Una tuerca del tamaño de la palma a cincuenta libras-pulgada no aprieta nada

El hilo contiene dos cifras completamente distintas

Si se lee entero, el mismo tipo de unión, una tuerca de rueda del tren principal, reúne valores que no pertenecen al mismo problema:

Entre el menor y el mayor de esos valores hay un factor de aproximadamente doscientos, y nadie en el hilo supo decir por qué. No es un fallo de los mecánicos implicados. Es lo que ocurre cuando una sola magnitud, la cifra de par, se usa para dos trabajos que no tienen nada que ver entre sí.

Qué consiguen realmente cincuenta libras-pulgada en esa tuerca

El par se convierte en fuerza de apriete mediante una relación de la forma T = K · d · F, en la que el diámetro figura directamente. Despejando, con 2⅛ in como 53,97 mm y 50 in·lbf como 5,65 N·m:

K es una suposición y no una medición, por eso la tabla da un intervalo; qué contiene realmente ese coeficiente se explica en par y fuerza de apriete. Pero la conclusión no depende de él. Triplique la fricción y la respuesta sigue siendo una fuerza de apriete que puede generar una mano.

Y qué haría falta para que esa tuerca se comportara como una unión atornillada

Recorra la misma relación en sentido directo. Pida a esa tuerca de 53,97 mm la precarga que normalmente llevaría una unión de ese tamaño, por ejemplo 50 kN, con K de 0,2:

T = 0,2 × 0,05397 × 50 000 = 540 N·m = 398 ft·lbf

Así que el hilo nunca comparaba dos ajustes de una misma cosa. Comparaba una unión que aprieta con otra cosa que resulta estar roscada, y ambas se habían escrito en la misma unidad.

Qué puede estar haciendo en su lugar un par tan pequeño

Cuando la cifra está dos órdenes de magnitud por debajo de lo que justificaría el diámetro, ha dejado de ser un indicador de la precarga y controla alguna de las otras cosas que puede controlar un anillo roscado. No sabemos cuál se aplica a ese avión, y el hilo tampoco lo sabía, así que lo que sigue es ingeniería general y no el diagnóstico de nada.

• Una posición. La tuerca se lleva a un lugar definido en vez de a una fuerza definida, y el par solo indica cuándo dejar de girar. La versión más clara es una tuerca almenada, donde la respuesta final no es en absoluto el par sino la posición que permitió el agujero del pasador
• Un arrastre. La especificación trata de cuánta resistencia tiene algo una vez montado, y el par se usa para alcanzar una condición de rodadura o deslizamiento en vez de comprimir un apilamiento
• Un desplazamiento. Algo elástico en el apilamiento convierte la última parte del giro en una distancia en vez de una fuerza, que es el modelo de ese resorte convierte un problema de par en uno de longitud

El patrón en dos etapas citado para el avión más grande, una cifra alta y luego otra final más baja, pertenece a la misma familia: un par seguido de la instrucción de aflojar es una operación de asentamiento, no una precarga. La primera cifra asienta el apilamiento; la segunda es con la que vive la unión. Leer la primera como el apriete de servicio es una manera directa de apretar algo de más.

La comprobación que esto le da

Puede aplicarla a cualquier especificación en un minuto más o menos, y solo necesita el diámetro y la resistencia propia del elemento de fijación.

El mismo razonamiento al revés es como se construye una tabla de pares indexada por clase, y la razón por la que dos cifras para un mismo tamaño de rosca pueden diferir exactamente en la relación entre clases y en nada más: el par salió de la clase, no de su unión. Cuánto vale una cifra de par cuando la fricción es desconocida, y por qué la llave es el menor error de la cadena, se trata en lo mal que su método de apriete controla la precarga.

Este artículo no pertenece a un solo paso de los seis: abarca varios o aparece después del montaje. Las decisiones se explican en el artículo inglés Specifying a screw.

Preguntas frecuentes

¿Por qué una tuerca muy grande tendría una especificación de par muy pequeña?

Porque el par solo representa la fuerza de apriete cuando la unión es una unión de apriete. El par crece con el diámetro, de modo que una tuerca grande necesita un par grande para alcanzar una precarga corriente. Cincuenta libras-pulgada en una tuerca de 2⅛ pulgadas producen aproximadamente entre 400 y 700 newtons según la fricción supuesta, menos del seis por ciento de lo que sostiene un solo tornillo M6 a su carga de prueba. Una cifra tan pequeña controla algo distinto de la fuerza de apriete.

¿Cómo sé si una cifra de par es una instrucción de precarga?

Compárela con el par que desarrollaría la carga de prueba del propio elemento de fijación, usando par igual a aproximadamente 0,2 por diámetro por fuerza. Si la especificación es un pequeño porcentaje de eso, no pide precarga, y juzgarla contra una tabla de pares para ese tamaño de rosca no le dirá nada útil. Si es del mismo orden de magnitud, es una unión de apriete y se aplican las consideraciones habituales.

¿Qué significa un par inicial seguido de un par final más bajo?

Un par seguido de la instrucción de aflojar hasta un valor menor es una operación de asentamiento. La primera cifra asienta el apilamiento, elimina holguras y asienta los componentes; la segunda es la condición en la que la unión debe vivir. El error es leer el número mayor como el apriete de servicio, lo que aprieta de más el conjunto y pierde el sentido del procedimiento en dos pasos.

¿Cambia la conclusión la suposición de fricción?

Aquí no. El coeficiente de la relación entre par y fuerza de apriete es una suposición y no una medición, y lo honesto es dar un intervalo: entre 0,15 y 0,25, la respuesta para esa tuerca se mueve entre unos 700 y 420 newtons. Es una gran dispersión relativa y no importa, porque la cifra está en cualquier caso a dos órdenes de magnitud de una precarga.

¿Qué avión era y por qué su par es tan bajo?

No lo sabemos, y el hilo tampoco. Quien publicó la foto lo dijo directamente. Esta página no dispone de ningún manual de mantenimiento de ningún avión y no diagnostica ninguno. La aritmética dice lo que cincuenta libras-pulgada en ese diámetro pueden y no pueden producir; lo que la especificación controla realmente es una pregunta para el documento que la emitió, que es lo único que rige.

Referencias

• ISO 898-1:2013 — propiedades mecánicas de los elementos de fijación de acero al carbono y acero aleado; tabla 5 de cargas de prueba, fuente de la cifra de comparación del M6
• r/aviationmaintenance — el hilo donde empezó esto, incluida la respuesta más votada preguntando por qué y la del autor diciendo que no lo sabe

La aritmética de esta página es nuestra y puede repetirse: 2⅛ pulgadas son 53,97 mm, cincuenta libras-pulgada son 5,65 N·m, y la fuerza de apriete se deduce del par, el diámetro y un coeficiente de fricción supuesto. Ese coeficiente es una suposición y no una medición, por eso se da un intervalo en lugar de un valor único; la conclusión no es sensible a él porque la diferencia es de dos órdenes de magnitud. La carga de prueba del M6, 11 600 N, procede de la tabla 5 de ISO 898-1, leída en la vista previa pública. Las cifras de par de aviones concretos son las que comunicaron personas en el hilo, citadas como testimonios y no verificadas: no tenemos ningún manual de mantenimiento de ningún avión, no sabemos por qué un tipo concreto especifica lo que especifica, y esta página no diagnostica nada ni dice si alguna cifra citada es correcta. Los tres papeles posibles de un par pequeño son ingeniería general y se ofrecen porque la aritmética descarta la precarga, no porque sepamos cuál se aplica. El patrón de asentamiento en dos etapas se describe igualmente como un patrón general; el documento de mantenimiento que emitió una especificación es lo único que la rige.