaje real, no con el valor predeterminado del catálogo.
Para los equipos de diseño de fabricantes de equipos originales (OEM) coreanos y japoneses que buscan una especificación de lubricante adaptada a una geometría de transmisión y un ciclo de trabajo específicos, nuestro departamento de ingeniería recomienda una composición química del aceite, una viscosidad y un intervalo de cambio de aceite en función del perfil de funcionamiento real. Catálogo estándar Juegos de engranajes helicoidales de bronce fosforoso y bronce de aluminio enviar con una especificación de llenado recomendada: solicite una Revisión de las especificaciones de lubricación Si su temperatura de funcionamiento, ciclo de trabajo o entorno difieren de lo que se indica en el catálogo.
Indíquenos la marca y el código del aceite, la temperatura del cárter de la caja de cambios y el ciclo de trabajo. Comprobaremos la composición del aditivo con el material de sus ruedas y le recomendaremos un cambio si el aceite actual está dañando el bronce.
Editor: Cxm
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