Torque y Torquímetros

HERRAMIENTAS
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Foto: precisionenginetech.com
Torque y Torquímetros:
Mucho más que Apretar Tornillos
Kenny Parsons*
Subgerente Sumincol
Los operarios
tienen la mala
tendencia de
‘sobretorquear’
un perno, en
promedio, 20
por ciento.
Camilo Marin Villar
Coordinador Metal Actual
Es necesario para la
industria conocer los
conceptos básicos del
proceso de torque,
los instrumentos,
sus características,
rangos de medición,
selección, aplicación
correcta y cuidados
indispensables para
mantenerlos en
óptimas condiciones.
Definitivamente, la rigurosidad, exactitud y obsesión por
la precisión es una verdadera virtud en la industria; de
hecho, en el trabajo diario, a los profesionales del sector
se les exige cada vez mayor esmero en la realización de
sus labores; a la vez que, los fabricantes de máquinas y
herramientas se esfuerzan por diseñar y construir equipos de alta calidad para alcanzar máximo rendimiento y
reducir posibles errores que, en muchos casos, pueden
ser fatales.
Un excelente ejemplo de lo anterior son los torquímetros: instrumentos de precisión utilizados para aplicar el
torque (apriete) exacto en los tornillos, pernos, tuercas
y sujetadores de las piezas mecánicas de una máquina,
motor o componente (según las recomendaciones de los
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fabricantes), sin distorsionar el material o partes adyacentes. Dichas herramientas son empleadas en diversos
sectores como el siderúrgico, aeronáutico, minero,
militar, el petrolero, la industria química y los talleres y
concesionarios de vehículos de toda clase, en los que se
requiere precisión al máximo.
Hasta hace algunos años, el torque era una variable
poco atendida y muchas veces subestimada, reducida
simplemente a “dar vueltas a un tornillo” hasta que la
pieza quedara firme; pero, hoy día, con los nuevos diseños, adelantos tecnológicos y búsqueda de ahorro en los
procesos de producción, los requerimientos de calidad y
precisión en el ensamble están tomando cada vez mayor
importancia.
Y es que, cuando una llave aprieta un perno o un tornillo, la fuerza rotacional, o torque, hace que el perno se
estire conforme las roscas se asientan estrechamente una
contra la otra, lo que causa tensión y el correspondiente
estrés de la fuerza de compresión (fuerza de clampeo)
entre los materiales a unir en la “junta”. El objetivo del
torquímetro es aplicar la fuerza suficiente sobre las roscas para que el perno no se afloje, sin ser excesiva como
para que el metal de la junta o el elemento de unión,
por fatiga, se fracture.
Este rango puede ser muy pequeño, y lograr la tolerancia correcta, marca la diferencia entre una máquina que
opere sin problemas y una que incluso deje de funcionar.
correcto a los tornillos de los motores o a los pernos
de unión de las alas de un avión, estos se aflojarían y
terminarían por romperse en pleno vuelo.
Frente al tema, Duane Vallejos, coordinador de entrenamientos de torque de la compañía Snap-On Tools, fabricante de instrumentos y herramientas de precisión, explica
que generalmente en todos los escenarios industriales,
dónde las condiciones de trabajo exigen que los elementos
de unión mecánica lleven un par de apriete muy exacto,
los mayores problemas son causados por errores del usuario final. Según Vallejos, los técnicos en todo el mundo
tienden a ‘sobretorquear’ un perno en promedio 20 por
ciento en exceso, con lo que los sujetadores comienzan a
perder su elasticidad y tienden a romperse.
Pero en sí, ¿qué es el torque?
El torque, también conocido como ‘momentum’ o
momento de fuerza, par de apriete, brazo de palanca
o “momento de torsión”, es un efecto de giro, ejercido
por una fuerza que actúa a una distancia sobre un cuerpo (en este caso, tornillo, tuerca o perno). El torque es
igual a la fuerza aplicada multiplicada por la distancia
perpendicular, entre la línea de acción de fuerza, y el
centro de rotación en el que se aplica. La fórmula básica
de torque es: L (distancia) x F ( Fuerza) = T (Torque).
En el caso del equipo militar o las aeronaves, por ejemplo, el torque es literalmente cuestión de vida o muerte;
en este caso, un torquímetro debe garantizar que los
sujetadores estén bien apretados dentro de su rango de
tolerancia y que así permanezcan, incluso, después de
un uso prolongado. Si no se aplicará un torque o apriete
Gráfico: Catalogo Williams Tools 2008 Página 40.
Copyright Snap-On Incorporated 2007.
Por ejemplo: Una palanca de 2 pies que ejerce
una fuerza de 200 lbs en ángulo recto sobre un
perno, produciría un torque de 400 libras pie.
Cortesía: Sumincol SAS.
Con el uso de los torquímetros se busca la fuerza de
ajuste precisa y deseada, según el procedimiento o las
especificaciones establecidas por el diseñador del proceso por lo general, el fabricante del equipo, la máquina o
la pieza sobre la cual se va a trabajar.
Coordinador de entrenamiento en torque de
Snap-on Tools, Duane Vallejos, brinda capacitación
a Policía Nacional, en la base Guaymaral.
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En el caso de los fabricantes de vehículos, por ejemplo,
desde hace más de cinco décadas existen tablas establecidas con secuencias de torque que deben seguirse fielmente para garantizar la seguridad y funcionamiento de
los motores. En Colombia, Empaquetaduras Fraco edita
manuales completos con instrucciones de aplicación de
torque según el tipo de motor y fabricante, para los más
comunes en el mercado nacional. (Ver tabla 1).
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Tabla. 1. Ford
Motor
Cilindraje (c.c.)
410
6.719
Cilindro (D)
Carrera (L)
4.050”
3.984”
Año Motor:
País de Origen
66-67
U.S.A.
Tipo
Gasolina
Orden de apriete de la culata (cámara)
HG-2682110-NR
Tabla de torques
Culata (cámara)
1er apriete
25 lb-pie
2do apriete
50 lb-pie
3er apriete
80 – 90 lb-pie
4to apriete
100 – 110 lb-pie
Bancada
95-105 lb-pie
Biela
40-45 lb-pie
Volante
70 lb-pie
Polea (damper)
90 lb-pie
Árbol de levas
45 lb-pie
Tapa de válvulas
5 lb-pie
Tapa de carter
5-8 lb-pie
Tolerancia ± 10%
Aplicaciones: F-350 / F-600 / F850
Fuente: Manual de Torques y Puesta a Punto, página 308.copyright Empaquetaduras Fraco, octubre 2008.
Hay varios factores que afectan la relación entre el torque
y la fuerza de agarre de los pernos o tornillos; algunos
de estos factores son: el tipo de lubricante utilizado en
los hilos del tornillo; el material del cual los pernos y las
tuercas están hechos; el tipo de arandelas utilizadas; la
clase y terminación de los hilos del tornillo, entre otros;
por ello, no es posible determinar una relación definitiva
entre el torque y la fuerza de agarre que sea aplicable
de manera generalizada a todos los equipos o tornillos
y es indispensable el uso del instrumento en cada caso.
A continuación, un ejemplo de la distribución de la
fuerza en un ajuste:
Gráfico: Catalogo Williams Tools 2008. Página 40.
Copyright Snap-on Incorporated 2007.
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1. Fricción en la
cabeza del perno:
45% - 55%
2. Fricción en los
hilos: 35% - 45%.
3. Fuerza de Agarre:
10%.
Solamente una pequeña parte del torque,
aplicado a un perno, contribuye a la fuerza
de ajuste; el torque sobrante, hasta el 90 por
ciento, se utiliza para superar la fricción en la
cabeza del perno (o entre este y la arandela) y la
fricción de los hilos.
Por esto es vital asegurar el ajuste a las
especificaciones establecidas por el fabricante,
no se quiere un perno muy justo, ni muy suelto.
Por su principio, el torque se expresa siempre en una
unidad de distancia combinada con una unidad de fuerza. Según el Sistema Internacional, la unidad base es el
Newton Metro, Nm, pero existen en la industria otras
unidades utilizadas de manera más cotidiana como: lb.ft
(libras-pie), lb.in (libras-pulgada), oz.in (onzas-pulgada),
Ncm (newton-centímetro).
La norma internacional que rige los instrumentos torque, a nivel internacional, es la ISO 6789 y a nivel colombiano la NTC 5330, las cuales regulan su fabricación
y calibración.
Tipos de Torquímetros
Diferentes fabricantes en el mercado han diseñado instrumentos de torque de precisión según el propósito de
su uso, entre los más comunes están:
• Torquímetro de click: es el instrumento de torque más
popular de la industria, en la punta del torquímetro se
ubica una llave o dado hexagonal con la medida del perno a apretar, su funcionamiento es manual y de aplicación directa; es decir, en este tipo de torquímetros, el
torque deseado se determina antes de efectuar la operación en un anillo con escalas grabadas en el vástago
en sistema inglés y sistema métrico decimal por láser, y
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se muestran de manera horizontal en el vástago y de
manera vertical en el mango. Una vez se aplica la fuerza,
al llegar al valor de tensión preciso y requerido, el instrumento produce un salto o disparo audible, un sonido
o click.
Al finalizar la fuerza en el torquímetro, automáticamente éste queda preparado para una nueva operación.
Generalmente, todas las partes del torquímetro están
hechas de acero y templadas para evitar el desgaste; las
partes externas tienen un recubrimiento de níquel y cromo para prevenir la oxidación. La posición de la palanca
de la cabeza de la matraca permite dos posiciones con
acción de matraca para giro a la izquierda o a la derecha
y posición fija con la palanca al centro. Estos instrumentos tienen una fuerza de torque desde 120 lb.in a 3.000
lb.ft, según el fabricante.
Según Duane Vallejos, aunque, bien calibrados y empleados correctamente, los torquímetros tipo click tienen un rango bajo de error, (de ± 4 por ciento), con dichos instrumentos, por lo general, se cometen errores y
sobretorqueos ya que, si no se cuenta con instrumentos
adicionales y especiales de medición, es imposible saber
con certeza el torque aplicado.
Para evitar errores, el experto de Snap-On recomienda
que el operario inicie la operación de apriete con la llave adecuada y para dar finalmente el torque correcto,
tome el torquimetro por el centro de la empuñadura
con una mano, mantenga la quijada recta y alineada al
mango del instrumento, y en el sentido de las agujas del
reloj aplique lentamente la fuerza. En el caso de tuercas
y tornillos izquierdos, la fuerza se hace en sentido contrario a las agujas del reloj. Inmediatamente después de
sentir y escuchar el click, el operario debe evitar seguir
ejerciendo fuerza en la palanca; por en contrario, debe
soltar el instrumento en este punto.
Foto: discardedcrew.com
Foto: www.dirtrider.com
Torquímetro
tipo click.
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Si el operario no está seguro que el
torque aplicado ha sido el correcto,
entonces es necesario volver a soltar el perno y nuevamente aplicar
el torque pero, por ninguna razón
debe utilizar el torquímetro para
hacerlo pues esto descalibraría el
instrumento, para aflojar la pieza
lo ideal es emplear un volvedor.
Una práctica común es aflojar un
poco el perno y volver a torquear,
cuando la exactitud es muy necesaria; por ejemplo, en el ajuste de
válvulas, caso en el que se corre el
riesgo de fuga o ruptura de los empaques aislantes del sistema. Cuándo el operario termina de utilizar
el torquímetro, al final del día,
debe guardarlo en su respectivo estuche con la lectura más baja, pues
el resorte interno, al quedar comprimido, pierde sus características
de tensión y sale de calibración.
Según afirma Vallejos, la vida útil
de este instrumento es de aproximadamente 20.000 ciclos, según las
especificaciones, pero los torquímetros cuidados adecuadamente
duran muchos más. Lo importante
es no olvidar hacer una revisión
cada año en un laboratorio debidamente certificado. En Colombia
Sumincol cuenta con un laboratorio de torque acreditado por la Superintendencia de Industria y Comercio en la norma ISO17025, que
rige este tipo de laboratorios.
Foto: carcraft.automotive.com
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• Electrónicos: Estos torquímetros
son muy precisos ya que cuentan
con un visor electrónico en el que
se selecciona el torque requerido,
hay instrumentos desde 4 lbi.in hasta 600 lb.ft. Los instrumentos electrónicos son afectados por la gravedad y por ello antes de montarlo
sobre un perno para cualquier operación, bien sea vertical u horizontal, es necesario colocarlos en cero
absoluto y después emplearlo. Si no
se ajusta el cero absoluto antes de
realizar el torque se puede perder
hasta un 4 por ciento de precisión.
Los torquímetros de este tipo son
extremadamente exactos, cuentan
Torquímetro
tipo reloj.
con un sistema digital en el que se
elige la unidad base de medida, el
torque requerido e incluso el ángulo de apriete. El gran beneficio de
este instrumento radica en que la
pantalla digital muestra el torque
aplicado, con lo que se puede tener
certeza de la operación, lo cual no
es posible en otros torquímetros.
Es importante mencionar que
cuando se enciende un instrumento de torque digital, éste genera
un cero automático y por ello no
hay que tomarlo por el lado de la
cabeza pues, la carga eléctrica de
la mano, puede afectar la lectura. Por cada perno u operación de
apriete, es necesario llevar el instrumento a cero total. Algunos de
los torquímetros digitales, cuentan
con una memoria que guarda los
ciclos aplicados, hasta 300 ciclos.
Con todos los instrumentos y, particularmente, con los electrónicos
hay que tener sumo cuidado pues
un sobretorqueo mayor a 25 por
ciento puede generar problemas de
calibración. También debe tenerse
en cuenta que estos aparatos son
afectados por los factores ambientales y por ello hay que considerar las
condiciones climáticas dónde serán
utilizados.
Cortesía: Snap-On Incorporated.
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Torquímetro electrónico o digital.
• Tipo Dial o Reloj: Estos torquímetros poseen una carátula circular
graduada, generalmente en lb.ft. y
Nm, y dos agujas una de las cuales
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indica el torque a aplicar y la otra de memoria, que indica cuál fue el torque máximo aplicado la última vez
según el modelo y fabricante. La carátula giratoria permite elegir entre las escalas internas o externas de la
misma dependiendo del sentido en el que se vaya a aplicar el torque o el tipo de rosca del sujetador; la escala
externa se utiliza para roscas derechas y la escala interna
se utiliza para roscas izquierdas, todas las partes metálicas están hechas de acero templado, las partes externas
tienen un recubrimiento de níquel y cromo. Hay versiones de reloj que logran rangos desde 2 lb.oz hasta 3.000
lb.ft.
Básicamente, el tipo reloj es una versión mejor costobeneficio que el electrónico, es más económico, y antes
de que existieran los digitales, el reloj se empleaba para
torques muy precisos. Otro beneficio, es que pueden
soportar condiciones ambientales más bruscas que los
digitales.
Para este tipo de torquímetro, es importante que el
operario observe la escala del instrumento perpendicularmente (de frente a los ojos) cuando lo está usando,
ya que se puede cometer un error de paralaje; es decir,
no se debe mirar de forma oblicua, ya sea desde arriba o
abajo, pues se leerá otro valor de torque, entre 4 y 5 por
ciento incorrecto, aunque aún con esta falla, la precisión
del torquímetro de reloj es mucho mayor que la de los
tipo click.
Foto: www.expeditionexchange.com
• Destornillador torquímetro: Son instrumentos sencillos
para aplicaciones que no exigen rangos altos de torque,
máximo 40 lb.in. El mercado ofrece destornilladores
de precisión con escala graduada, dial o visor, e incluso también hay instrumentos de este tipo con indicador
electrónico de medida.
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Destornillador
con torquímetro.
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Consejos para la aplicación
correcta de torque
Fotos: www.torquewrench.asia
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Todos los fabricantes de torquímetros incluyen
instrucciones detalladas, algunos cuentan con
tablas de conversión y un certificado de calibración del instrumento. Algunos consejos generales incluyen:
• Se recomienda hacer una calibración inicial.
• No se recomienda hacer conversiones por
que estas son imprecisas. Lo ideal es trabajar con instrumentos graduados en la misma
unidad que se requiere aplicar torque, en el
procedimiento.
• Un torquímetro es un instrumento de precisión y nunca debe ser utilizado rudamente.
• Nunca utilice un torquímetro como una matraca o un ratchet, para apretar constantemente.
• Utilice una tracción suave y constante, sosteniendo el torquímetro por el centro del mango.
• Siempre aplique la fuerza halando, no empujando.
• Al alcanzar el torque preestablecido, quite la
presión del mango. El torquímetro se reestablecerá automáticamente.
• Cuando no utilice un torquímetro de clic, ajústelo en la escala más baja.
• En el caso de ensambles que tienen numerosos sujetadores, se debe apretar cada sujetador un poco a la vez. Se debe seguir la
secuencia establecida por el fabricante.
• Jamás utilice un torquímetro en una tuerca que ya se ha apretado. Para rectificar el
torque hay que aflojar la tuerca y volver a
apretar.
• Nunca utilizar el torquímetro para aflojar los
sujetadores o como un volvedor.
• Cuándo se utiliza un multiplicador de torque,
se debe utilizar un torquímetro para aplicar el
torque de entrada (apriete) o torque de desconexión (afloje), para determinar si se ha alcanzado el torque de desconexión adecuada.
Jamás utilice una llave de impacto sobre un
multiplicador de torque.
• En necesario no superar un intervalo de 12
meses o 5.000 ciclos entre cada calibración
del instrumento,
• Evite el contacto del instrumento con cualquier tipo de líquidos, incluyendo aceites y
agua.
• No coloque el instrumento en superficies irregulares y poco estables y evite que las partes
del mismo sobresalgan de la mesa o superficie. Una vez utilizado el instrumento guárdelo
en su estuche con todos sus accesorios.
Los multiplicadores de par se deben
emplear para aumentar la fuerza de apriete
sin perder precisión y para evitar correr los
riesgos al utilizar las palancas.
Es importante tener en cuenta
que de cada uno de los diferentes
modelos de torquímetros tienen
variaciones diversas, como la unidad
de torque bajo la que se miden y las
aplicaciones.
Adicionalmente, cuentan con una
serie de accesorios como dados de
acople para cada tipo de perno y
multiplicadores de torque, se trata de
mecanismos que aumentan la fuerza
del torque en aplicaciones en los que
un torquímetro no tiene la capacidad.
Los multiplicadores de par (Torque)
funcionan gracias a un sistema de
engranajes planetario, de 3 o 4 engranajes, cuyos dientes están engranados para aumentar la fuerza de la
palanca. Es importante emplearlos
ya que el uso de barras grandes
puede ser peligroso, el multiplicador
de torque reduce la longitud de la
palanca y el esfuerzo del operador.
Estos accesorios también optimizan
el espacio disponible para aplicar el
torque y es mucho más preciso que
la barra, pues se puede aplicar de
forma suave y lenta.
Tal como se ha podido observar los
torquímetros están calibrados para
uso en aplicaciones que requieren
una presión y una exactitud extrema,
como aplicaciones aeroespaciales,
de aviación y militares.
Debido a que son tan importantes,
no hay que escatimar esfuerzos para
que elegir torquímetros precisos y
adecuados a los requerimientos de
la industria; es vital emplearlos correctamente, cuidarlos y guardarlos
en buenas condiciones, ya que no
son llaves sino instrumentos delicados que merecen la misma atención
de un micrómetro o cualquier instrumento de precisión.
Autor
* Kenny Parsons. Subgerente de Suministros
Industriales de Colombia, Sumincol SAS.
Distribuidor autorizado Snap-On para
Colombia y laboratorio de metrología
acreditado en par torsional (torque) por la
Superintendencia de Industria y Comercio,
según resolución 64515 del 15 de diciembre
de 2009. [email protected]
Fuentes
• Duane Vallejos. coordinador de entrenamientos de torque de la compañía Snap-On
Tools. Charla técnica en torque organizada
por Sumincol y Snap-On Tools. Abril 2011.
Duane Vallejos, entrevista técnica torque.
Dvd, editado por Sumincol 2011.
• Catálogo Williams Tools 2008 Página. 40.
Copyright Snap-On Incorporated 2007.
• Manual de torques y puesta a punto. Página 308. Copyright Empaquetaduras Fraco,
octubre 2008.
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