Si le pidieran que visualizara un engranaje, probablemente describiría dos ruedas metálicas con dientes entrelazados que rodean sus circunferencias: a primera vista, un componente de maquinaria sencillo y común para la transmisión de potencia, la transferencia de potencia direccional, el control de velocidad, la sincronización de movimientos y el ajuste de par.
Como bien saben los ingenieros de diseño mecánico, esos fines se consiguen a menudo con medios muy técnicos. Una caja de cambios completa empleará varios juegos de engranajes para obtener un rendimiento óptimo con una especificación determinada. Hay que tener en cuenta la altura, anchura y paso de los dientes; dependiendo de las cargas a las que esté sometido el juego de engranajes, la composición o metalurgia de la rueda también es un factor a tener en cuenta. Hay engranajes de todas las formas y tamaños: engranajes rectos, helicoidales, helicoidales sinfín, cónicos, hipoidales y muchos más. La lubricación desempeña un papel importante en el funcionamiento y la longevidad del equipo.
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En un conjunto de engranajes, un engranaje acciona con la entrada de energía, mientras que el otro es accionado a la salida de energía. Sin embargo, parte de esa energía se pierde inevitablemente debido a la fricción, ya que los dientes de los engranajes se deslizan unos contra otros. Los lubricantes están diseñados para minimizar esta pérdida de energía reduciendo el coeficiente de fricción, lo que a su vez disminuye la generación de calor entre los dientes engranados. Idealmente, el calor residual se aleja de los engranajes y se disipa en el depósito de aceite de las cajas de engranajes lubricadas por salpicadura, o se aleja de la zona de contacto en las aplicaciones más lentas lubricadas con grasa.
Un ingeniero de lubricación puede prolongar considerablemente la vida útil de una caja de cambios siguiendo directrices básicas como el cumplimiento de las recomendaciones de los fabricantes de equipos originales sobre la viscosidad del aceite, los intervalos de cambio, la limpieza y las temperaturas de funcionamiento. Sin embargo, las condiciones del mundo real suelen llevar las cajas de cambios al límite, poniendo a prueba tanto el diseño como la diligencia de los equipos de mantenimiento.
¿Qué deben tener en cuenta los ingenieros de diseño y lubricación para que la caja de cambios sea fiable a largo plazo? ¿Cómo se formula el lubricante adecuado? ¿Cómo puede ayudar el análisis de aceite usado a predecir cuándo ha llegado el momento de sustituir el aceite? Una forma de responder a estas preguntas es examinar los modos habituales de fallo de las cajas de cambios y comprender cómo una lubricación adecuada puede ayudar a prevenirlos. La prevención es la clave, aunque incluso los equipos mejor mantenidos acabarán necesitando una reconstrucción.
Póngase
El desgaste es el resultado natural de la fricción que elimina gradualmente capas microscópicas de metal de los dientes de los engranajes. Adopta muchas formas, con un ligero desgaste o «pulido» a menudo esperado durante el arranque inicial o el período de rodaje del equipo. La mayoría de los aceites para engranajes contienen aditivos para combatir el desgaste, pero estos aditivos son consumibles y se agotan con el tiempo, especialmente en condiciones de carga elevada.
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Cuando los dientes de los engranajes están expuestos constantemente a cargas pesadas, pueden producirse formas más graves de pérdida de material, como rozaduras, gripado o estrías. Las transmisiones por engranajes están diseñadas con capacidades de carga específicas y, si se observa un desgaste excesivo, puede ser necesario utilizar un aceite de mayor viscosidad para aumentar la película de fluido entre los dientes del engranaje. Sin embargo, existe un delicado equilibrio: si la viscosidad del aceite es demasiado alta, el engranaje motriz tendrá que superar tanto la presión de la película de fluido como la fricción entre los dientes, desperdiciando más energía de entrada en forma de calor.
El desgaste abrasivo es otro motivo de preocupación, a menudo causado por partículas suspendidas en el aceite. Por ello, el análisis del aceite usado en busca de metales de desgaste y contaminantes es crucial para controlar la salud de la caja de cambios. Del mismo modo, el desgaste corrosivo puede deberse a la presencia de ácidos en el sistema, donde los componentes polares atacan la superficie metálica, provocando óxido o corrosión. Estos nuevos puntos abrasivos pueden empeorar los patrones de desgaste.
La entrada de agua también acelera el desgaste, ya que las moléculas de agua superan a los aditivos del aceite en la protección de la superficie metálica, dejándola vulnerable a la presión de la aplicación. Controlar el contenido de agua mediante pruebas de aceite usado es clave para evitar daños mayores. Especialmente en las plantas alimentarias, donde las cajas de engranajes se someten a procedimientos de lavado regulares, es posible que el agua contamine el depósito de aceite. El agua es más densa que el aceite y se deposita en el fondo del depósito. Si se sospecha que hay contaminación por agua, el agua debe drenarse del depósito a través del sistema de drenaje del depósito antes de la puesta en marcha para evitar el desgaste.
Fatiga y rotura
Cuando los engranajes se someten a cargas pesadas durante el arranque o experimentan picos de presión repentinos durante el funcionamiento, la fricción resultante genera un calor intenso. Si el lubricante no controla este calor, pueden producirse daños graves como picaduras o desconchados en los dientes del engranaje. Con el tiempo, esta fatiga, o una presión excesiva que supere la capacidad de diseño del engranaje, puede provocar su rotura.
Afortunadamente, los aditivos de Extrema Presión (EP) de los lubricantes están diseñados para resolver este problema. Cuando se activan por el calor y la presión, estos compuestos polares se adhieren a las superficies metálicas expuestas, formando una barrera química protectora de sacrificio. Esta barrera ayuda a evitar las picaduras y el gripado de los dientes de los engranajes. No todas las aplicaciones de engranajes requieren aditivos EP, por lo que no todos los aceites para engranajes los contienen. Sin embargo, si su sistema está expuesto a cargas pesadas o de choque, el uso de un aceite EP es esencial para proteger su equipo.
Conclusion
Cuando se trata de la lubricación de cajas de engranajes, el análisis del aceite usado es la herramienta más eficaz para controlar indicadores clave como las concentraciones de metales de desgaste, el agotamiento de aditivos, los cambios de viscosidad, la entrada de agua y la acumulación de subproductos oxidativos ácidos. Los intervalos de cambio de aceite varían en función de la aplicación. Aunque los aceites para engranajes están formulados con aditivos para combatir las causas más comunes de avería, tanto el lubricante como los componentes de los engranajes tienen límites físicos y químicos. Para garantizar que su maquinaria crítica siga funcionando, consulte siempre a su proveedor de lubricantes o al fabricante de la caja de engranajes para solucionar problemas y obtener asistencia.
