Cómo elegir reductor para grúa: guía de selección y cálculo
La selección del reductor para grúa condiciona directamente la eficiencia de transmisión y la vida útil del mecanismo de elevación. Este artículo analiza los cuatro tipos principales de reductores —engranajes cilíndricos de dientes endurecidos, planetarios, cicloidales y de tornillo sin fin— comparando su eficiencia de transmisión, capacidad de carga, relación de transmisión y condiciones de servicio, y ofrece un proceso completo de selección, así como pautas de instalación y mantenimiento para que los ingenieros determinen rápidamente la solución más adecuada.
Tipos de reductores para grúa y sus aplicaciones
El reductor para grúa es el componente de transmisión central que conecta el motor eléctrico con el tambor. Su función es convertir la alta velocidad y el bajo par del motor en la baja velocidad y el alto par que requiere el tambor. Según la norma ISO 4301 / FEM 1.001 (equivalente a la ISO 4301 / FEM 1.001) sobre especificaciones de diseño de grúas, el mecanismo de elevación debe equiparse con un reductor acorde a la clase de funcionamiento prevista, de modo que se satisfaga el espectro de cargas de cada condición de servicio. Kelude Industrias Pesadas incorpora múltiples configuraciones de reductores en sus polipastos eléctricos y puentes grúa, tal como se compara a continuación.
1. Reductor de engranajes cilíndricos de dientes endurecidos
El reductor de engranajes de dientes endurecidos presenta una dureza superficial de HRC 58~62, se fabrica mediante cementación y temple, y alcanza una eficiencia de transmisión del 96%~98%, lo que lo convierte en el tipo más extendido en el sector de la grúa. Su configuración habitual es la de tres etapas con eje paralelo, donde el eje de entrada y el de salida se disponen en paralelo; la relación de transmisión abarca de 3,15 a 100 y el par nominal de salida puede superar los 200 kN·m.
El reductor de engranajes de dientes endurecidos de la serie QY de Kelude Industrias Pesadas se diseña con un enfoque modular, alcanza el grado 6 de precisión según la norma ISO 4306 (equivalente a la GB/T 10095) y presenta un nivel de ruido inferior a 75 dB(A). Es adecuado para mecanismos de elevación de puentes grúa y grúas pórtico de clase A3 a A7, con un funcionamiento suave y un mantenimiento sencillo.
2. Reductor planetario
El reductor planetario se compone de un engranaje solar, engranajes planetarios y una corona interior. Su diseño compacto ocupa solo entre 1/3 y 1/2 del volumen de un reductor de dientes endurecidos de igual par. Ofrece una eficiencia de transmisión del 94%~97% y una relación de transmisión muy amplia, de 3,15 a 2000, con una longitud axial reducida, lo que lo hace idóneo para polipastos eléctricos integrados y cabrestantes en espacios confinados.
Este tipo de reductor emplea un mecanismo de distribución de carga entre los engranajes planetarios, lo que permite obtener relaciones de transmisión elevadas incluso en una sola etapa. Sus inconvenientes son una mayor complejidad constructiva y un coste de fabricación más alto, así como unos requisitos estrictos de lubricación y enfriamiento. En aplicaciones con cargas cíclicas elevadas, debe evaluarse la vida a fatiga del portador planetario.
3. Reductor cicloidal
El reductor cicloidal se basa en el engrane entre un perfil cicloidal y pasadores de aguja. Su eficiencia de transmisión es del 90%~94% y su relación de transmisión oscila entre 11 y 87, con una excelente capacidad de sobrecarga y resistencia a impactos. Su principal ventaja reside en el elevado número de dientes en contacto simultáneo (normalmente hasta un tercio del total), lo que reduce la carga por diente y prolonga la vida útil.
Este tipo se emplea ampliamente en puentes grúa metalúrgicos y puentes grúa de colada, donde las condiciones de servicio son severas. Kelude Industrias Pesadas recomienda la solución cicloidal para la manipulación de acero fundido a alta temperatura, ya que su resistencia a los impactos es de 2 a 3 veces superior a la de un reductor de dientes endurecidos convencional, y no exige cambios frecuentes de aceite lubricante.
4. Reductor de tornillo sin fin
El reductor de tornillo sin fin ofrece la ventaja del autobloqueo, de modo que la carga permanece en su posición sin descender en caso de corte del suministro eléctrico. Su eficiencia de transmisión es del 50%~85% y su relación de transmisión va de 5 a 100. El tornillo sin fin se fabrica normalmente en acero aleado templado y rectificado, mientras que la corona es de bronce al estaño ZCuSn10P1 fundido por centrifugación; ambos elementos deben emparejarse para garantizar la precisión del engrane.
Gracias a su función de autobloqueo, este reductor se utiliza con frecuencia en polipastos manuales de cadena y grúas de brazo. No obstante, en aplicaciones de alta potencia se está sustituyendo progresivamente por otras soluciones debido al calor generado y a su menor eficiencia. Según la norma ISO 4306 (equivalente a la JB/T 10226) para reductores de polipasto eléctrico, para capacidades de elevación superiores a 5 t no se recomienda un diseño exclusivamente de tornillo sin fin; en su lugar, puede optarse por una estructura combinada de tornillo sin fin y engranajes para mejorar la eficiencia.
Comparativa técnica de los cuatro tipos de reductores
Para facilitar la decisión de selección, la siguiente tabla compara los cuatro tipos de reductores en cuanto a eficiencia de transmisión, relación de transmisión, capacidad de carga y condiciones de servicio. Los valores de referencia se basan en los criterios de diseño para sistemas de transmisión de mecanismos de elevación de la norma ISO 4301 / FEM 1.001 (equivalente a la ISO 4301 / FEM 1.001) y en los datos de inspección de tipo de la norma ISO 4306 (equivalente a la JB/T 10226) para reductores de polipasto eléctrico.
| Elemento de comparación | flanco de diente endurecidoCilíndricoEngranaje | engranaje planetario | Cicloide | engranaje de tornillo sin fin |
|---|---|---|---|---|
| Eficiencia de transmisión | 96%~98% | 94%~97% | 90%~94% | 50%~85% |
| Relación de transmisiónRango | 3.15~100 | 3.15~2000 | 11~87 | 5~100 |
| Capacidad de carga | Media-alta(≤200kN·m) | Alta(Tamaño compacto) | Alta(Resistencia a impactos) | Media-baja(≤30kN·m) |
| Función de autobloqueo | Sin | Sin | Sin | Con |
| LubricaciónMétodo | Baño de aceite/ForzadaLubricación | GrasaLubricación/Baño de aceite | Lubricación por Baño de Aceite | Baño de aceite(Alta generación de calor) |
| Nivel de ruido | ≤75dB(A) | ≤72dB(A) | ≤70dB(A) | ≤68dB(A) |
Proceso de selección del reductor y claves de cálculo
La selección del reductor para grúas debe seguir el principio de decisión en tres pasos: "la clase de funcionamiento define el nivel, la carga define el par, y la relación de transmisión define el modelo". En primer lugar, se determina la clase de funcionamiento de la grúa completa A1~A8 según la norma ISO 4301 / FEM 1.001 (equivalente a la norma ISO 4301 / FEM 1.001), y a continuación se selecciona el coeficiente de servicio f₁ del reductor correspondiente al espectro de carga del mecanismo de elevación, garantizando que la potencia nominal del reductor satisfaga los requisitos reales de la aplicación.
Primer paso: definir las condiciones de entrada: potencia del motor P (kW), velocidad de rotación del motor n₁ (r/min), velocidad de rotación del tambor n₂ (r/min), carga de elevación Q (kN) y diámetro del tambor D (mm).
Segundo paso: calcular la relación de transmisión total i=n₁/n₂, que servirá como valor de referencia para la selección del modelo.
Tercer paso: calcular el par en el tambor T=Q×D/2; considerando la multiplicidad del polipasto m, el par de salida del reductor será T₂=T/m.
Cuarto paso: seleccionar el tipo de reductor según la aplicación.
Para grúas pórtico y puente convencionales, se recomienda la solución de flanco de diente endurecido por su mejor relación calidad-precio.
Para polipastos eléctricos y equipos compactos, se recomienda la solución planetaria por su reducido volumen y peso.
Para aplicaciones metalúrgicas de alta temperatura, se opta por la solución cicloidal, resistente a impactos y a la fatiga.
Para aplicaciones manuales y de carga ligera, el engranaje de tornillo sin fin es adecuado, aprovechando su característica de autobloqueo para simplificar el diseño del frenado.
El equipo técnico de Kelude ofrece un servicio gratuito de cálculo de selección y comparación de alternativas.
Quinto paso: verificación del factor de seguridad. El par de salida admisible del reductor [T₂] debe ser mayor que el producto del par calculado T₂ por el coeficiente de servicio f₁, es decir, [T₂]≥f₁×T₂. El coeficiente de servicio f₁ se selecciona según la norma JIS B 8825 (norma industrial japonesa): M3~M4 toma 1.0, M5 toma 1.25, M6 toma 1.6, M7 toma 2.0, M8 toma 2.5. Asimismo, debe verificarse la velocidad admisible del eje de entrada del reductor para evitar el sobrecalentamiento y fallo de los rodamientos por exceso de velocidad.
Instalación, puesta en marcha y mantenimiento preventivo
La calidad de la instalación del reductor influye directamente en la vida útil del sistema de transmisión y en la seguridad operativa. Antes de la instalación, debe comprobarse la nivelación de la superficie de apoyo, con una desviación ≤0.2mm/m, y la alineación de ejes del acoplamiento, con una desviación radial ≤0.05mm y una desviación frontal ≤0.03mm. Conforme a los requisitos de tolerancia de montaje de componentes de transmisión de la norma ISO 16625 (equivalente a la norma ISO 4301 / FEM 1.001), los reductores de Kelude salen de fábrica con aceite para engranajes industriales de media carga N320 hasta el nivel medio de la mirilla. Tras la instalación en obra, se debe realizar el primer cambio de aceite después de las primeras 200 horas de funcionamiento; posteriormente, el cambio se realizará cada 500 horas o cada 6 meses, lo que ocurra primero.
La inspección periódica debe centrarse en los siguientes puntos: comprobar si el ruido de funcionamiento es normal (ausencia de ruido anormal o golpes periódicos), si la temperatura de la superficie de la carcasa supera los 85℃ (la temperatura del aceite no debe exceder los 90℃), si hay fugas de aceite en las superficies de sellado, y si los pernos de anclaje y los pernos del acoplamiento están flojos. En invierno, cuando la temperatura ambiente sea inferior a -10℃, se debe sustituir el aceite por uno de baja viscosidad N220 para evitar problemas de arranque por congelación del lubricante.
| InspecciónElemento de comparación | Requisito técnico/Cláusula de la norma | InspecciónMétodo |
|---|---|---|
| EngranajePatrón de contacto | Altura del diente≥45% Longitud del diente≥60% | Método de tinte(Minio) |
| Juego lateral | Módulo2~5:0.08~0.25mm | Galga de espesores/Método de plomo comprimido |
| Funcionamiento en vacíoEnsayo | Ambos sentidos≥30min Sin anomalías | JB/T 10226-2018 |
| Funcionamiento con cargaEnsayo | carga nominalOperación≥2h | Temperatura del aceite≤90℃ Sin fugas |
| SelladoPropiedadEnsayo | CadaSelladoSuperficie sin fugas | Inspección visual+Limpieza con papel blanco |
| RodamientoElevación de temperatura | Elevación de temperatura≤40K Máxima≤85℃ | Termómetro infrarrojo |
Las vibraciones anómalas y el ruido en el reductor son signos frecuentes de fallos inminentes. Si se detectan golpes periódicos, inspeccione los flancos de los engranajes por si presentan picaduras o descamación; si aparece un silbido agudo, suele deberse a un juego lateral insuficiente o a una lubricación deficiente. Si el aceite para engranajes del reductor se ha degradado (color oscurecido o presencia de polvo metálico), sustitúyalo de inmediato y localice el origen del desgaste para evitar daños en cadena.
Datos clave para la selección del reductor
Rendimiento
η
Dientes endurecidos 96~98% Planetario 94~97% Cicloidal 90~94% Tornillo sin fin 50~85%
Relación de transmisión
i
Carga ligera ≤5t: 20~60 Carga media 5~20t: 40~100 Carga pesada >20t: 60~200
Coeficiente de servicio
f₁
M3~M4: 1.0 M5: 1.25 M6: 1.6 M7: 2.0 M8: 2.5
Temperatura de trabajo
T°C
Funcionamiento normal: 60~85°C Temperatura máx. del aceite: ≤90°C Alarma/parada: ≥95°C
Intervalo de cambio de aceite
Tₕ
Primer cambio: 200h Régimen normal: 500h/6 meses Alta temperatura: 300h/3 meses
Alineación de ejes
Δ
Desviación radial ≤0.05mm Desviación frontal ≤0.03mm Desviación angular ≤0.1°
Lecturas recomendadas
ISO 4301 / FEM 1.001 — Norma de diseño de grúas: 9 combinaciones de cargas y método de selección según la Clase de Funcionamiento de A1 a A8 — Norma fundamental para el diseño de grúas; define la Clase de Funcionamiento y las combinaciones de cargas que deben aplicarse en la selección del reductor.
JIS B 8825 — Norma para reductores de grúa: interpretación — Requisitos técnicos para reductores según la norma industrial japonesa, incluyendo precisión de engranajes, vida útil de rodamientos y especificaciones de lubricación.
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ISO 16625 — Guía de selección y mantenimiento de tambores de cable y poleas — Norma internacional para la selección y el mantenimiento de los componentes de transmisión del tambor y la polea, base de diseño para el acoplamiento con el lado de salida del reductor.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué diferencias hay entre un reductor de engranajes de dientes endurecidos y un reductor planetario en un polipasto eléctrico?
R: El reductor de engranajes de dientes endurecidos emplea una estructura de eje paralelo de tres etapas: es más voluminoso pero de menor coste, con un rendimiento del 96%~98%, y es adecuado para polipastos eléctricos de cable tipo CD1/MD1. El reductor planetario, compuesto por engranaje solar, engranajes planetarios y corona interior, reduce la longitud axial en un 40%~60% y ofrece un rendimiento del 94%~97%; se utiliza principalmente en polipastos compactos y de dos velocidades tipo MD1. Según la norma JB/T 10226 para reductores de polipasto eléctrico, para cargas inferiores a 5t pueden emplearse ambos tipos; para cargas superiores a 5t se recomienda priorizar el reductor de dientes endurecidos para garantizar la disipación térmica y la fiabilidad a largo plazo.
P: ¿Qué establece la norma ISO 4301 / FEM 1.001 sobre el coeficiente de servicio del reductor?
R: Según el apartado 4.2.3 de la norma ISO 4301 / FEM 1.001 «Especificación para el diseño de grúas», la selección del reductor del mecanismo de elevación debe realizarse aplicando el coeficiente de servicio f₁, que se corresponde directamente con la clase de funcionamiento de la grúa: para las clases A1~A2 se toma 0,8; para A3~A4, 1,0; para A5, 1,25; para A6, 1,6; para A7, 2,0; y para A8, 2,5. En la selección, el par admisible del reductor debe ser ≥ f₁ × par calculado real. Este es un punto de verificación obligatorio en el Ensayo de Tipo.
P: ¿Qué hacer si el reductor presenta ruidos anómalos y vibraciones durante el funcionamiento?
R: La detección de ruidos anómalos en el reductor debe realizarse siguiendo estos pasos: primero, identificar el tipo de ruido —un golpeteo periódico suele indicar picaduras en el flanco del diente o rotura de dientes, mientras que un silbido agudo apunta a un juego lateral insuficiente o a una lubricación deficiente—; segundo, comprobar el nivel y el estado del aceite, sustituyendo inmediatamente por aceite N320 para engranajes si el nivel es bajo o si el aceite está emulsionado o degradado; tercero, utilizar una pistola termométrica infrarroja para verificar que la elevación de temperatura del rodamiento no supere los 40 K; si se excede el límite, detener la máquina y desmontar el rodamiento para su inspección. Los reductores de Kelude Industrias Pesadas se someten a pruebas de funcionamiento en vacío y con carga antes de salir de fábrica.
P: ¿Cuál es el intervalo de reemplazo y el grado de viscosidad del aceite para engranajes del reductor de la grúa?
R: El aceite para engranajes del reductor debe sustituirse obligatoriamente tras las primeras 200 horas de funcionamiento (para eliminar las partículas metálicas del período de rodaje) y, posteriormente, cada 500 horas o cada 6 meses, lo que ocurra primero. En condiciones de servicio estándar, se utiliza aceite industrial para engranajes de carga media N320 (viscosidad cinemática a 40 °C de 288~352 mm²/s); en condiciones de alta temperatura (temperatura del aceite >85 °C), se emplea aceite de alta viscosidad N460; y a temperaturas invernales inferiores a -10 °C, se recomienda aceite de baja viscosidad N220. El nivel de llenado debe ajustarse a la línea central del visor de aceite; un exceso de aceite provoca una disipación deficiente del calor y fugas por los sellos.
P: Si el reductor de tornillo sin fin genera tanto calor, ¿por qué se sigue utilizando en grúas?
R: Debido a la naturaleza de su transmisión por fricción deslizante, el reductor de tornillo sin fin convierte entre el 15 % y el 50 % de la potencia de entrada en calor, con un rendimiento de solo el 50 % al 85 %, por lo que efectivamente genera un calor considerable. Sin embargo, su ventaja irremplazable reside en su capacidad de autobloqueo: cuando el ángulo de hélice del tornillo sin fin es inferior al ángulo de fricción, la corona no puede arrastrar el tornillo en sentido inverso tras un corte de suministro eléctrico, logrando así un frenado automático. Esta característica resulta esencial en equipos manuales como el polipasto manual de cadena o la grúa de brazo, y ofrece una mayor fiabilidad en la protección anticaídas que la solución de doble freno.
P: Entre el reductor cicloidal y el reductor planetario, ¿cuál es más duradero en un puente grúa metalúrgico?
R: En el Puente Grúa Metalúrgico, sometido al transporte de acero fundido a alta temperatura y a frecuentes cargas de impacto, el reductor cicloidal ofrece una mayor durabilidad. Su número de dientes en contacto simultáneo supera un tercio del total, por lo que la carga sobre cada diente es solo de 1/5 a 1/3 de la de un flanco de diente endurecido, lo que le confiere una resiliencia superior a la de la estructura planetaria. Aunque el reductor planetario es más compacto, sus engranajes están soportados en voladizo, lo que puede provocar grietas por fatiga en el portasatélites bajo condiciones de inversión frecuente y cargas de impacto. Kelude Industrias Pesadas incorpora de serie el reductor cicloidal en el mecanismo de elevación de sus Puentes Grúa de Colada, alcanzando una vida útil superior a 10 años.
Este artículo ha sido elaborado por el centro técnico de Kelude Industrias Pesadas. Los datos citados proceden de normas nacionales y sectoriales como ISO 4301 / FEM 1.001 «Especificación para el diseño de grúas», JB/T 10226 «Reductor para polipasto eléctrico» y JIS B 8825 «Reductores para grúas». Kelude Industrias Pesadas ofrece una gama completa de productos, incluyendo polipastos eléctricos de cable CD1/MD1, reductores de engranajes de dientes endurecidos de la serie QY y reductores cicloidales, así como servicios de cálculo y selección personalizados para condiciones de trabajo no estándar.
