Llave dinamométrica

Llave dinamométrica de tipo viga. La barra indicadora permanece recta mientras que el eje principal se dobla proporcionalmente a la fuerza aplicada en el mango.

Vista detallada de la escala de visualización del par en una llave dinamométrica de tipo viga. Esta muestra un par aplicado de aproximadamente 160 in.lbf o 18 N·m.

La llave dinamométrica más básica consta de dos vigas. La primera es una palanca que se utiliza para aplicar el par al elemento de fijación que se está apretando y que también sirve como mango de la herramienta. Cuando se aplica fuerza al mango, este se deforma de forma predecible y proporcional a dicha fuerza, de acuerdo con la ley de Hooke . La segunda viga está fijada a la cabeza de la llave por un extremo y libre por el otro; esta sirve como viga indicadora. Ambas vigas discurren paralelas entre sí cuando la herramienta está en reposo, con la viga indicadora generalmente en la parte superior. El extremo libre de la viga indicadora puede desplazarse libremente sobre una escala calibrada fijada a la palanca o al mango, marcada en unidades de par. Cuando se utiliza la llave para aplicar par, la palanca se dobla y la viga indicadora permanece recta. De este modo, el extremo de la viga indicadora señala la magnitud del par que se está aplicando en ese momento. ^{[ 4 ]}

La llave dinamométrica de tipo viga fue desarrollada entre finales de la década de 1920 y principios de la de 1930 por Walter Percy Chrysler para la Chrysler Corporation y una empresa conocida como Micromatic Hone. Paul Allen Sturtevant, representante de ventas de la Cedar Rapids Engineering Company en aquel entonces, obtuvo la licencia de Chrysler para fabricar su invento. Sturtevant patentó la llave dinamométrica en 1938 y se convirtió en la primera persona en comercializarla.

Una variante más sofisticada de la llave dinamométrica de tipo viga tiene un indicador de cuadrante en su cuerpo que se puede configurar para dar una indicación visual o eléctrica cuando se alcanza un par preestablecido. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

La llave dinamométrica de viga deflectora de doble señal fue patentada por la empresa australiana Warren and Brown en 1948. ^{[ 7 ]} Emplea el principio de aplicar torsión a una viga deflectora en lugar de a un resorte helicoidal. Se afirma que esto ayuda a prolongar la precisión de la llave durante toda su vida útil, con un mayor margen de seguridad en la carga máxima y proporciona lecturas más consistentes y precisas en todo el rango de cada llave. El operador puede oír el clic de la señal y ver (y sentir) un indicador físico cuando se alcanza la torsión deseada. ^{[ 8 ]}

The wrench functions in the same general way as an ordinary beam torque wrench. There are two beams both connected to the head end but only one through which torque is applied. The load carrying beam is straight and runs from head to handle, it deflects when torque is applied. The other beam (indicating beam) runs directly above the deflecting beam for about half of the length then bends away to the side at an angle from the deflecting beam. The indicating beam retains its orientation and shape during operation. Because of this, there is relative displacement between the two beams. The deflecting beam torque wrench differs from the ordinary beam torque wrench in how it utilizes this relative displacement. Attached to the deflecting beam is a scale and onto that is fitted a wedge which can be slid along the length of the scale parallel to the flexing beam. This wedge is used to set the desired torque. Directly facing this wedge is the side of the angled indicating beam. From this side protrudes a pin, which acts as a trigger for another pin, the latter pin is spring loaded, and fires out of the end of the indicating beam once the trigger pin contacts the adjustable wedge. This firing makes a loud click and gives a visual and tactile indication that the desired torque has been met. The indicator pin can be reset by simply pressing it back into the indicating beam.^[8][9]

A slipper type torque wrench consists of a roller and cam (or similar) mechanism. The cam is attached to the driving head, the roller pushes against the cam locking it in place with a specific force which is provided by a spring (which is in many cases adjustable). If a torque which is able to defeat the holding force of the roller and spring is applied, the wrench will slip and no more torque will be applied to the bolt. A slipper torque wrench will not overtighten the fastener by continuing to apply torque beyond a predetermined limit.^[10]

Click-type torque wrench with socket attached, adjusted by turning the knurled handle

Conceptual drawing of the operation of a click type torque wrench

Un método más sofisticado para preajustar el par es mediante un mecanismo de embrague calibrado . Una forma común utiliza un retén de bola y un resorte , con el resorte precargado por una rosca ajustable , calibrada en unidades de par. El retén de bola transmite fuerza hasta que se alcanza el par preajustado, momento en el que se supera la fuerza ejercida por el resorte y la bola "clic" sale de su alojamiento. Este diseño proporciona mayor precisión, además de ofrecer retroalimentación táctil y sonora. La llave no comenzará a resbalar una vez alcanzado el par deseado, solo hará clic y se doblará ligeramente en la cabeza; el operador puede continuar aplicando par a la llave sin ninguna acción adicional ni advertencias por parte de la llave. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Se trata de llaves dinamométricas especializadas que utilizan los fontaneros para apretar las abrazaderas de los acoplamientos de tuberías de desagüe sin cubo. Suelen tener mango en T y un mecanismo de trinquete y embrague unidireccional . Vienen preajustadas a un par fijo diseñado para asegurar el acoplamiento adecuadamente, pero sin dañarlo. ^{[ 13 ]}

Una herramienta de torsión alimentada por batería es una herramienta inalámbrica que permite aplicar torsión a los sujetadores hasta un nivel específico. ^{[ 14 ]}

La Organización Internacional de Normalización ( ISO) mantiene la norma ISO 6789. Esta norma abarca la construcción y calibración de herramientas dinamométricas manuales. Define dos tipos de herramientas dinamométricas que comprenden doce clases, las cuales se muestran en la tabla a continuación. También se indica el porcentaje de desviación admisible respecto al par deseado. ^{[ 15 ]}

La norma ISO también establece que, incluso con una sobrecarga del 25 % de la capacidad máxima, la herramienta debe seguir siendo fiable tras su recalibración. La recalibración de las herramientas utilizadas dentro de sus límites especificados debe realizarse después de 5000 ciclos de apriete o 12 meses, lo que ocurra primero. En los casos en que la herramienta se utilice en una organización con sus propios procedimientos de control de calidad, el programa de calibración puede ajustarse a las normas de la empresa. ^{[ 15 ]}

Las herramientas deben estar marcadas con su rango de torque y la unidad de torque, así como la dirección de operación para herramientas unidireccionales y la marca del fabricante. Si se proporciona un certificado de calibración, la herramienta debe estar marcada con un número de serie que coincida con el certificado o un laboratorio de calibración debe asignarle un número de referencia que corresponda con el certificado de calibración de la herramienta. ^{[ 15 ]}

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) mantiene la norma ASME B107.300. Esta norma tiene la misma designación de tipo que la norma ISO, con la adición de la herramienta de torsión tipo 3 (limitante). Este tipo libera el accionamiento una vez alcanzado el par deseado, impidiendo la aplicación de más par. Sin embargo, esta norma utiliza diferentes designaciones de clase dentro de cada tipo, así como variantes de estilo y diseño adicionales dentro de cada clase. La norma también separa las herramientas manuales y electrónicas en secciones y designaciones distintas. Las normas ASME e ISO no son compatibles. La tabla a continuación muestra algunos de los tipos y tolerancias especificados por la norma para las herramientas de torsión manuales. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Las herramientas deben estar marcadas con el número de modelo, la unidad de torque y la marca del fabricante. Para herramientas unidireccionales, también deben estar marcadas la palabra "TORQUES" o "TORQUE" y la dirección de operación. ^{[ 16 ]}

El uso de palancas que se extienden desde el extremo del mango puede dañar la llave, por lo que solo se debe utilizar el equipo especificado por el fabricante. ^{[ 18 ]}

El uso de extensiones de llave de vaso no requiere ajuste del par de apriete. ^{[ 19 ]}

El uso de una extensión de pata de gallo o similar requiere el uso de la siguiente ecuación: ^{[ 19 ]}

$${\displaystyle T_{w}={\frac {T_{d}A}{A+B}}}$$

El uso de una combinación de extensiones de mango y de pata de gallo requiere el uso de la siguiente ecuación: ^{[ 19 ]}

$${\displaystyle T_{w}={\frac {T_{d}(A+C)}{A+B+C}}}$$

dónde:

• ${\displaystyle T_{w}}$es el par de apriete indicado por la llave (par de ajuste),
• ${\displaystyle T_{d}}$es el par deseado,
• ${\displaystyle A}$es la longitud de la llave dinamométrica, desde el mango hasta el centro de la cabeza,
• ${\displaystyle B}$es la longitud de la extensión de pata de gallo, desde el centro del cabezal de la llave dinamométrica hasta la línea central del perno,
• ${\displaystyle C}$es la longitud de la extensión del mango, desde el extremo de la extensión hasta el mango de la llave dinamométrica.

Estas ecuaciones solo son válidas si la extensión es colineal con la longitud de la llave dinamométrica. En otros casos, debe utilizarse la distancia desde la cabeza de la llave dinamométrica hasta la cabeza del perno, como si estuvieran alineadas. Si la extensión está ajustada a 90°, no se requiere ningún ajuste. Estos métodos no se recomiendan excepto en circunstancias extremas. ^{[ 19 ]}

Para los tipos de clic (u otros micrómetros), cuando no se utilicen, deben guardarse con el ajuste de par configurado en el valor más bajo. ^{[ 20 ]}

Como cualquier herramienta de precisión, las llaves dinamométricas deben recalibrarse periódicamente. Como se indicó anteriormente, según las normas ISO, la calibración debe realizarse cada 5000 operaciones o cada año, lo que ocurra primero. ^{[ 15 ]} Es posible que las llaves dinamométricas se descalibren hasta un 10 % durante el primer año de uso. ^{[ 17 ]}

La calibración, cuando la realiza un servicio especializado que cumple con las normas ISO, sigue un proceso y unas limitaciones específicas. La operación requiere un equipo especializado de calibración de llaves dinamométricas con una precisión de ±1 % o superior. La temperatura del área donde se realiza la calibración debe estar entre 18  °C y 28  °C, con una fluctuación máxima de 1  °C, y la humedad relativa no debe superar el 90 %. ^{[ 15 ]}

Antes de realizar cualquier calibración, la herramienta debe precargarse y apretarse sin medir según su tipo. A continuación, se conecta al comprobador y se aplica fuerza al mango (con una inclinación máxima de 10° respecto a la perpendicular) para valores del 20 %, 60 % y 100 % del par máximo, repitiendo el procedimiento según su clase. La fuerza debe aplicarse lentamente y sin movimientos bruscos o irregulares. La tabla siguiente ofrece más detalles sobre el procedimiento de prueba para cada clase de llave dinamométrica. ^{[ 15 ]}

Aunque se recomienda la calibración profesional, para algunas personas estaría fuera de su alcance. Es posible calibrar una llave dinamométrica en el taller o garaje de casa. El proceso generalmente requiere que se fije una masa a una palanca y que la llave dinamométrica se ajuste al par de torsión adecuado para levantar dicha masa. Se puede calcular el error de la herramienta y, en consecuencia, ajustarla o corregir cualquier trabajo realizado. ^{[ 21 ]}