UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL “PROPUESTA PARA EL DISEÑO DEL INSTRUMENTO CALIBRADOR DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS EN LAS EMPRESAS INDUSTRIALES DE EL SALVADOR” TRABAJO DE GRADUACION PARA OPTAR AL GRADO DE: INGENIERO INDUSTRIAL PRESENTADO POR: ALVARENGA RIVAS, MIRNA ELIZABETH BENAVIDES AVILES, MARIO ALFREDO ASESOR: ING. MIGUEL ALEJANDRO TÉVEZ FUNES OCTUBRE 2006 SOYAPANGO – SAN SALVADOR - EL SALVADOR UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL AUTORIDADES ING. FEDERICO MIGUEL HUGUET RIVERA RECTOR PBRO. VICTOR BERMUDEZ YÁNEZ VICERRECTOR HNO. MARIO OLMOS ARGETA SECRETARIO GENERAL ING. ERNESTO GODOFREDO GIRON DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA ING. RIGOBERTO SILVA DIRECTOR DE LA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL TRABAJO DE GRADUACION “PROPUESTA PARA EL DISEÑO DEL INSTRUMENTO CALIBRADOR DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS EN LAS EMPRESAS INDUSTRIALES DE EL SALVADOR” Ing. Heber Portillo. Ing. Arsenio Fuentes. Ing. Pedro Vásquez Jurado Jurado Jurado Ing. Miguel Tévez Asesor DEDICATORIA: Dedico este éxito a: DIOS: Por ser la luz que me ha iluminado durante todo momento, la mano que me ha guiado todo este camino, por darme paciencia y fortaleza en los momentos difíciles, su bendición y gracia es la que me permitió alcanzar este triunfo. MIS PADRES: Dedico también este triunfo y muy especialmente a mis padres ya que conté con ellos siempre, me proporcionaron su ayuda tanto económica como moral, y nunca podré pagar ese gran sacrificio que hicieron por mi. Gracias, por ser mi apoyo absoluto a lo largo de toda la carrera, por creer en mí y ayudarme a alcanzar mis metas y propósitos los AMO MUCHO. MI COMAPAÑERO DE TESIS: Mario Benavides por que juntos logramos salir adelante, por su esfuerzo y dedicación, por que nunca se dio por vencido y por apoyarme siempre. MIS PROFESORES: Agradezco este triunfo en especial a todos mis maestros que con dedicación y empeño día a día colaboraron en mi aprendizaje gratifico grandemente a la Ing. Carolina Nuila que fue una persona clave en mi formación profesional y solo me resta decirle gracias por todo su apoyo incondicional. MIS AMIGOS: A todos los que estuvieron conmigo durante todo este tiempo de preparación y esfuerzo a lo largo de la carrera, por que hicieron que cada momento en la Universidad y en mi vida fuera algo inolvidable, al compartir con migo tantas cosas buenas y malas un millón de gracias. Mirna Elizabeth Alvarenga Rivas DEDICATORIA: A DIOS padre todo poderoso y a la virgen santísima, que me permitió tener la sabiduría y entendimiento en el desarrollo de mis estudios, para lograr la meta que me plantee al inicio de mi carrera. A mi Mamá Margarita Aviles, por creer en mí, dándome su apoyo y la oportunidad de superarme. Quien con mucho sacrificio estuvo a mi lado en los momentos difíciles dándome ánimos para seguir adelante siempre en mis estudios, con esto pude sobrellevar los obstáculos que se me presentaron. Te agradezco mucho mamá. A mi hermano Rudy, por el apoyo incondicional que obtuve de su parte; los ánimos y su preocupación siempre por mí, ayudándome cuando mas la necesitaba para seguir adelante. A mi sobrino Daniel, que siempre me pregunto cómo me iba en la universidad; ha sido una bendición que él este a mi lado. A mi familia, que pendiente de cómo estaban las cosas en los estudios me animaron a siempre seguir adelante y llegar a obtener este grado académico. A Rhina Zarahy, que siempre estuvo a mi lado apoyándome en los momentos más difíciles. Con su amistad, cariño y regaños, me ayudo constantemente a seguir adelante brindando su mano cuando la necesité. A mi compañera de trabajo de graduación Mirna Alvarenga, por que siempre fue mi apoyo en los momentos que necesitamos salir adelante con el trabajo, y que constantemente me dio ánimos para seguir adelante. A Carolina Nuila, que me dedico su ayuda incondicionalmente, tanto profesional como moral para seguir adelante, aconsejándome y llenándome de confianza para hacer bien el trabajo. A mis amigos que me ayudaron, llenando momentos de alegrías, desveladas, preocupaciones, tristezas, enojos, pues con esto ayudaron a que concluyera mis estudios. Gracias!!! Mario Alfredo Benavides Aviles ÍNDICE Contenido Página. “PROPUESTA PARA EL DISEÑO DEL INSTRUMENTO CALIBRADOR DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS EN LAS EMPRESAS INDUSTRIALES DE EL SALVADOR” ........................................................................................................................ 1 ALVARENGA RIVAS, MIRNA ELIZABETH ................................................................................ 1 “PROPUESTA PARA EL DISEÑO DEL INSTRUMENTO CALIBRADOR DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS EN LAS EMPRESAS INDUSTRIALES DE EL SALVADOR” ........................................................................................................................ 3 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... i CAPÍTULO I GENERALIDADES ............................................................................. 4 1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................... 4 1.2 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN .............................................................................. 6 1.2.1 IMPORTANCIA ................................................................................................. 6 1.2.2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 7 1.3 PROYECCIÓN DE DESARROLLO EMPRESARIAL ................................................. 8 1.4 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 9 1.4.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 9 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 9 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES ................................................................................ 10 1.5.1 ALCANCES .................................................................................................... 10 1.5.2 LIMITACIONES .............................................................................................. 10 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO .......................................................................... 12 2.1 MARCO HISTÓRICO ...................................................................................................... 12 2.1.1 MARCO HISTÓRICO REFERENCIAL DE MÉXICO ....................................... 12 2.1.2 MARCO HISTORICO REFERENCIAL DE EL SALVADOR ............................ 14 2.1.3 ANTECEDENTES DE EMPRESAS QUE PROPORCIONAN SERVICIO DE CALIBRACIÓN ........................................................................................................ 14 2.2 MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL ......................................................................... 15 MEDICIÓN DE PAR TORSIONAL ........................................................................... 22 2.2.1.1 PRINCIPIOS FÍSICOS ........................................................................................................... 23 2.2.1.2 REQUISITOS METROLÓGICOS ......................................................................................... 28 2.2.1.3 PATRONES DE PAR TORSIONAL ..................................................................................... 35 2.2.1.4 CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE PAR TORSIONAL ............................................... 44 2.2.2 TORQUÍMETROS .......................................................................................... 49 2.2.3 DISEÑO .......................................................................................................... 51 2.2.4 TIPOS DE TORQUÍMETROS ......................................................................... 51 CAPITULO III ANALISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL ......................................... 54 3.1 HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS PARA LA SITUACIÓN ACTUAL ...................... 54 3.1.1 CHECK LIST (LISTA DE VERIFICACIÓN) ..................................................... 54 3.1.2 DIAGRAMA 5W +1H ...................................................................................... 55 3.1.3 FUENTES DIRECTAS O PRIMARIAS ............................................................ 56 3.1.3.1 INVESTIGACIÓN DE CAMPO ............................................................................................ 56 3.1.3.1.1 ENTREVISTAS .............................................................................................................. 56 3.1.3.1.2 ENCUESTAS .................................................................................................................. 56 3.1.3.1.3 VISITAS TÉCNICAS ..................................................................................................... 56 3.1.3.1.4 OBSERVACIÓN DIRECTA E INDIRECTA ................................................................ 57 3.1.4 FUENTES INDIRECTAS O SECUNDARIAS ........................................... 57 3.1.4.1 INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL ..................................................................................... 57 3.1.4.1.1 BIBLIOGRÁFICO .......................................................................................................... 57 3.1.4.1.2 DOCUMENTOS EN INTERNET .................................................................................. 57 3.1.5 ESTUDIO DE MERCADO ............................................................................... 57 3.1.5.1 MERCADO SU IMPORTANCIA Y CARACTERÍSTICAS ................................................. 58 3.2 INVESTIGACIÓN ............................................................................................................. 61 3.2.1 DETERMINACIÓN DE LAS ENCUESTAS Y / O MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN .................................................................................................... 62 3.2.2 DETERMINACIÓN DEL UNIVERSO, EL SUJETO DE ESTUDIO Y EL TAMAÑO DE LA MUESTRA ................................................................................... 63 3.2.3 CRITERIOS DE SELECCIÓN ......................................................................... 67 3.2.4 RESULTADOS OBTENIDOS ........................................................................ 67 3.2.4.1 RESULTADOS DE ENTREVISTAS ..................................................................................... 67 3.2.4.2 RESULTADOS DE ENCUESTAS ........................................................................................ 71 3.2.4.3 RESULTADOS DEL CHECK LIST ...................................................................................... 82 3.2.4.4 RESULTADOS DE LA OBSERVACIÓN ............................................................................. 84 3.2.5 LA COMPETENCIA Y SUS CARACTERÍSTICAS .......................................... 84 3.2.6 MERCADOS POTENCIALES Y SUS CARACTERÍSTICAS ........................... 84 3.2.7 INCIDENCIA DE LA DEMANDA ..................................................................... 84 3.2.8 MERCADO NACIONAL A CUBRIR ............................................................... 85 3.2.9 IDENTIFICACIÓN DEL SERVICIO ................................................................. 86 3.2.10 CONCLUSIONES DE LA INVESTIGACIÓN DE CAMPO ............................. 87 CAPÍTULO IV DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL ............................... 88 4.1 HERRAMIENTAS PARA EL ANÁLISIS DEL DIAGNÓSTICO ............................... 88 4.1.1 MEDIDAS INICIALES ..................................................................................... 88 4.1.2 ANÁLISIS DEL PROBLEMA ...................................................................... 90 4.1.2.1 BÚSQUEDA DE SOLUCIÓN ................................................................................................ 90 4.2 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................... 91 4.3 ANÁLISIS DEL PROBLEMA .................................................................................... 92 4.4 ANÁLISIS DE SOLUCIÓN .............................................................................................. 94 4.4.1 ANÁLISIS DE OBJETIVOS ............................................................................. 94 4.4.2 BÚSQUEDA DE SOLUCIÓN .......................................................................... 95 4.5 VARIABLE REPRESENTATIVA PARA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA .............. 97 4.6 CONCLUSIONES DEL DIAGNÓSTICO ...................................................................... 98 CAPÍTULO V ELABORACIÓN DE LA PROPUESTA PARA EL DISEÑO CALIBRADOR DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS ............... 99 5.2 ANÁLISIS COSTO/BENEFICIO .................................................................................. 100 5.2.1 ANALISIS CUANTITATIVO. ........................................................................ 103 5.2.1.1 SERVICIOS DE CALIBRACIÓN ....................................................................................... 103 5.2.1.2 EVALUACIÒN ECONOMICA PARA LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCION ............ 104 Con la cotización de los patrones de calibración que se detallan en el trabajo de graduación, para el primer año el costo constara de la compra de los dispositivos para las propuestas 1 y 2, y para la propuesta 2 y 3 constara de la implementación y/o construcción del método de carga. Para los años subsiguientes se incrementará ese costo, debido a la inflación la cual no es más que el Índice de Precios al Consumidor (IPC). ............................................................................... 104 IPC(2005)= 3.9 % ........................................................................................................................... 106 5.2.1.2.1 PROPUESTA No 1 ...................................................................................................... 111 5.2.1.2.1.1 ANÁLISIS DE RENTABILIDAD PARA PROPUESTA No 1 .................................. 113 5.2.1.2.2 PROPUESTA No 2 ..................................................................................................... 116 5.2.1.2.2.1 ANÁLISIS DE RENTABILIDAD PARA PROPUESTA No 2 .................................. 118 5.2.1.2.3 PROPUESTA No 3.1 .................................................................................................... 121 5.2.1.2.3.1 ANÁLISIS DE RENTABILIDAD PARA PROPUESTA No 3.1 ............................... 122 5.2.1.2.4 PROPUESTA No 3.2 ................................................................................................... 125 5.2.1.2.4.1 ANÁLISIS DE RENTABILIDAD PARA PROPUESTA No 3.2 ............................... 126 5.2.3 ANÁLISIS CUALITATIVO ............................................................................. 129 5.2.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................................... 130 5.3 ADQUISICIÓN DE PATRONES DE CALIBRACIÓN ............................................ 132 5.3.1 MASAS ......................................................................................................... 132 5.3.2 CÁLCULOS PARA DETERMINAR EL ERROR APROXIMADO DEL DISEÑO DEL CALIBRADOR DE TORQUIMETROS ........................................................... 135 5.4 DISEÑO ............................................................................................................................ 139 5.4.1 ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES A UTILIZARSE EN EL DISEÑO PROPUESTO Y SUS VARIANTES ....................................................................... 139 5.4.2 DIMENSIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DEL INSTRUMENTO CALIBRADOR ....................................................................................................... 142 5.4.2.1.1 CÁLCULO PARA EL EJE DONDE SE COLOCARÁN DOS POLEAS PARA EL CAMBIO DEL SENTIDO ........................................................................................................... 147 5.4.2.2 CÁLCULO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL EJE DE LA POLEA DE 1M DE DIÁMETRO. ..................................................................................................................................... 150 5.4.2.3 DATOS DE RESISTENCIA DE POLEAS. ........................................................................ 154 5.4.2.4 SUJECCION DE POLEA CON CABLE DE ACERO. ........................................................ 154 5.4.2.5 DIMENSIONAMIENTO DE CABLE DE ACERO. ............................................................ 155 5.4.2.6 CONCLUSIONES DE DIMENSIONAMIENTO DEL DISEÑO. ....................................... 155 5.4.3 DIBUJO DEL DISEÑO CALIBRADOR DEL TORQUÍMETRO ...................... 158 5.5 ELABORACIÓN DE PROCEDIMIENTO PARA UTILIZARSE EN LA CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN. ..................................................................... 174 5.5.1 SERVICIOS DE CALIBRACIÓN. ................................................................. 174 5.5.1.1 REQUISITOS A CUMPLIR POR LA NORMA ISO 17025 ............................................... 174 5.5.2 CERTIFICADO DE CALIBRACION .............................................................. 177 5.5.2.1 EJEMPLO DEL CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN ...................................................... 180 5.5.3 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN ........................................................ 182 CONCLUSIONES ................................................................................................ 188 RECOMENDACIONES ........................................................................................ 190 FUENTES DE INFORMACIÓN ............................................................................ 191 GLOSARIO .......................................................................................................... 193 GLOSARIO ACRÓNIMOS .................................................................................................. 193 GLOSARIO TÉCNICO ........................................................................................................ 194 ANEXOS ............................................................................................................. 199 ANEXO No1. ENTREVISTA DIRIGIDA A EMPRESAS DE LA INDUSTRIA SALVADOREÑA QUE POSEEN TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS ........................................................................................................... 200 ANEXO No2. FORMATOS DE ENCUESTAS ................................................................... 202 ANEXO No 3.LISTA DE VERIFICACIÓN PARA EMPRESAS DE LA INDUSTRIA SALVADOREÑA QUE DEMANDAN EL SERVICIO DE CALIBRACIÓN DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMETRICAS. .................................................. 205 ANEXO No 4.NORMA ISO 6789, ADOPTADA POR AENOR, ESPAÑA. .................... 206 ANEXO No 5.CALCULO DE LA ACELERACION LOCAL DE GRAVEDAD .......... 228 ANEXO No 6 PROCEDIMIENTO UTILIZADO POR LA EMPRESA ARAGÓN VALENCIA Y ASOCIADOS ................................................................................................ 229 ANEXO No 7 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES MECÁNICAS A LA TENSIÓN DE ALGUNOS ACEROS ROLADOS EN CALIENTE Y ESTIRADOS EN FRIÓ ....... 233 ANEXO No 8 SELECCIÓN DE RODAMIENTOS DE BOLAS DE UNA HILERA ..... 234 ANEXO No 9 DATOS DE CABLES METÁLICOSDE ACERO ..................................... 235 INTRODUCCIÓN La orientación de los estudios académicos debería ser respuesta a las necesidades del entorno, el área de ingeniería industrial adquiere especial importancia en El Salvador, gracias a la evidente necesidad de la aplicación de avances tecnológicos en el fortalecimiento de la Industria Salvadoreña. Se trata de una coordinación entre la industria, sus necesidades técnicas, desafíos empresariales y el proceso de aprendizaje - enseñanza que impulsa las Universidades, lo cual favorece al desarrollo nacional. Con base a esto, se realizará la propuesta para el diseño del instrumento calibrador de torquímetros o llaves dinamométricas, con el fin de verificar su factibilidad en beneficio de las empresas que demanden el servicio. Se pretende demostrar que los trabajos de graduación de Ingeniería Industrial, no sólo son documentos sino, que deben ser el inicio para el desarrollo industrial en un mercado potencial que involucran otras ramas de la Ingeniería. CAPÍTULO I: GENERALIDADES En el contexto de generalidades se inicia con los antecedentes que trata de la importancia que adquieren los torquímetros o llaves dinamométricas en la industria Salvadoreña y aun más su calibración debido a que es fundamental un manejo adecuado de los mismo debido a que las empresas trabajan con componentes críticos en sus operaciones. También en este capítulo se da a conocer el aporte que generaría al desarrollarse el tema a nivel empresarial ya que el servicio es demandado a nivel nacional por la industria Salvadoreña. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO En este capítulo se busca indagar sobre los principales aspectos teóricos necesarios para llevar a cabo el desarrollo de este trabajo de graduación, se inicia con presentar generalidades de empresas que proporcionan el servicio de calibración a nivel i internacional y nacional algunos puntos desarrollados o contemplados son: definición, evolución y características del servicio. Así como también se presentan antecedentes de empresas o laboratorios que proporcionan el servicio de calibración en El Salvador. Parte importante de este trabajo son los procedimientos y métodos utilizados para la calibración de par torsional a nivel internacional por no contar en el país con ellos esto con el objetivo de indagar en ellos y conocer cuales resultan más favorables para el análisis e implementación. Fundamentalmente en este trabajo es conocer acerca de los torquímetros y tipos de torquímetros para tener una mejor panorámica del estudio. Finalmente se abordan conceptos relacionados a las técnicas de investigación a utilizarse, como por ejemplo: entrevistas, encuestas, visitas técnicas, documentos, diagramas etc. para obtener un mejor resultado en nuestra investigación de campo. CAPÍTULO III: SITUACIÓN ACTUAL La investigación de campo cuyo objetivo es conocer la situación actual por la que atraviesa el sector empresarial en El Salvador sujeto a estudio para poder llevar a cabo el planteamiento de un diagnóstico de la situación de las mismas, inicia presentando en que consiste el mercado, seguido de una serie de parámetros tomados a partir del resultado de las encuestas, tales como: • Identificación del servicio • Determinación del método de investigación • Competencia y sus características • Mercados potenciales • Incidencia de la demanda En este capítulo se analiza el resultado de la investigación de campo que parte del análisis, tabulación e interpretación de los resultados, lo cual busca a través de la aplicación de distintas metodología, analizar y dar la interpretación adecuada a la ii información, esto con el fin de presentar una conclusión en cada apartado en particular. CAPÍTULO IV: DIAGNÓSTICO DE LA INVESTIGACION DE CAMPO El diagnóstico en este capítulo se realizará a través de la investigación de campo debido a que en el se presenta la formulación e identificación del problema encontrado a partir de datos reales en el estudio de mercado. En este capítulo lo que se pretende es diagnosticar una situación a partir de datos obtenidos en la investigación de campo, y plantear una panorámica de las posibles soluciones ya que el análisis técnico de las solución se realizará en el último capítulo para demostrar cual es la alternativa mas conveniente. CAPÍTULO V: ELABORACIÓN DE LA PROPUESTA PARA EL DISEÑO CALIBRADOR DE TORQUÍMETROS O LLAVES DINAMOMÉTRICAS Este capítulo busca proponer un diseño que este al alcance de cualquier empresario que desee implementar el calibrador de torquímetros dejando constancia del dimensionamiento y características de los materiales, así como dos propuestas de diseño basadas en parámetros reales y existentes en el país tales como : patrones de masa, de longitud, y el calculo de la gravedad. Además se presenta el análisis costo beneficio de las alternativas de solución y determinar cual es más rentable. Con el propósito de indagar un mercado nuevo y con mucho potencial. Finalmente se tienen las conclusiones que son aseveraciones del cumplimiento de los objetivos desarrollos en el estudio y las recomendaciones que se le hacen a los sectores empresariales del país. iii CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES El tema surge a partir de la necesidad que tiene una de las empresas Salvadoreñas donde uno de los participantes de este proyecto labora. En sus actividades diarias la empresa trabaja con llaves dinamométricas o torquímetros, y el no poseer un servicio de calibración nacional para tratar los instrumentos se convierte en una carencia del servicio en nuestro país. Las llaves dinamométricas o torquímetros son de utilidad para la Industria Salvadoreña, debido a las especificaciones de fábrica que poseen los equipos para que estos operen en excelentes condiciones, es necesario que se calibren en un período de tiempo determinado, para comparar la respuesta que está teniendo el instrumento. Es por ello, que es fundamental un manejo adecuado de las herramientas al apretar algunos elementos o componentes de las maquinarias que están expuestos a presión, vibración y cambios de temperatura ya que al estar fuera de especificación conducen a daños en componentes primarios de la maquinaria como: desgastes, quiebre de piezas, paros inesperados, fallos en los equipos, accidentes ocasionales, costo de no producir, costo de reprocesar, costo de salario, pagos a personal incapacitado, entre otros, los cuales incurren en costos dentro de sus operaciones. Las empresas de la Industria Salvadoreña que poseen torquímetros o llaves dinamométricas demandan el servicio de calibración cuando sus instrumentos se encuentran fuera de especificación y no disponen de proveedores que proporcionen respuesta inmediata a sus necesidades y a un costo competitivo. En El Salvador se cuenta con una gama de empresas que poseen torquímetros o llaves dinamométricas. Algunas de ellas son: 4 1- MONELCA (MONTAJE ELECTROMECÁNICO DE CENTRO AMÉRICA) 2- IASA (INGENIEROS ASOCIADOS) 3- MAQSA (MAQUINARIA SALVADOREÑA) 4- ENERGY INTERNATIONAL 5- NEJAPA POWER 6- FUERZA AÉREA 7- AERONAÚTICA CIVIL 8- TEDER 9- GENERAL DE EQUIPOS 10-DEL SUR (DISTRIBUIDORA DE ELECTRICIDAD) 11-ESCUELA DE AVIACIÓN EL PANAL 12-ETESAL(EMPRESA TRANSMISORA DE ENERGÍA) 13-DUKE ENERGY 14-MOP (MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS) El diseño industrial es una de las técnicas de la ingeniería que permite innovar y crear productos, incrementar la calidad, funcionalidad, imagen y diferenciación. Es por ello que se involucrará en el trabajo de graduación. Este comprende desde los tornillos y piezas de máquinas, los elementos prefabricados para la construcción y el mobiliario de toda clase, hasta las máquinas de todo tipo, desde una bicicleta hasta un avión, pasando por los electrodomésticos. Contar con el diseño, ayudará a elaborar la propuesta para el diseño del instrumento calibrador de torquímetros o llaves dinamométricas. Las nuevas tecnologías basadas en diseño asistido por ordenador o computadora (CAD/CAM) proporcionan numerosas oportunidades para responder inicialmente con la simulación a las necesidades y deseos de las empresas para reevaluarlos; incluso pueden estimular necesidades o deseos no percibidos. Pero la tecnología debe formalizarse en servicios comerciales: El diseño industrial, desde su doble capacidad expresiva y funcional, se ocupa de proyectar los objetos que se pueden fabricar a 5 través de este. Entre las ventajas pueden estar el ahorro de tiempo y energía en una tarea determinada, el ahorro financiero, una mayor seguridad para el usuario en comparación con otros modelos, o el prestigio asociado a la propiedad y una alta presión y calidad. En la actualidad, el diseño de un bien o servicio lleva también consigo una certificación de calidad, que asegura que tanto el proceso de diseño como el de fabricación del producto o servicio responden a unos criterios de calidad integrales. La certificación de calidad la otorgan las instituciones acreditadas para ello; los respectivos organismos nacionales de normalización (en España, por ejemplo, AENOR, Asociación Española de Normalización y Certificación), coordinados por la ISO, el organismo internacional de normalización. 1.2 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN 1.2.1 IMPORTANCIA El presente trabajo de graduación adquieren importancia debido a contribuirá al desarrollo en las empresas. Se basará en estudios, diseños, y técnicas que generan beneficios al país. Se centra en una propuesta para el diseño del instrumento calibrador de torquímetros o llaves dinamométricas, para que este posteriormente pueda ser construido e implementado en beneficio de la industria Salvadoreña. Fundamentado en una necesidad que poseen las empresas las cuales no disponen del servicio para calibrar sus instrumentos en el país y su vez generaría fuentes de empleo. El objetivo de todo ingeniero industrial se focaliza en aportar soluciones, proporcionar respuestas verdaderas, efectivas y eficientes a los problemas empresariales. A los problemas que enfrentan las empresas. 6 1.2.2 JUSTIFICACIÓN Con base en la investigación preliminar realizada por medio de un sondeo telefónico se justifica que empresas como lo son las generadoras y distribuidoras de energía eléctrica, aviación, petroleras y automotriz en otras, no cuenta con el servicio de calibración para sus torquímetros y llaves dinamométricas a nivel nacional lo que sustenta la construcción de la propuesta del calibrador de torquímetro, con el fin de implementarlo el servicio de las empresas que lo requieran. El aporte que generaría el prototipo es en las exigencias de certificación en las empresas para lograr mayor competitividad en el campo empresarial. Las normas OSHAS 18000 establecen exigencias de seguridad y las ISO de calidad. Ejemplo de ello tenemos la ISO 10012 (2003), que es el proceso de confirmación metrológica y se define como: Conjunto de operaciones necesarias para asegurar que el equipo de medición cumple con los requisitos para su uso previsto1. Las empresas tienen la necesidad de calibrar sus instrumentos empleando patrones calibrados y trazables (conforme a la norma ISO 6789), para entregar productos y/o servicios que cumplan con las exigencias de calidad, confiabilidad, seguridad, durabilidad para sus clientes y economía. Además siendo la Universidad Don Bosco la única que proporciona a sus estudiantes una formación integral teórica en el campo de la Normalización, Calidad, Metrología, entre otras, hereda a los egresados de Ingeniería Industrial los conocimientos en el campo de la metrología, área novedosa y de vanguardia, para que deban ser aplicados en la Industria. 1 Fuente de información:www.metas.com.mx/guiametas/La-Guía-MetAs-04-04-Confirmación 7 1.3 PROYECCIÓN DE DESARROLLO EMPRESARIAL El trabajo de graduación se enfocará para el beneficio en el sector empresarial, por lo que de implementarse será de provecho a un grupo de empresas Salvadoreñas y será extensible a todas las empresas e instituciones que requieran el servicio. Esto se concretizará cuando se conozca la necesidad en el ámbito empresarial a través de la evaluación que se realizará en el diagnóstico acerca de la situación. Desde una perspectiva empresarial, las medianas y grandes empresas que poseen torquímetros o llaves dinamométricas demandan el servicio de calibración. El beneficio que se obtendrá a nivel empresarial, será básicamente el de proporcionar la propuesta para el diseño de un instrumento calibrador de torquímetros y pueda implementarse a nivel nacional, para beneficio empresarial en general que sea fácil y practico de usar. 8 1.4 OBJETIVOS 1.4.1 OBJETIVO GENERAL Realizar la propuesta para el diseño del instrumento calibrador de torquímetros o llaves dinamométricas en la Industria Salvadoreña. 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Investigar la demanda existente en diferentes rubros de la Industria Salvadoreña, sobre la necesidad de calibrar torquímetros o llaves dinamométricas. - Realizar un estudio acerca de empresas existentes que proporcionan el servicio de calibración o llaves dinamométricas en El Salvador. - Conocer a través de un estudio bibliográfico las diferentes técnicas, métodos, normas, y equipos que se emplean para calibrar llaves dinamométricas a nivel Centroaméricano, Latinoamericano y/ o Mundial. - Efectuar un diagnóstico a través de los resultados de la investigación de campo para determinar el problema específico. - Hacer una evaluación de las alternativas de solución con base en el análisis costo beneficio. - Elaborar la propuesta para el diseño del calibrador de torquímetros a partir de los resultados obtenidos en la investigación que puede ser cualitativo y cuantitativo según el desarrollo del tema, así como planos de construcción y procedimientos de calibración a emplear. 9 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 1.5.1 ALCANCES - Dar a conocer por medio de un estudio de mercado la demanda existente de la calibración de torquímetros o llaves dinamométricas en la Industria Salvadoreña. - Se Investigaran las empresas Salvadoreñas que proporcionen el servicio de calibración de torquímetros. - Se realizará un diagnóstico con base al estudio e investigación sobre la necesidad que existe de calibrar torquímetros. - Se pretende dejar constancias de los planos del instrumento calibrador de torquímetros, y pueda ser implementado por áreas de ingeniería y a la vez sea utilizado para proporcionar el servicio en beneficio del país. 1.5.2 LIMITACIONES Tipo Geográfico: La propuesta del diseño calibrador de torquímetros ó llaves dinamométricas se realizará para las empresas Salvadoreñas que demandan el servicio de calibración de los instrumentos. Se focalizará en realizar un estudio de mercado para evaluar la necesidad que tiene la Industria Salvadoreña de calibrar llaves dinamométricas o torquímetros. Por Sector: La propuesta para el diseño se hará con el propósito de suplir las necesidades de las empresas Salvadoreñas enfocando el estudio e investigación en las los siguientes rubros: 1- Generadoras y Distribuidoras de energía 2- Aviación 3- Automotriz 10 Debido a que es en estas donde se concentran las empresas más importantes y con tecnología avanzada del país, las cuales necesitan cumplir con las especificaciones de funcionamiento y mantenimiento de sus equipos y/o procesos. Información: debido a que las empresas que prestan el servicio de calibración lo realizan a nivel internacional y el vínculo que se tienen con estas es estrecho, se levantará un diagnóstico evaluando parámetros de la demanda, respuesta al servicio y costos. 11 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 MARCO HISTÓRICO 2.1.1 MARCO HISTÓRICO REFERENCIAL DE MÉXICO Debido a que el país no cuenta con calibraciones de torquímetros para las empresas que demandan el servicio es necesario tener una referencia de los países que poseen el servicio y que podrían ser de utilidad para el desarrollo del tema en estudio. El laboratorio de fuerza del Centro Nacional de Metrología de México, CENAM cuenta con el Patrón nacional de par torsional que es una máquina diseñada y construida en cooperación con el Phisikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) en Alemania. Fue la primera máquina en su tipo a nivel mundial y está basada en un sistema de transferencia formado por un conjunto de transductores, alta exactitud, el motor, reductor de velocidad, sistema de alineamiento, un cojinete de aire como elemento de apoyo una palanca de contra reacción y el sistema automático de control. Actualmente, la aplicación del par requerido se efectúa por medio del sistema de control que utiliza bajo un programa automático. En forma original el patrón opera en modo manual y la aplicación de par requerido en el proceso de calibración, se efectúa por medio de botones que controlan el arranque y el paro de motor, la velocidad del motor, la fuerza de par aplicado, el sentido de giro de motor se hace manualmente. Un Par Torsional es usado para apretar los tornillos de rines en llantas de automóviles o para abrir una tapa rosca de un refresco; también se utiliza con la exactitud requerida al apretar las punterías en un motor. Durante los últimos años, la medición de la magnitud de Par Torsional se ha generalizado en la Industria nacional 12 de México, en tal forma que ha permitido el aumento de laboratorios acreditados con intervalos de medición que especifican cada vez una mejor clase de exactitud. El Par Torsional es una fuerza aplicada en forma perpendicular a una distancia dada de un eje central conocido un parámetro mecánico importante. Aunque el Par Torsional difiere en la forma de aplicación de una fuerza axial (tensión o compresión), con el Par Torsional es posible generar fuerzas de tensión o compresión como en el caso de “apretar” un ensamble con un tornillo. La cantidad de Par Torsional para generar el aprete necesario en la pieza ensamblada. Cuando la pieza es apretada con una tensión adecuada, su trabajo es óptimo y el ensamble resistirá la fuerza deseada. Menos tensión (menos Par Torsional) y en un ambiente de vibración se puede causar el aflojamiento del ensamble; por el contrario más tensión (más Par Torsional) produce al “apretar” la rosca, lo que puede dar lugar a deformación de la misma y en su caso una posible fractura del perno o del ensamble. Desde el establecimiento del patrón nacional de referencia de Par Torsional en CENAM en 1996, la demanda y expectativas de calibración de Par Torsional se han incrementado en un número significativo, sin embargo la necesidad de mejores clases de calibración para los laboratorios secundarios y la industria, han generado nuevas expectativas que ponen en relieve, el diseño de un patrón primario para la realización de esta magnitud. Por esto, se desarrolló un proyecto cuyo objetivo fue: Crear un sistema de calibración de la más alta exactitud en el ámbito nacional, el cual sería utilizado para la calibración de patrones de transferencia para diseminar la exactitud de la magnitud de Par Torsional a la industria nacional a través de la red de laboratorios acreditados. Se ha conocido de esta forma la experiencia Mexicana que será de utilidad en el trabajo de graduación. 13 2.1.2 MARCO HISTORICO REFERENCIAL DE EL SALVADOR El CONACYT en El Salvador se encarga de ofrecer servicios metrológicos de calidad, aplicando procedimientos que responden a normas internacionales bajo condiciones ambientales controladas y utilizando patrones con trazabilidad vigentes. Dentro de los servicios que el CONACYT proporciona no incluyen el servicio de par torsional y algunos que presta son los siguientes: • Balanzas • Patrones de masa • Medidores de temperatura (termómetros) • Termocuplas • Patrones de volumen • Calibración de magnitudes eléctricas, entre otros. Por lo antes mencionado en el país no se cuenta con una referencia de la calibración de torquímetros o llaves dinamométricas y es necesario que sea implementado para el beneficio del que hacer empresarial. 2.1.3 ANTECEDENTES DE EMPRESAS QUE PROPORCIONAN SERVICIO DE CALIBRACIÓN En El Salvador existen empresas que se encargan de proporcionar el servicio de calibrar instrumentos (Balazas, termocuplas, termómetros en otros) ejemplo de ellas tenemos: 1. UDB (Universidad Don Bosco ) 2. UES (Universidad de El Salvador) 3. ITCA (Instituto Tecnológico Centroamericano) 4. CONACYT (Comité Nacional de Ciencia y Tecnología) 5. Aragón Valencia & Asociados 14 En esta última se nos informó que se tiene el servicio de verificación de Torquímetros, basada en una comparación que comprende en identificar si el instrumento esta en condiciones de seguirse utilizando o si esta fuera de especificaciones por lo que proceden en ajustarlo o repararlo y se basan en el manual del fabricante de los torquímetros, por la información obtenida en esta empresa se entiende que la calibración se ofrece únicamente en Honduras. 2.2 MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL El presente marco teórico menciona en términos generales la base necesaria como soporte al desarrollo del tema en estudio. Además también comprende definiciones y conceptos técnicos muy propios del concepto de torque. Los patrones de las magnitudes de fuerza, par torsional, dureza, tenacidad, tienen importancia en una amplia variedad de industrias tales como: la automotriz, metal- mecánica, petroquímica, petrolera, aérea, y la generación de energía eléctrica. Fuerza: Este concepto está basado en las investigaciones realizadas sobre dinámica, el cual fue resuelto por primera vez por el físicomatemático inglés Isaac Newton en su tratado “Principia Matemática”, quién tomó como base el principio de inercia de Galileo, en el cual enunció su primera ley de Newton "todo cuerpo se mantiene en estado de reposo o de movimiento con velocidad constante mientras una fuerza no modifique dicho estado”2 mostrado en la siguiente formula. F= m * a [Ec. 1] Donde: F: es la fuerza (N) m: es la masa (Kg) a: es la aceleración (m / s2) Par Torsional: Es una magnitud derivada de un momento torque aplicadas a un elemento, a una distancia perpendicular a un eje longitudinal, tal que se genere en él 2 Fuente de información:Física Tomo I – Serway Raymond 15 una rotación alrededor de ese eje. En analogía con lo anterior, el Par Torsional o lo que comúnmente se conoce como "torque" puede ser asociado con la fuerza de apriete en un tornillo. Figura No 1. El Par torsional “torque” ejercido sobre un tornillo es igual a la fuerza aplicada por la distancia d a la que se aplica. Fuente: www.cenam.mx La magnitud de este par torsional es calculado como el producto vectorial de la fuerza por una distancia: Par torsional = Fuerza · distancia [Nm] T = F.d sen θ [Ec.2] T = F.d sen 90º T = F.d [1] [Nm] Donde: T: es el par torsional en (Nm) F: es la fuerza en (N) d: es la distancia en (m) De acuerdo al Sistema Internacional de unidades la unidad del par torsional es el newton metro y su símbolo es Nm, el cual es derivado de las magnitudes fundamentales longitud masa y tiempo (L, M y T), es decir 1 Nm = 1 kg·m2 /s2. A continuación se describe en lenguaje técnico al torque: efectos, momento, y par PAR MECANICO Y DEFINICION DE TORSION Se dice que una barra está en torsión cuando se encuentra rígidamente sujeta en uno de sus extremos y torcida en el otro extremo por un par de fuerzas o torque 16 J = π/32(D0 4- Di 4) (T =FD) aplicado en un plano perpendicular al eje de la barra tal como se muestra en la figura 2 EFECTOS DE LA TORSION Los efectos de una carga torsional aplicada a una barra son: 1- Impartir un desplazamiento angular en la sección transversal de un extremo con respecto a otro. 2- Registrar un esfuerzo cortante sobre cualquier sección transversal de la barra perpendicular a su eje. Figura No 2. Efectos de torsión. Fuente: “metrología” Editorial: McGraw Hill Autor: Carlos Gonzáles, Ramón Zeleny MOMENTO DE TORSION Ocasionalmente un número de pares actúan a lo largo de un eje. En ese caso es conveniente introducir una nueva cantidad. El momento de torsión para cualquier sección a lo largo de la barra se define como la suma algebraica de los momentos de los pares aplicados que yacen a un lado de la sección en cuestión. La elección del lado siempre es arbitraria. MOMENTO POLAR DE INERCIA Para un eje circular hueco de un diámetro exterior Do, y con un orificio circular concéntrico de diámetro Di, el momento polar de inercia del área de sección transversal, usualmente es identificado por J, es [Ec. 3] 17 Donde: J: momento polar de inercia del área transversal Do: diámetro exterior Di: diámetro interior Que despejando algebraicamente son: Esta fórmula es especialmente útil para tubos donde (D0- Di) es pequeña. ESFUERZO CORTANTE TORSIONAL Ya sea sólido o hueco el eje circular sujeto a un momento de torsión T, el esfuerzo cortante torsional Ss a una distancia ρ del centro del eje ver figura 3 está dado por: [Ec. 4] Figura No 3. Esfuerzo cortante Fuente: “Metrología” Editorial: McGraw Hill Autor: Carlos Gonzáles, Ramón Zeleny DEFORMACIÓN AL CORTE Una línea generadora a-b marcada en la superficie de una barra sin carga se moverá a una posición como la mostrada a-b después de aplicar un momento de torsión T. El ángulo γ, medido en radianes, entre las posiciones final e inicial de la línea generadora se define como la deformación angular al corte en la superficie de la barra; la misma definición podría mantenerse en cualquier punto interior de la barra. 18 J = π/32(D0 2- Di 2) (D0 2- Di 2) = π/32(D0 2- Di 2) (D0+ Di) (D0- Di) Ss = Tρ / J MODULO CORTANTE DE ELASTICIDAD Ó MODULO DE RIGÍDEZ La razón del esfuerzo cortante Ss entre el ángulo de deformación al corte γ es llamado el módulo cortante de elasticidad G, en la zona elástica. [Ec. 5] Donde: G: módulo cortante de elasticidad o módulo de rigidez Ss: esfuerzo cortante Y: ángulo de deformación al corte ANGULO DE TORSION Si un eje de longitud L está sujeto a un momento de torsión cortante T a lo largo de su longitud como se muestra en la figura 4. Entonces el ángulo θ en que un extremo de la barra se tuerce en forma relativa respecto al otro es: [Ec. 6] Figura No 4. Angulo de torsión. Fuente: “Metrología” Editorial: McGraw Hill Autor: Carlos Gonzáles, Ramón Zeleny Donde: Θ: ángulo de un extremo de la barra T: momento de torsión cortante L: longitud G: módulo cortante de elasticidad o módulo de rigidez J: momento polar de inercia del área transversal 19 G= Ss / γ Θ = TL / GJ = 32TL / πG (D0 4- Di 4) Es por ello que la calidad y metrología son el punto de referencia o de partida para la aplicación de técnicas de ingeniería en la Industria Salvadoreña que poseen torquímetros o llaves dinamométricas. MÓDULO DE ELASTICIDAD O YOUNG Un hilo metálico sometido a un esfuerzo de tracción sufre una deformación que consiste en el aumento de longitud y en una contracción de su sección como se muestra en la figura 5. Supondremos que el aumento de longitud es el efecto dominante, sobre todo en hilos largos y de pequeña sección. Estudiaremos el comportamiento elástico de los hilos, aquél en el que existe una relación de proporcionalidad entre la fuerza F aplicada al hilo y el incremento ∆L de su longitud o bien, entre el esfuerzo F/S y la deformación unitaria ∆L/L0. [Ec. 7] Donde S es la sección del hilo S=p r2, y Y es una constante de proporcionalidad característica de cada material que se denomina módulo de elasticidad o módulo de Young. Figura No 5. Hilo metálico sometido a un esfuerzo. Fuente:www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/alargamiento/alargamiento 20 Representando el esfuerzo en función de la deformación unitaria para un metal obtenemos una curva característica semejante a la que se muestra en la figura 6. Durante la primera parte de la curva, el esfuerzo es proporcional a la deformación unitaria, estamos en la región elástica. Cuando se elimina el esfuerzo, el material vuelve a su longitud inicial. La línea recta termina en un punto denominado límite elástico. Si se sigue aumentando el esfuerzo la deformación unitaria aumenta rápidamente, pero al reducir el esfuerzo, el material no recobra su longitud inicial. La longitud que corresponde a un esfuerzo nulo es ahora mayor que la inicial L0, y se dice que el material ha adquirido una deformación permanente. El material se deforma hasta un máximo, denominado punto de ruptura. Entre el límite de la deformación elástica y el punto de ruptura tiene lugar la deformación plástica. Si entre el límite de la región elástica y el punto de ruptura tiene lugar una gran deformación plástica el material se denomina dúctil. Sin embargo, si la ruptura ocurre poco después del límite elástico el material se denomina frágil. Figura No 6. Grafica del punto de ruptura en los materiales. Fuente:www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/alargamiento/alargamiento 21 En la figura 7, se representa el comportamiento típico de esfuerzo - deformación unitaria de un material como el caucho. El esfuerzo no es proporcional a la deformación unitaria (curva de color rojo), sin embargo, la sustancia es elástica en el sentido que si se suprime la fuerza sobre el material, el caucho recupera su longitud inicial. Al disminuir el esfuerzo la curva de retorno (en color azul) no es recorrida en sentido contrario. La falta de coincidencia de las curvas de incremento y disminución del esfuerzo se denomina histéresis elástica. Un comportamiento análogo se encuentra en las sustancias magnéticas. Puede demostrarse que el área encerrada por ambas curvas es proporcional a la energía disipada en el interior del material elástico. La gran histéresis elástica de algunas gomas las hace especialmente apropiadas para absorber las vibraciones. Figura No 7. Grafica esfuerzo vrs deformación. Fuente:www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/alargamiento/alargamiento MEDICIÓN DE PAR TORSIONAL Algunas actividades que requieren la medición de par Torsional son: • En las secciones de control de calidad, los laboratorios metrológicos y los departamentos de inspección usan llaves dinamométricas de lectura directa 22 para evitar la aplicación de excesos de torque, rupturas en las piezas o quiebres. • Para establecer torque final después de trabajar con herramientas de ensamble de alta velocidad. • Cuando se requiere un alto grado de precisión en instrumento de ensamble primario. • Durante pruebas destructivas: 1- Análisis de dureza de los materiales Rockwel y Brinnel. 2- Espectrometría: Composición química de los materiales; “mediante un aparato capaz de analizar el espectro característico de un movimiento ondulatorio. Se aplica a variados instrumentos que operan sobre un amplio campo de longitudes de onda, desde rayos gamma y rayos X hasta los límites infrarrojos o en el sonido”3. 3- Metalografía: microanálisis y macroanálisis. 4- Tratamientos térmicos, temple, revenido, normalizado y recocido. • Operaciones de línea de producción y mantenimiento, donde no es deseable que el operario haga ajustes. • Se usa ampliamente para operaciones de mantenimiento y para ensamble cuando las necesidades de cambio de valores exigen que se hagan ajustes en la línea de ensamble. 2.2.1.1 PRINCIPIOS FÍSICOS Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, el cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a su eje. La propiedad de la fuerza para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de rotación de la fuerza. Se prefiere usar la palabra torque y no momento, 3 Fuente de información:http://es.wikipedia.org/wiki/EspectrometrÃa 23 porque esta última se emplea para referirnos al momento lineal, momento angular o momento de inercia. Analizaremos cualitativamente el efecto de rotación que una fuerza puede producir sobre un cuerpo rígido. Consideremos como cuerpo rígido a una regla fija en un punto O ubicado en un extremo de la regla, sobre el cual pueda tener una rotación, y describamos el efecto que alguna fuerza de la misma magnitud actuando en distintos puntos, produce sobre la regla fija en O, como se muestra en la figura 8 (Ver Pág. No 24).Una fuerza F1 aplicada en el punto a produce una rotación en sentido antihorario, F2 en b produce una rotación horaria y con mayor rapidez de rotación que en a, F3 en b pero en dirección de la línea de acción que pasa por O no produce rotación, F4 inclinada en b produce rotación horaria con menor rapidez de rotación que F2; F5 y F6 aplicadas perpendicularmente a la regla no producen rotación. Por lo tanto existe una cantidad que produce la rotación del cuerpo rígido relacionada con la fuerza, que definimos como el torque de la fuerza. F1 F4 O • ● a ⊗⊗⊗⊗ b F3 F5 F6 F2 Figura No 8. Efectos de fuerzas de la misma magnitud en diferentes puntos. Fuente: www.monografias.com/trabajos14/equilibriocuerpo/torque Se define el torque T de una fuerza F que actúa sobre algún punto del cuerpo rígido, en una posición r respecto de cualquier origen O, por el que puede pasar un eje sobre el cual se produce la rotación del cuerpo rígido, al producto vectorial entre la posición r y la fuerza aplicada F. T = r x F [Ec. 8] 24 Donde: T: es el torque en (Nm) r: es la posición respecto a cualquier origen O en (m) F: es la fuerza en (N) El torque es una magnitud vectorial, si θ es el ángulo entre r y F, su valor numérico por definición del producto vectorial, es: T = r (Fsenθ) [Ec. 9] Donde: T: es el torque en (Nm) r: es la posición respecto a cualquier origen O en (m) F: es la fuerza en (N) θ : es el ángulo en (˚) Su dirección es siempre perpendicular al plano de los vectores r y F, cuyo diagrama vectorial se muestra en la figura 9; su sentido está dado por la regla del producto vectorial o la regla de la mano derecha. En la regla de la mano derecha los cuatro dedos de la mano derecha apuntan a lo largo de r y luego se giran hacia F a través del ánguloθ, la dirección del pulgar derecho estirado es la dirección del torque y en general de cualquier producto vectorial. T F θθθθ r Figura No 9. Diagrama vectorial. Fuente: www.monografias.com/trabajos14/equilibriocuerpo/torque 25 Por convención se considera el torque positivo o negativo si la rotación que produce la fuerza es en sentido antihorario u horario respectivamente. El torque de una fuerza depende de la magnitud y dirección de F y de su punto de aplicación respecto a un eje de rotación O. Si la fuerza F pasa por O, r = 0 y el torque es cero. Si θ = 0 o 180º, es decir, F está sobre la línea de acción de r, F senθ = 0 y el torque es cero. F senθ es la componente de F perpendicular a r, sólo esta componente realiza torque, y se le puede llamar F┴. En la siguiente figura 10 se ve que r┴ = r senθ es la distancia perpendicular desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza, a r┴ se le llama brazo de palanca de F. Entonces, la magnitud del torque se puede escribir como: T = r (F senθ) = F (r senθ) = rF┴ = r┴F Rotación positiva F Línea de acción de r Fsenθ r θ Cuerpo Rígido O r senθ Línea de acción de F Figura No 10: Cuerpo rígido. Fuente: www.monografias.com/trabajos14/equilibriocuerpo/torque De las condiciones dadas y de la definición del torque se pueden destacar las siguientes propiedades: 26 1.- De la definición de torque se concluye que si la partícula se encuentra en el origen del sistema de coordenadas, o sea, en el "centro de rotación" su torque será nulo, cualquiera sea la fuerza actuante. 2.- Si escribimos el módulo del torque en la forma: t = (r senθ) F, la cantidad entre paréntesis corresponde a la componente del vector posición en la dirección de la "línea de acción" de la fuerza F. Esta componente r se llama "Brazo de la Fuerza" o "Brazo de Palanca". De acuerdo a lo anterior, se puede concluir que el torque de una fuerza se puede calcular como: el producto de la Fuerza y su "Brazo". 3.- Si escribimos el módulo del torque en la forma: t = r (F senθ), la cantidad entre paréntesis corresponde a la componente de la fuerza que es perpendicular al radio de rotación. F senθ = F┴r. 4.- Si se invierte uno de los vectores (r o F) en el producto vectorial, el resultado es un cambio de signo en el valor del torque. Si se invierten ambos vectores, el torque permanece invariable. 5.- Por convención se ha establecido que los torques producen una rotación en la dirección "contraria a los punteros del reloj", son positivos. Si la rotación es en la dirección opuesta a la anterior, el Torque es negativo. 6- Regla de la mano derecha (Ver figura No 11). Consiste en extender la mano derecha, de modo que el pulgar quede perpendicular a los restantes dedos (en un solo plano). Entonces, el pulgar indica el sentido del vector y de los demás dedos, el sentido del giro, el sentido del movimiento o de la fuerza aplicada sobre el conductor o sobre las cargas será perpendicular a la palma de la mano, alejándose de ésta. Figura No 11: Cuerpo rígido. Fuente: www.monografias.com/trabajos14/equilibriocuerpo/torque 27 2.2.1.2 REQUISITOS METROLÓGICOS Requisitos y métodos de ensayo para verificar la conformidad del diseño, de la calidad y del procedimiento de recalibración (ISO 6789:2003)4 Por no existir la norma antes citada oficialmente adoptada en El Salvador se utilizará como referencia la versión de España que fue adoptada por AENOR en el 2003-03- 24. (Ver anexo No 4, Pág. 205). 1. CLASIFICACIÓN Las herramientas dinamométricas objeto de esta norma se clasifican del modo siguiente: a) Tipo I: Herramientas dinamométricas de lectura directa − Clase A: Llave de barra a torsión o a flexión. (Véase figura No12.1) − Clase B: Llave de caja rígida con escala graduada, dial o visor. (Véase figura No12.2, Pág. No 29) − Clase C: Llave de caja rígida e indicador electrónico de medida. (Véase figura No12.3, Pág. No 29) − Clase D: Destornillador con escala graduada, dial o visor. (Véase figura No12.4, Pág. No 29) − Clase E: Destornillador con indicador electrónico de medida. (Véase figura No12.5, Pág. No 29) FIGURA No11.HERRAMIENTAS DINAMOMÉTRICAS DE LECTURA DIRECTA: TIPO I Figura No 12.1 − Clase A: Llave de barra a torsión o a flexión 4 Fuente de información:http//www.cem.es/ISO6789/ 28 Figura No 12.2 − Clase B: Llave de caja rígida con escala graduada, dial o visor Figura No 12.3 − Clase C: Llave de caja rígida e indicador electrónico de medida Figura No 12.4 − Clase D: Destornillador con escala graduada, dial o visor Figura No 12.5 − Clase E: Destornillador con indicador electrónico de medida b) Tipo II: Herramientas dinamométricas de disparo − Clase A: Llave regulable con escala graduada o con visor. (Véase figura No 13.1, Pág. No 30) − Clase B: Llave con par fijo. (Véase figura No13.2, Pág. No 30) − Clase C: Llave regulable sin escala graduada. (Véase figura No13.3, Pág. No 30) − Clase D: Destornillador regulable con escala graduada o con visor. (Véase figura No13.4, Pág. No 30) 29 − Clase E: Destornillador con par fijo. (Véase figura No13.5, Pág. No 31) − Clase F: Destornillador regulable sin escala graduada. (Véase figura No13.6, Pág. No 31) − Clase G: Llave con barra de flexión, regulable con escala graduada. (Véase figura No13.7, Pág. No 31) FIGURA No 12.HERRAMIENTAS DINAMOMÉTRICAS DE DISPARO: TIPO II Figura No 13.1 − Clase A: Llave regulable con escala graduada o con visor Figura No 13.2 − Clase B: Llave con par fijo Figura No 13.3 − Clase C: Llave regulable sin escala graduada Figura No 13.4 − Clase D: Destornillador regulable con escala graduada o con visor 30 Figura 13.5 − Clase E: Destornillador con par fijo Figura No 13.6 − Clase F: Destornillador regulable sin escala graduada Figura No 13.7 − Clase G: Llave con barra de flexión, regulable con escala graduada REQUISITOS 2. Control de la conformidad del diseño 2.1 Generalidades. El fabricante debe ensayar muestras de llaves para verificar que son conformes con los apartados 2.2 a 2.7, que a continuación se describen. 2.2 Asignación del cuadrado conductor. El tamaño del cuadrado conductor es una función del valor máximo del par de la herramienta correspondiente. La asignación se realiza de acuerdo con los valores dados en la tabla1. 31 Tabla 1 Asignación del cuadrado conductor 2.3 Rango de medida especificado. Los requisitos y los métodos de ensayo correspondientes a esta norma internacional cubren un rango de medida especificado del 20% al 100% del valor máximo del par de la herramienta correspondiente. Las escalas graduadas de las herramientas dinamométricas del Tipo 1 deben marcarse desde la posición cero. 2.4 Escalas. El espacio entre dos graduaciones sucesivas de una escala no debe exceder del 5% de la capacidad máxima. 2.5 Tolerancias 2.5.1 Herramientas dinamométricas de lectura directa (Tipo I). La desviación admisible entre el valor del par indicado por la herramienta y la indicación simultánea Valor Máximo del par Nm Medida Nominal del cuadrado conductor a mm 30 6,3 135 10 340 12,5 1000 20 2100 25 a De acuerdo con la norma ISO 1174-1 32 del dispositivo de ensayo debe ser tal como se especifica en la tabla 2. Tabla 2 Desviación admisible (Tipo I) 2.5.2 Herramientas dinamométricas de disparo (Tipo II). La desviación admisible entre el valor del par indicado sobre la escala (Clases A, D y G) o el valor nominal (Clases B y E) y el valor del par indicado por el dispositivo de ensayo debe ser tal como se especifica en la tabla 3. Tabla 3 desviación admisible (Tipo II Clase A, B, D, E y G) Clase 2 Valor Máximo del Par <= 10 N.m > 10 N.m A y B ± 6% D, E, y G ± 6 % ± 4% 2 En el caso de herramientas dinamométricas con medida electrónica (clase A y clase D), los valores de la desviación admisible incluyen el error debido a la resolución del visor. 33 La desviación admisible entre el valor del par regulado y el valor del par indicado por el dispositivo de ensayo debe ser tal como se especifica en la tabla 4. Tabla4 Desviación admisible (Tipo II, Clases C y F) Para las clases C y F, el valor del par regulado es igual a la media aritmética de 10 Clase 2 Valor Máximo del Par <= 10 N.m > 10 N.m A y D ± 6% B, C y E ± 6 % ± 4% 2 En el caso de herramientas dinamométricas con medida electrónica (clase C y clase E) y el valor indicado (clase B y clase D), los valores de la desviación admisible incluyen el error debido a la resolución del visor. Clase Valor Máximo del Par <= 10 N.m > 10 N.m C ± 6% F ± 6 % ± 4% 34 lecturas de ensayo. 2.6 Ensayo de sobrecarga. Después de ajustar al 100% del valor máximo del par, las herramientas dinamométricas a ensayar deben someterse tres veces en cada sentido de funcionamiento a un valor de par igual al 125% de la capacidad máxima (o de la capacidad nominal para las herramientas de Tipo II, Clases B y E). Esto no aplica a las herramientas de par limitado. 2.7 Ensayo de durabilidad. Todas las herramientas dinamométricas a ensayar deben someterse a 5 000 ciclos en cada sentido de funcionamiento, a la capacidad máxima (o a la capacidad nominal para las herramientas de Tipo II, Clases B y E), y una velocidad de entre 5 ciclos/min. Y 10 ciclos/min. Después del ensayo de durabilidad, la herramienta dinamométrica debe permanecer dentro de las tolerancias para el par, y no debe presentar ningún daño físico que pueda ser perjudicial para la exactitud y la seguridad. 2.2.1.3 PATRONES DE PAR TORSIONAL El desarrollo continuo de la tecnología y el aumento de su complejidad, demanda intervalos de medición amplios, precisos una diversidad de los patrones que se emplean para establecer las unidades o sistemas de medida. La metrología de par torsional es de importancia y es una magnitud de uso común en los sectores industriales, y técnicos. La realización de esta magnitud con los más altos niveles de confiabilidad son tareas asignadas a laboratorios de par torsional que muestran la automatización y los beneficios que se obtienen al contar con sistemas de patrones de alta calidad como en: México y España. A continuación se presentan patrones que son utilizados en los laboratorios del CENAM en México y CEM en España, estos poseen patrones primarios, nacionales y de transferencia. 35 PATRONES QUE POSEEN EN LABORATORIO CENAM EN MÉXICO: Figura No 14. Patrón primario de par torsional de 2 KN·M Fuente:www.cenam.mx/patrones/par_torsional Patrón Primario: Descripción: El patrón primario de par torsional (Figura No 13), esta basado en la definición de la magnitud, fuerza por distancia, y se compone de un conjunto de masas sujetas al extremo final de un brazo de palanca que, atraídas por la acción de la gravedad local, generan una fuerza rotacional. El patrón utiliza como elemento de apoyo un cojinete neumático, un sistema de alineación y un motor eléctrico con un reductor de velocidad acoplado como sistema de nivelación del brazo de palanca. Incertidumbre relativa esperada: ± 5,0 x 10 -5 (k=2); con un nivel de confianza del 95 %5 Alcance: El alcance de medición del patrón primario será de 1 N·m hasta 2 kN·m. Aplicación: La principal resolución de este patrón primario, además de la realización de la magnitud, es la calibración de los patrones de transferencia con los cuales se disemina la magnitud hacia la industria nacional a través de los laboratorios secundarios. Además de ser el origen de la trazabilidad en la magnitud de par torsional. Trazabilidad 5 Guía para estimar la incertidumbre de la medición / CENAM / WSchmid y RLazos / Mayo 2000 36 Este patrón es trazable a los patrones nacionales del de las unidades de base del sistema internacional de unidades (SI), masa, longitud y tiempo. El patrón nacional de par torsional es trazable al patrón nacional de Alemania mantenido en el Phisikalisch Technische Bundesanstalt (PTB)6. Mantenimiento El mantenimiento del patrón primario consiste en la calibración de las masas, del brazo de palanca, la caracterización del sistema de medición así como un programa de comparaciones con otros institutos metrológicos que cuentan con patrones primarios similares. Figura No 15.Patrón nacional de par torsional de 2 KN·M Fuente:www.cenam.mx/patrones/par_torsional Patrón Nacional: Descripción: El patrón nacional de par torsional (Figura No 14), es un sistema de comparación basado en un juego de transductores de alta exactitud que en conjunto con un motor-reductor para la aplicación del par torsional. Consta además de un sistema de alineación, una placa de contra reacción y un cojinete de aire, sirven para comparar los instrumentos a medir. Incertidumbre relativa: ± 5,0·10-4 de la lectura (k=2). 6 Fuente de información:www.cenam.mx/publicaciones/descargas/PDFFiles/cnm-pnm-23 37 Alcance: La resolución del patrón nacional de par torsional consta de cuatro transductores de referencia con los cuales se logra un alcance de medición de 1 N·m a 2 kN·m. El método de medición empleado es el de comparación directa. Aplicación Par torsional es una magnitud derivada de la fuerza y se define como la fuerza aplicada a un cuerpo, a una distancia perpendicular a un eje, tal que se genere en él una rotación alrededor del mismo. La realización de esta magnitud con los más altos niveles de confiabilidad, con la tecnología adecuada y compatible a la de otros países, permite resolver los problemas de medición que han surgido actualmente en México ya que es una magnitud de uso común en los sectores industrial, técnico y científico de México. Como ejemplos de aplicación de esta magnitud se tiene: Medición de la potencia al freno en motores de combustión y eléctricos; Proporcionar el apriete adecuado a tornillos en el montaje y ensamble de todo tipo de vehículos, aparatos, maquinaria y equipos. Trazabilidad El patrón nacional de par torsional es trazable al patrón nacional de Alemania mantenido en el Phisikalisch Technische Bundesanstalt (PTB). Actualmente, CENAM trabaja en la caracterización del patrón primario para la realización de la magnitud dentro del alcance de medición especificado y en un futuro inmediato dará trazabilidad a los transductores patrón de referencia. Mantenimiento El mantenimiento del patrón nacional de par torsional se lleva a cabo mediante el control estadístico de la calibración de los cuatro transductores y su estabilidad en el tiempo, así como por medio de comparaciones internacionales con laboratorios nacionales de otros países. Por otra parte, también se realizan comparaciones internas entre los cuatro transductores para tener un mejor conocimiento de la estabilidad y comportamiento de los mismos. 38 Figura No 16. Patrón de transferencia de par torsional de 20 N·M Fuente:www.cenam.mx/patrones/par_torsional Patrón de Transferencia: Descripción: El patrón de transferencia de par torsional (Figura No 15,Ver Pág. No 37) es un sistema formado por un conjunto de transductores de alta exactitud, un motor eléctrico y un reductor de velocidad para la aplicación del par torsional, un sistema de alineamiento, una placa de contra reacción y un cojinete de aire. El método de medición se fundamenta en el principio de comparación directa. Incertidumbre relativa esperada: ± 5,0 x 10-4 (k=2) Alcance: El alcance de medición es desde 0,1 N·m hasta 20 N·m. Aplicación: La resolución es debido a la demanda de servicios de calibración de instrumentos de medición de par torsional en un bajo alcance de medición, fue necesaria la creación de un patrón que cubriera esta necesidad. Los servicios ofrecidos van dirigidos a la calibración de "torquímetros" e instrumentos de par torsional de bajo alcance de medición. Trazabilidad 39 El patrón de par torsional es trazable al patrón primario de par torsional mantenido en CENAM por medio de la calibración del conjunto de transductores de referencia. Mantenimiento El mantenimiento del patrón de transferencia de par torsional se lleva a cabo mediante el control estadístico de la calibración de los transductores de referencia y su estabilidad en el tiempo, así como por medio de comparaciones con laboratorios nacionales de otros países. Patrón Alto Alcance: Descripción: El desarrollo de este patrón consistirá en un sistema de transferencia (Figura No16), formado por un transductor de transductores de alta exactitud en el alcance de 500 N·m a 20 kN·m, de un sistema de generación del par torsional y una estructura de contra reacción para soporte del par aplicado. El método de medición se fundamenta en el principio de comparación directa. Figura No 17.Patrón de Transferencia de Par Torsional de 20 kN·m (proyecto en Desarrollo) Fuente:www.cenam.mx/patrones/par_torsional 40 Incertidumbre relativa esperada: ± 5,0 x 10-4 (k=2) Alcance: El alcance de medición será desde 2 kN·m hasta 20 kN·m. Aplicación: La resolución es debido a la demanda de servicios de calibración de instrumentos de medición de par torsional en un alto alcance de medición para servicio pesado, fue necesario el desarrollo de este patrón para cubrir esta necesidad. La creación de este patrón está dirigido a la calibración de "torquímetros" y transductores de par torsional de alto alcance. Trazabilidad El patrón de par torsional será trazable al patrón de alto alcance de Alemania mantenido en el Physikalish Technische Bundesanstalt (PTB). Mantenimiento El mantenimiento del patrón de alto alcance de par torsional se pretende llevar a cabo mediante el control estadístico de la calibración del transductor de referencia y su estabilidad en el tiempo, así como por medio de comparaciones internacionales con laboratorios nacionales de otros países. PATRONES QUE POSEEN EN LABORATORIO CEM EN ESPAÑA: 41 Figura No 18. Máquina patrón de par de carga directa de 1000 N.m Fuente: www.cem.es/patrones/par_torsional Tiene encomendado la materialización de la unidad de la magnitud de par de torsión. La unidad de medida de la magnitud par, adoptada por los países firmantes de la Convención del Metro y de uso legal en España, es el "newton * metro", unidad derivada del SI. El laboratorio de par de torsión está equipado con una máquina patrón de par de carga directa de 1000 N-m (Figura No 17), capaz de generar un rango de par, tanto en sentido horario como antihorario, desde 1 N.m hasta 1000 N.m, con una resolución relativa estimada 1 x 10-5 (k=1), y dos máquinas de par por comparación, una de 5 kN.m y otra de 20 N.m, capaces de generar un rango de par desde 0,2 N.m hasta 5 kN.m tanto en sentido horario como anti-horario, con una resolución relativa estimada mínima de 1 x 10-4 (k=1); con un nivel de confianza del 95 %. La generación de par está directamente trazada a las unidades nacionales primarias de masa y longitud del CEM. Las tres máquinas patrones de par disponen de cojinetes neumáticos, que actúan como cojinetes radiales quasi-estáticos, para absorber fuerzas transversales y momentos flectores y permitir con ello la generación de pares puros. Las máquinas patrones de par y de fuerza están ubicadas en una sala de 323,3 m2, climatizada a 20 °C ± 1 °C. El valor local medido de la aceleración de la gravedad en dicha sala es de 9,79950659 m/s2. • Rango de par: desde 1 N.m hasta 1000 N.m. • Resolución relativa de par: 1 x 10-5 (k=1). 42 • Conjunto de elementos de carga: 120 masas de carga cilíndricos de acero inoxidable X2CrNiMoN 18.14-3 y una rugosidad superficial de Ra ≤ 5 µm. • Brazo de SuperInvar con una longitud de 500 mm (simétrico). • El conjunto de elementos de carga está compuesto por: 20 x 200 N, 20 x 100 N, 20 x 40 N, 20 x 20 N, 20 x 10 N y 20 x 4 N. Figura No 19.Máquina de par por comparación de 5 KN.M Fuente: www.cem.es/patrones/par_torsional Rango de par: desde 2 N.m hasta 5000 N.m (Figura No18, Véase Pág. No 41). Resolución relativa de par: 1 x 10-4 (k=1) Transductores de par de referencia: • 5 kN.m Raute (TT1) • 2 kN.m Raute (TT1) • 1 kN.m HBM (TN) • 1 kN.m Raute (TT1) • 500 N.m HBM (TN) • 200 N.m Raute (TT1) • 100 N.m HBM (TN) 43 • 50 N.m Raute (TT1) • 20 N.m Raute (TT1) Figura No 20.Máquina de par por comparación de 20 n.m Fuente: www.cem.es/patrones/par_torsional Rango de par: desde 0,2 N.m hasta 10 N.m (Figura No19) Resolución relativa de par: • desde ±0,5 - 2,5 x 10-4 (k=1) • desde ±0,2 - 3,5 x 10-4 (k=1) Transductor de par de referencia: • 10 N.m HBM (TN) 2.2.1.4 CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE PAR TORSIONAL MÉTODO Y SISTEMA DE MEDICIÓN 44 A continuación se especifica los lineamientos mínimos que deben ser considerados para realizar el método de comparación directa en la calibración de “torquímetros”. Método de medición Comparación directa: Comparación de las lecturas observadas del dispositivo indicador del “torquímetro” y el instrumento patrón al establecer entre ellos el par torsional. Procedimiento de medición (según CENAM)7 1. Verificar que el “torquímetro” a calibrar esté dentro del alcance de las capacidades de calibración y medición del laboratorio. 2. Verificar que se mantiene trazabilidad del instrumento patrón. 3. Verificación general del “torquímetro” (operación, funcionamiento, conservación adecuada de elementos auxiliares y cuidados en la instalación). 4. Permitir el equilibrio térmico del (los) instrumento(s) patrón y del “torquímetro” a las condiciones que se realizará la calibración, aclimatar durante un periodo de tiempo determinado. 5. Verificar la adecuada alineación de ejes y planos de medición del instrumento patrón y del “torquímetro” bajo prueba durante el montaje y la calibración (puntos de aplicación de la carga). 6. Verificar la aplicación de precargas para eliminar histéresis en los instrumentos. 7. Verificación del error de cero del “torquímetro”. 8. Definir el método de toma de lectura (prefijación del punto de medición en “torquímetro” o en el patrón). 9. Definir los puntos de calibración del “torquímetro” (mínimo 5 puntos dentro de la escala uniformemente distribuidos). 10. Verificar que se realizan un mínimo de 3 series de lecturas repetidas en ascenso (no habrá descenso debido a que un torquímetro no trabaja con disminuciones de 7 Fuente de información:http//www.cenam.mx/partorsional/procedimiento. 45 fuerza siempre lo hará de forma ascendente) de acuerdo al punto 9 para obtener información sobre la repetibilidad. 11. Verificar que el laboratorio define claramente el (los) modo(s) en que se realiza la calibración (sentido horario o anti-horario). Nota: 1. Deberá considerar las magnitudes de influencia en cada punto o valor de calibración. Equipos e instrumentos, instalaciones � Sistemas de transferencia de par torsional. � Nivel para verificación de posición de ejes. � Vernier para medición posición de desplazamiento de ejes. � Termómetro adecuado. Procedimiento de medición (según CEM)8 1. Procedimiento de calibración Este procedimiento de calibración se basa en el método de comparación directa. 1.1 Obtención de los puntos de calibración. Para obtener cada uno de los puntos de calibración, los valores de par de referencia aplicados serán siempre de forma creciente no monótona, es decir, pasando siempre por el valor de cero antes de aplicar el siguiente valor de par de referencia. La calibración se realizará en un rango que comprenda los valores desde el 20% a un valor entre el 90 % y el 100 % de la capacidad nominal de la llave dinamométrica. Se elegirán al menos 5 puntos de calibración repartidos de forma uniforme en dicho rango, coincidiendo el primero de ellos con el 20 % y el último con el valor elegido como máximo. 8 Fuente de información:http//www.cem.es/ventapublicaciones/procedimiento/partorsional 46 Se realizarán cinco reiteraciones consecutivas para cada uno de los puntos seleccionados, excepto en el caso de las llaves regulables sin escala graduada, (tipo 2, modelo C) donde se realizarán 10 reiteraciones. El intervalo de tiempo entre dos puntos de calibración tiene que ser lo mas similar posible. La aproximación al valor del punto de calibración se realizará lentamente y sin brusquedades. A partir del 80 % del valor de consigna, la carga debe ser aplicada en un tiempo comprendido entre 1 s y 4 s, salvo indicación distinta del fabricante. En el caso de las llaves dinamométricas tipo 1, si se sobrepasa el valor de consigna, debe reiniciarse la medición. 1.2 Características particulares. 1.2.1 Llaves tipo 2, modelo B Al ser llaves con ajuste fijo (o sea que el valor del par viene prefijado por el fabricante), se calibrará solamente en dicho valor, realizándose como mínimo 5 reiteraciones. 1.2.2 Llaves de par tipo 2, modelo C Antes de comenzar la calibración se deberá ajustar el valor del par a calibrar, seleccionándolo a través del accesorio que la llave en cuestión tiene incorporado y posteriormente comprobarlo con las indicaciones del patrón. Esta comprobación se realizará dos o tres veces. 2. Descripción 2.1. Equipos y materiales 2.1.1. Patrones Para la calibración de las llaves dinamométricas se dispondrá de los equipos patrones de par, de tipo eléctrico o mecánico, en rangos suficientes como para cubrir todo el campo de medida de las mismas. La exactitud de los patrones de calibración deberá ser tal que la incertidumbre máxima no excederá del ± 1% del valor del par aplicado establecido por la norma. Los patrones, llaves dinamométricas, así como el resto de piezas adyacentes a ellas, deben estar diseñadas para soportar pares de torsión en sentido horario, anti-horario 47 o ambos, según su construcción, sin influencias significativas de fuerzas cruzadas y momentos flectores. 2.1.2. Útiles de conexión Se dispondrá de un juego de adaptadores y conexiones para permitir acoplar los patrones y las llaves dinamométricas a calibrar. Los mismos se fabricarán de acuerdo a la capacidad máxima de par de la llave, siendo su tamaño normalizado por ejemplo por la norma UNE-EN 26789, (6). (Tabla 2, Véase Pág. No 47): Tabla 2: Acopladores cuadrados Máximo valor de par (N.m) Acoplamientos cuadrados (mm) 30 6,3 135 10 340 12,5 1000 20 2700 25 2.1.3. Dispositivos medidores de las condiciones ambientales (temperatura, humedad). Para la determinación de las condiciones ambientales se utilizarán instrumentos con exactitudes similares a la de la siguiente tabla: L Instrumento Resolución Exactitud Termómetro 0.1 °C 1 °C Higrómetro 1 % hr. 5 % hr. 48 Procedimiento de calibración según la norma ISO 6789 Las herramientas dinamométricas deben verificarse al 20%, después a aproximadamente al 60%, y por último al 100% del valor máximo del par de la herramienta correspondiente (o al valor nominal para las herramientas del Tipo II, Clases B y E). En el caso en el que la graduación del 20% del valor máximo del par no esté marcada sobre la herramienta dinamométrica, deben controlarse las tolerancias a la graduación inferior más próxima. El número de mediciones en cada sentido de funcionamiento debe ser el siguiente: − Tipo I, todas las clases: 5 mediciones consecutivas por cada punto de medición; − Tipo II, Clases A, D y G: 5 mediciones consecutivas por cada punto de medición − Tipo II, Clases B y E: 5 mediciones consecutivas al valor nominal; − Tipo II, Clases C y F: 10 mediciones consecutivas por cada punto de medición. La evaluación de la desviación debe obtenerse mediante la fórmula siguiente: Ax (%) = (Xa – Xr) 100 Xr Donde: AS (%): Es la desviación calculada de la herramienta dinamométrica; en porcentaje. Xa: es el valor indicado de la herramienta dinamométrica; en Nm. Xr: es el valor de referencia (determinado por el dispositivo de calibración); en Nm. 2.2.2 TORQUÍMETROS9 Es un instrumento de precisión utilizado para aplicar o predeterminar aprete de tornillos, birlos (tornillos sin cabezas), tuercas y sujetadoras en ensamble final o para aplicar la tensión de apretar en trabajos de construcción y en partes ensambladas de 9 Fuente de información:http//www.urea.com/herramientasprofecionales/torquímetros 49 equipo para manejo de líquidos y gases bajo presión. Poseen la características de acoplar dados y accesorios en su cuadro de mando que va desde ¼ “hasta ¾ “10. Los torquímetros se utilizan, en uniones que por la naturaleza de los elementos de sujeción (tuercas y tornillos) deben poseer una aprete específico. Los torquímetros han sido calibrados y certificados para alcanzar la precisión requerida por especificaciones ASME/ANSI B107.14M, Federal GGG-W-00686C. Se denomina torque o par de torsión a la acción que produce una fuerza aplicada con un brazo de palanca, determinado sobre un cuerpo que tiende a girar su propio eje. La definición implica dos elementos fundamentales: 1. Una fuerza, cuyas unidades de medida más comunes en el sistema Internacional, son Kilogramos-fuerza, Newton y en el sistema inglés onzas- fuerzas o libras-fuerzas. 2. Un brazo de palanca, cuyas unidades de medida en el sistema Internacional son metros, y en el sistema inglés son pulgadas o pies. La fórmula del torque se reduce en la siguiente fórmula: Torque = fuerza X brazo de palanca. Las unidades de medida de torque son: Sistema Inglés: Sistema Internacional: Ft. Lb. (Pie-Libra) Nm (Newton-Metro) In. Lb. (Pulgada-libra) dNm (Deci Newton-Metro) In. Oz. (Pulgada-Onzas) 10 Fuente de información: manual de herramientas Urrea herramientas profesionales torquímetros 50 2.2.3 DISEÑO El objetivo principal de un diseño al ser creado debe ser de manera efectiva, eficaz al menor costo. Su palabra clave debe ser su simplicidad, puesto que un dispositivo es, por lo general el menos caro. Las palabras” menos caro” incluyen no solamente el costo de los materiales y construcción si no que también incluye el costo de ingeniería (planeación). El análisis es una de las partes necesarias e importantes al diseñar pero se debe conocer, que tanto de dicho análisis tiene que hacer y cuando dejar de hacerlo. Se deben impartir instrucciones claras y concisas, de manera que el instrumento pueda ser construido con las facilidades existentes y debe asegurarse que opere de manera efectiva y segura. Una responsabilidad al diseñar es proporcionar dimensiones reales a las partes que se realizaran. Debido a que es imposible fabricar una parte con una dimensión exacta, las instrucciones deben indicar las dimensiones máximas y mínimas que puedan ser aceptadas las tolerancias. 2.2.4 TIPOS DE TORQUÍMETROS Los torquímetros se clasifican por su diseño y funcionalidad: • Torquímetros de carátula (ver figura No 21) • Torquímetros de micrómetro o trueno (Ver figura No 22, Pág. No 51) • Torquímetros de aguja (Ver figura No 23, Pág. No 52) TORQUÍMETROS DE CARÁTULA Figura No 21.Torquímetro de carátula Fuente:http//www.urea.com/herramientasprofecionales/torquímetros 51 Práctico dispositivo para la medición del torque mediante la carátula, la que permite al usuario una rápida y precisa identificación del torque aplicado, con cuadros de mando de 3/8” a 3/4” esta categoría de torquímetros posee la capacidad de medir el torque mediante agujas que giran en una carátula con graduaciones, tanto en Sistema Internacional como Sistema Inglés, poseen una carátula graduada en (Ft-Lb) y (Nm) y dos agujas una de ellas indica el torque que aplicamos y la otra es una aguja de memoria que indica el torque máximo aplicado la última vez. Todas las partes están elaboradas de acero y templadas para evitar el desgaste. Las externas tienen recubrimiento de níquel y cromo para prevenir la oxidación. Cuenta con una carátula giratoria A que permite elegir entre las escalas internas o externas de la misma dependiendo del sentido en el que se vaya aplicar el torque, es decir hacia la izquierda o hacia la derecha (dependiendo el tipo de rosca). La escala externa se utiliza para roscas derechas (el torque se aplica conforme a las manecillas del reloj) y la escala interna se utiliza para roscas izquierdas (en contra de las manecillas del reloj), adicionalmente con dos agujas, la principal B que marca el torque aplicado y la memoria H que conserva e