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<\/a><\/p>\nPrecarga: el n\u00facleo de la uni\u00f3n<\/h3>\n
En esencia, un tornillo de una uni\u00f3n con brida funciona como un muelle muy preciso y r\u00edgido. Al apretarlo, se alarga a lo largo de su eje. Este alargamiento crea una fuerza de tracci\u00f3n dentro del tornillo, que es la precarga. Esta tensi\u00f3n interna junta las bridas y crea la fuerza de apriete que mantiene cerrada la uni\u00f3n. Esa fuerza de apriete es el n\u00facleo de la uni\u00f3n.<\/p>\n
Esta fuerza debe ser suficiente para vencer todas las fuerzas externas que intentan separar las piezas, contener la presi\u00f3n interna y evitar el movimiento lateral que provoca el aflojamiento. La regla b\u00e1sica del dise\u00f1o de uniones atornilladas es que la precarga inicial siempre debe ser mayor que las cargas m\u00e1ximas de servicio a las que se ver\u00e1 sometida la uni\u00f3n. Si las fuerzas externas llegan a superar la fuerza de apriete, las piezas de la uni\u00f3n se separar\u00e1n, toda la carga se transferir\u00e1 al perno y aumentar\u00e1 considerablemente el riesgo de fugas y rotura por esfuerzos repetidos.<\/p>\n
El problema del par y la tensi\u00f3n<\/h3>\n
Aunque buscamos obtener precarga, aplicar un par de apriete espec\u00edfico con una llave es el m\u00e9todo m\u00e1s habitual para intentarlo. Sin embargo, la relaci\u00f3n entre el par aplicado y la tensi\u00f3n obtenida en el perno es indirecta, poco eficiente y muy variable. La energ\u00eda del par aplicado no se convierte directamente en precarga \u00fatil; la mayor parte se consume venciendo la fricci\u00f3n en distintos puntos de contacto. En una uni\u00f3n de acero t\u00edpica sin lubricar, la distribuci\u00f3n de energ\u00eda es sorprendentemente ineficiente:<\/p>\n
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- Aproximadamente el 50 % del par de entrada vence la fricci\u00f3n entre la tuerca o la cabeza del tornillo que gira y la superficie de la brida.<\/li>\n
- Aproximadamente el 40 % vence la fricci\u00f3n entre las roscas macho y hembra.<\/li>\n
- Solo el 10 % restante del par de entrada realiza el trabajo \u00fatil de alargar el perno para crear la precarga.<\/li>\n<\/ul>\n
Esta relaci\u00f3n se expresa mediante el factor de tuerca, o factor K, en la ecuaci\u00f3n habitual: T = KDF, donde T es el par, K es el factor de tuerca, D es el di\u00e1metro del perno y F es la precarga deseada. El factor K es un n\u00famero que representa todas las variables de fricci\u00f3n. En elementos de fijaci\u00f3n de acero sobre acero sin lubricar, K puede oscilar normalmente entre 0,18 y 0,25. Este intervalo amplio muestra el problema principal: la misma entrada de par puede producir valores de precarga muy diferentes.<\/p>\n
Por qu\u00e9 la fricci\u00f3n es un problema tan importante<\/h3>\n
Como el 90 % de la energ\u00eda del par se pierde por fricci\u00f3n, cualquier cambio en la fricci\u00f3n afecta directamente a la precarga final. La fricci\u00f3n es el principal enemigo de una fuerza de apriete precisa y repetible. Entre los factores que la afectan se incluyen la suavidad de la superficie, la dureza del material, los recubrimientos o acabados y la velocidad de apriete.<\/p>\n
En un conjunto sin lubricaci\u00f3n o con lubricaci\u00f3n deficiente, el apriete puede ser irregular, debido al fen\u00f3meno denominado \u00abstick-slip\u00bb (agarrotamiento-deslizamiento). Las superficies se adhieren temporalmente y despu\u00e9s se liberan a medida que se aplica el par, lo que hace que la tensi\u00f3n aumente mediante saltos incontrolados. Esto hace casi imposible obtener una precarga precisa.<\/p>\n
Utilizar el lubricante adecuado es la mejor forma de gestionar esta variabilidad. Un lubricante especificado no necesariamente reduce la fricci\u00f3n (aunque a menudo lo hace), pero, sobre todo, mantiene constante el coeficiente de fricci\u00f3n. Al crear una barrera estable entre las superficies en contacto, el lubricante reduce el intervalo del factor K (por ejemplo, hasta 0,12\u20130,18 en muchos conjuntos lubricados), lo que disminuye dr\u00e1sticamente la variaci\u00f3n de los valores de precarga entre un grupo de pernos apretados con el mismo par. Esta previsibilidad es fundamental para la integridad de las uniones con brida y varios pernos.<\/p>\n
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<\/p>\nComprender el dise\u00f1o del tornillo de brida<\/h2>\n
El dise\u00f1o f\u00edsico del propio tornillo con brida determina en gran medida su comportamiento en la uni\u00f3n. Elegir entre una brida dentada o lisa no es aleatorio; es una decisi\u00f3n de dise\u00f1o que afecta directamente a la resistencia de la uni\u00f3n frente a las vibraciones, a su efecto sobre la superficie de contacto y a la uniformidad con la que se distribuye la fuerza de apriete.<\/p>\n
Tornillos de brida dentados<\/h3>\n
Los tornillos con brida dentada tienen dientes radiales mecanizados en la parte inferior de la brida integrada. Estas dentaduras no son aleatorias; est\u00e1n dise\u00f1adas con un \u00e1ngulo espec\u00edfico para cumplir una funci\u00f3n de bloqueo. Durante la fase final del apriete, estos dientes afilados y duros penetran en la superficie del material de la uni\u00f3n.<\/p>\n
El mecanismo es sencillo pero eficaz. El \u00e1ngulo de las dentaduras permite una rotaci\u00f3n relativamente f\u00e1cil durante el apriete. Sin embargo, crea una resistencia mec\u00e1nica considerable a la contrarrotaci\u00f3n o al aflojamiento. Esto produce un efecto de \u00abtrinquete\u00bb o de bloqueo que funciona muy bien contra las fuerzas laterales que provocan el aflojamiento por vibraci\u00f3n.<\/p>\n
Funcionan mejor en entornos con vibraciones intensas, como bloques de motor, soportes de maquinaria y bastidores estructurales donde la principal preocupaci\u00f3n es mantener constante la fuerza de apriete. No obstante, su uso requiere tener en cuenta varios aspectos. La acci\u00f3n de bloqueo da\u00f1a de forma natural la superficie de contacto, lo que puede resultar inaceptable en superficies pintadas, recubiertas o blandas, como el aluminio. Este da\u00f1o superficial tambi\u00e9n puede dificultar la obtenci\u00f3n de una precarga precisa debido a la fricci\u00f3n imprevisible que generan las dentaduras al penetrar. Adem\u00e1s, no pueden reutilizarse tantas veces, ya que los bordes afilados de las dentaduras se desgastan con cada uso y reducen su capacidad de bloqueo.<\/p>\n
Tornillos de brida con cara lisa<\/h3>\n
Un tornillo de brida liso, o sin estr\u00edas, tiene una superficie de apoyo plana y continua bajo la cabeza. Su finalidad de dise\u00f1o es fundamentalmente distinta de la de su equivalente dentado. En lugar de proporcionar una funci\u00f3n de bloqueo, la brida lisa est\u00e1 dise\u00f1ada para distribuir la fuerza de apriete sobre la mayor superficie posible.<\/p>\n
Esta distribuci\u00f3n amplia y uniforme de la fuerza es fundamental en muchas aplicaciones. Minimiza la concentraci\u00f3n de tensiones en la superficie de la uni\u00f3n, algo vital para proteger de da\u00f1os a materiales sensibles o blandos. Su uso principal se encuentra en uniones con juntas, como las de sistemas de tuber\u00edas, recipientes a presi\u00f3n y sistemas de potencia hidr\u00e1ulica. Una presi\u00f3n uniforme y constante en toda la cara de la junta es esencial para crear y mantener la estanqueidad. Un tornillo de brida liso garantiza esta compresi\u00f3n uniforme y evita el aplastamiento localizado de la junta, que puede crear v\u00edas de fuga.<\/p>\n
Al carecer de una funci\u00f3n de bloqueo mec\u00e1nico, los tornillos de brida lisos dependen por completo de una precarga suficiente y de la fricci\u00f3n natural de las roscas para resistir el aflojamiento. En aplicaciones con vibraciones incluso moderadas pueden requerir elementos de bloqueo adicionales, como fijadores qu\u00edmicos de roscas, arandelas de seguridad o alambre de seguridad, para garantizar la integridad de la uni\u00f3n a largo plazo.<\/p>\n
Comparaci\u00f3n de los dise\u00f1os<\/h3>\n
Elegir entre un tornillo de brida dentado y uno liso implica encontrar un equilibrio entre la resistencia a las vibraciones y la distribuci\u00f3n de la fuerza de apriete. La decisi\u00f3n debe basarse en el requisito principal de la uni\u00f3n concreta. La tabla siguiente compara directamente sus caracter\u00edsticas de rendimiento para ayudar en la selecci\u00f3n.<\/p>\n
Tabla 1: Caracter\u00edsticas de rendimiento de tornillos de brida dentados y lisos<\/strong><\/p>\n