TORNILLOS

Los tornillos son elementos cuya función es unir o asegurar las piezas estructurales o móviles de una maquinaria.
Existen dos tipos de tornillos de acuerdo a la función que desempeñan: Tornillos de unión y tornillos de potencia.
Tornillos de unión
Antes de describir este tipo de tornillos, es necesario aclarar que existen distintos métodos para unir piezas, entre los que destacan los permanentes y semi permanentes o desmontables.
1) Los métodos permanentes:
A) La soldadura: se caracteriza por mantener las piezas rígidas y estancas mediante la aplicación de una amalgama, cuyo objetivo principal es asegurar la continuidad de las piezas y la transferencia de esfuerzos entre ellas. En este sentido se puede decir que una unión de este tipo es más estable si la transferencia de esfuerzos es uniforme.
Existen más de cuarenta sistemas de soldar, sin embargo, el más importante (y ampliamente utilizado) es el de fusión.
B) Pegado: el conjunto de interacciones químicas por medio de las cuales tiene lugar la interfase adhesivo-adherente se llama adhesión. Los sutratos o adherentes son los materiales que se pretenden unir mediante la aplicación del adhesivo. Las características mecánicas y físicas de los materiales determinan el grado de adhesión, de forma que se logre una unión de tipo permanente la cual, aún cuando no presenta el nivel de resistencia de una soldadura, permite cierta rigidez y estanqueidad, e incluso la transferencia de esfuerzos limitados a través de los elementos.
C) Remachado: este método es aplicable en muchos casos, la razón es el costo que representa y la facilidad con la que puede llevarse a cabo.
Es importante señalar que los métodos de unión permanente tienen como característica común que, para separar las piezas, debe destruirse el elemento que las mantiene unidas.
2) Los métodos semi permanentes o desmontables
Este es el tipo de unión que emplea tornillos o pernos.
Un tornillo es una pieza cilíndrica con filetes en espiral a lo largo de su eje que le permiten introducirse en orificios roscados a los cuales se les conoce como "orificios ciegos", esto significa que no tienen salida en el extremo opuesto a la cabeza del tornillo.
Un perno es un tornillo que atraviesa las estructuras que se pretenden unir y en cuyo extremo opuesto a la cabeza se utiliza una tuerca para mantenerlo fijo.
Aún cuando existen otros métodos que reemplazan el uso de tornillos y pernos como medios de sujeción, son elementos que se utilizan en muchos mecanismos, maquinarias y estructuras, debido a su gran versatilidad, fácil comercialización y, sobre todo, que son normalizados.

Cuando un tornillo o perno asegura dos elementos, debe ser sometido a una precarga para garantizar que permanecerá estanco sin importar las tensiones o vibraciones a las que se someta. La manera adecuada de precargar estos elementos es mediante una llave dinamométrica y debe hacerse en secuencia, es decir, la tensión ha de repartirse en cada tornillo de manera que se logre una carga puntual y las superficies de las piezas mantengan una presión uniforme.
La magnitud de precarga creada al aplicar torque depende en gran medida de los efectos de la fricción. Por lo regular se emplea mayor torque para aflojar un tornillo o perno que el que se utilizó para colocarlo, esto se debe a la corrosión de las piezas, existen en el mercado muchos productos para lubricación de tornillos y pernos, lo cual puede ayudar en gran medida a solucionar este problema al mismo tiempo que previenen otras situaciones como fugas de fluido o escape de presión.

TORQUÍMETRO

Aunque el nombre técnico de esta herramienta es "llave dinamométrica" se le conoce en muchos lugares con el nombre torque (torque wrench) o simplemente torquímetro. Este instrumento de uso no tan común permite aplicar una tensión específica para el ajuste de tornillos y tuercas.
Si la tensión es aplicada a un tornillo que se ajusta dentro de un agujero ciego, se produce un efecto de compresión del eje y si se trata de un conjunto tornillo-tuerca se produce un efecto de elongación del eje. La compresión o elongación del tornillo está relacionada con su módulo de elasticidad, de ahí que la estimación del par sea tan importante y requiera ser medido a fin de disminuir el riesgo de daños estructurales del material.
Podemos encontrar distintos tipos de llave de torque, entre los cuales destacan:
1) De aguja: es el diseño más sencillo, consiste en una aguja fija en el cabezal y en cuyo extremo contrario, cercano al mango de la herramienta, se encuentra una escala graduada en libras-pie o Newton-metro.
2) Tipo trueno: el mango de la herramienta permite el ajuste de un eje interno, el cual vibra cuando se excede la tensión a la que se encontraba ajustado, causando un sonido similar a un "clack", lo que indica que se tiene ha aplicado el torque adecuado.
3) De caratula: sobre el cuerpo de la herramienta se encuentra una caratula en cuyo interior se desplaza una aguja que señala el valor del par mecánico aplicado.
4) Digital: una pantalla de LCD permite visualizar con mucha precisión el valor de tensión que se aplica.
Estos son solo algunos de los diseños, cabe señalar que existen otros, como: torquímetro hidráulico o neumático y torquímetro electrónico.

MEDIDOR DE ALTURA

Este tipo de calibrador se utiliza para realizar comparaciones entre planos y objetos, de manera rápida y con la exactitud de un Vernier, ya que al igual que éste, cuenta con una escala graduada en milímetros o pulgadas.
La legibilidad máxima es de 0.001 in o su equivalente en el sistema decimal.
La punta de buril permite realizar trazos sobre superficies metálicas.
Cuando se desea llevar a cabo la medición de algún elemento, se debe asegurar la limpieza total de ambas superficies, con la finalidad de evitar que las pequeñas rebabas o suciedad adherida alteren la medida. También es recomendable que este calibrador sea utilizado en conjunto con una superficie plana y lisa, por ejemplo, un mármol, lo que disminuye el riesgo de errores en la medición.

La punta de buril puede causar una alteración en la medición (aproximadamente 0.0004 in), por lo que debe asegurarse que al colocar en cero el medidor de altura, es decir, al contacto con el mármol, no se registre holgura entre las superficies, ésto se puede revisar mediante el uso de una lámina de calibrar. En caso de que la holgura sea excesiva, se recomienda ajustar la altura de la regla, lo cual puede hacerse mediante un juego de tornillos que se tienen en la base del calibrador, al mismo tiempo que se compara con la superficie sobre la cual se quiere trabajar.
Una vez que el medidor se encuentra ubicado sobre la mesa de trabajo, se elige la pieza que se desea medir y se posiciona debajo del buril para registrar la medida.

En este ejemplo, se midió la altura de un resorte para válvula de admisión de una máquina de 350 pcd de ocho pistones, el cual registró una medida de 2.095 in.

CALIBRES TELESCÓPICOS

Sirven para medir los diámetros internos de agujeros o cilindros, así como el ancho de una ranura.
Las puntas de contacto se expanden por la acción de un resorte, lo que las coloca contra las paredes de la superficie a medir. Un ajustador en la parte superior permite fijar las puntas para mantener la medida inalterada al retirar la herramienta.
Una vez que se tiene el calibre, se obtiene la lectura mediante un micrómetro o un vernier.

Este tipo de herramienta auxiliar se utiliza cuando se quiere medir piezas cilíndricas cuyos diámetros varían en distintas secciones, por ejemplo, si se quiere conocer la medida de un cilindro de una máquina de combustión interna, se debe medir la parte inferior, parte media y parte superior para determinar el desgaste general.

Los calibres telescópicos se identifican mediante una letra, la cual indica el mínimo y máximo de abertura de las puntas, por ejemplo, la letra A indica que la abertura mínima será de 8 mm (5/16 in) y la máxima 12.7 mm (1/2 in).
El calibre tiene un ajustador en la parte superior, el cual debe desajustarse para que los cilindros puedan contraerse y entrar en la abertura que se pretende medir, deberá elegirse aquel que se encuentre dentro del rango de medición.
Una vez que se introduce el calibre telescópico y las puntas hacen contacto con las superficies, deberá fijarlo con el ajustador superior para después retirarlo y verificar mediante el vernier o el micrómetro la medida.

En la secuencia se muestra la medición del diámetro interno (a la mitad de la altura total del cilindro), el cual es de 3.375 in.

Esta secuencia muestra el uso de un calibre telescópico "B", el cual es comparado mediante un micrómetro de arco, y cuya lectura es de 0.01855 m, o bien, 18.55 mm.

COMPARADOR DE CALIBRES TIPO ALAMBRE

Este comparador se utiliza para identificar la medida de tolerancia o calibre existente entre algunos elementos de mecanismos o dispositivos cuyo diseño no permite el uso de otro tipo de herramienta de medición.
En la rama automotriz (mantenimiento preventivo y correctivo), se utiliza para verificar la distancia existente entre los electrodos de las bujías, ya que incluye una llave que permite tomar el electrodo negativo para acercarlo o alejarlo del electrodo positivo, y de esta forma evitar cualquier daño a la bujía.

Los alambres vienen en distintos calibres y en ocasiones se incluye un juego de láminas de distintos espesores para que, en caso de no contar con el alambre requerido, sean usadas como apoyo en la verificación de las medidas.

ERROR RELATIVO

Éste refiere a un porcentaje de error, el cual es el resultado de dividir el Error Absoluto por el Valor Convencionalmente Verdadero, es decir:

Error Relativo = Error Absoluto / Valor Convencionalmente Verdadero.

Ejemplo:
Considere que para cierta pieza se ha determinado un Error Absoluto de 0.023 in, siendo el Valor Convencionalmente Verdadero de 4 in. El Error Relativo será:

E.R. = 0.023 in / 4 in = 0.575%

Cuando el porcentaje de error no excede el límite de las tolerancias establecidas por el fabricante, la pieza puede considerarse como aceptable, esto es, solo si las especificaciones del producto consideran cierto margen de error, de otra forma se tendría que realizar un estudio para determinar en qué parte del proceso se ha dado la falla y así poder corregirla.

ERROR ABSOLUTO

Se define como la diferencia existente entre el valor absoluto y el valor convencionalmente verdadero, entendiéndose por valor convencionalmente verdadero aquel que el fabricante determina como medida estandarizada y que forma parte esencial de las características del producto.

Error Absoluto = Valor Leído - Valor Convencionalmente Verdadero.

Ejemplo:
El diseño original de una rondana especifica una medida de 13 mm para el diámetro externo. Se elige una muestra y se mide, obteniéndose una lectura de 13.80 mm. Determine el Error Absoluto.

E.A. = 13.80 mm - 13 mm = 0.80 mm

Es decir, el Error Absoluto corresponde a ochenta centésimas de milímetro.
El valor obtenido puede estar en función de dos posibles causas:
1) Error de medición o interpretación.
2) Error en la manufactura del producto.

INCERTIDUMBRE

Cuando varias personas miden un misma pieza, suelen tenerse resultados distintos llamados errores de medición.
La incertidumbre se define como la diferencia que existe entre la lectura de valor máximo y la lectura de valor mínimo, es decir:

Incertidumbre = Valor Máximo - Valor Mínimo.

Este parámetro nos permite identificar las variaciones existentes en una muestra y determinar si éstas se deben al uso de herramienta inadecuada o mal calibrada, o bien a una lectura que ha sido mal interpretada.
Ejemplo:
Cierto fabricante especifica que el diámetro de los pernos que elabora para una reconocida marca de relojes debe ser de 0.25 mm. Se elige un perno muestra y es medido en cinco estaciones de trabajo con cinco herramientas distintas, obteniéndose las siguientes lecturas:
1) 0.258 mm.
2) 0.255 mm.
3) 0.247 mm.
4) 0.252 mm.
5) 0.249 mm.
El menor valor obtenido es 0.247 mm y el valor máximo es 0.258 mm, por tanto:

Incertidumbre = 0.258 mm - 0.247 mm = 0.011 mm.

Lo anterior quiere decir que existe una incertidumbre de once milésimas de milímetro debida a las variaciones existentes en la calibración de las cinco herramientas.
La incertidumbre se debe a la exactitud limitada de los instrumentos de medición y a la falta de capacidad para interpretar más allá de la mínima lectura del instrumento.

Toda medición está sujeta a una incertidumbre, y mientras más larga sea la cadena de comparaciones, mayor será aquella, ya que el resultado obtenido siempre está en función del valor considerado el más cercano al verdadero y la estimación de la incertidumbre sobre dicho valor.
La incertidumbre se estima y se evalúa, pero no es una cuantificación exacta, ya que su origen reside en la incapacidad que por naturaleza se tiene para conocer con certeza absoluta el valor verdadero de una magnitud.

ERRORES EN LA MEDICIÓN

Cuando se mide se corre el riesgo de cometer errores, de manera general éstos se dan por la falta de pericia o por el uso de herramienta inadecuada o mal calibrada.
El diseño de un elemento, mecanismo, pieza, compuesto, etc., requiere una estandarización, para ello cada fabricante hace uso de normas y especificaciones que definen las características del producto.
Estas características, al igual que las tolerancias, deben establecerse de manera que no se comprometa la funcionalidad del dispositivo en cuestión, previendo una posible falla o desajuste de la maquinaria (en la fase de producción) e interpretaciones erróneas de las lecturas de medición por parte del personal de control.
Antes de que el dispositivo pase a una fase de producción, debe medirse, compararse y probarse, no solo una sino varias veces para determinar que los resultados serán iguales cada vez que el elemento sea utilizado. Es durante este proceso que suelen cometerse los errores de los cuales se ha hablado, y que podemos clasificar como:
1) Errores por instrumento o equipo de medición.
2) Errores por método de medición.
3) Errores por condiciones ambientales.
Por ello, es necesario contar con las especificaciones, herramienta y preparación adecuadas, esto nos permitirá identificar, limitar y solucionar problemas comunes en la línea de producción, ensamble o reparación.

LABORATORIO Y HERRAMIENTA

Las condiciones físicas y ambientales resultan determinantes para la exactitud de las mediciones, ya que cualquier variación en los valores de temperatura, presión atmosférica, humedad, etc., representa una posibilidad de error tanto en la toma como en la interpretación de lecturas.
Las normas generales en materia de estandarización de laboratorios de metrología, señalan los siguientes puntos como esenciales cuando se pretende llevar a cabo la construcción o mejora de un espacio destinado a las actividades de medición:
1) Temperatura: Por lo regular se consideran 20°C como una temperatura adecuada, aunque este valor puede variar y depende del tipo de experimento o técnica de medición que se utilizará en el proceso. Se recomienda que en caso de ser requerida una variación de temperatura, ésta sea suave.
2) Humedad: Se recomienda que sea lo menor posible, por lo regular se consideran valores por debajo del 50%.
3) Presión Atmosférica: Cualquier variación de la presión atmosférica contribuye a la salida o entrada de aire contaminado, lo que puede afectar a los aparatos de medición, por tanto, se recomienda que para laboratorios de metrología, la presión sea ligeramente mayor al valor de la presión atmosférica, lo que evita la entrada de aire contaminado, en caso contrario, si se tiene un laboratorio biológico, cuyo mayor riesgo sea la salida del aire contaminado, se procurará que la presión sea menor al valor de la presion atmosférica.
4) Red Eléctrica: Se debe limitar a valores normalizados para evitar daños a los aparatos de medición.
5) Polvo: Las partículas orgánicas que contiene contribuyen al desgaste de los aparatos de medición. También debe considerarse que, en los laboratorios de interferometría, la presencia de este elemento modifica el comportamiento de la luz.
6) Vibración y Ruido: Es importante evitarlos debido a que las mediciones, sobre todo cuando son mecánicas, se alteran con facilidad.

COMPARADOR DE CALIBRES TIPO LÁMINAS (LAINAS)

Es un conjunto de hojas de lámina cuyos calibres, expresados en unidades del Sistema Internacional o del Sistema Inglés, se encuentran grabados en la base de cada una de ellas. Se utilizan para medir las tolerancias existentes entre elementos de mecanismos y estructuras.
Debido a su diseño, las láminas pueden dañarse con facilidad si no se emplean de la manera correcta, en general, deben evitarse esfuerzos innecesarios tanto para colocar como para retirar la hoja, ya que esto podría causar un daño permanente a la herramienta.
Su uso, aunque no es exclusivo, está muy asociado con la maquinaria y la industria automotriz, ya que se emplea lo mismo en la inspección y revisión de tolerancias del producto terminado, como en el ensamble de mecanismos.

Por ejemplo, si se quiere conocer la tolerancia existente entre las puntas de los anillos del pistón, se debe hacer uso de una lámina cuyo calibre permita determinar si el espacio es o no el correcto. Una regla general que se aplica a la gran mayoría de las máquinas de combustión interna es, que por cada pulgada de diámetro del pistón, se debe tener una tolerancia de 0.003 in a 0.005 in, es decir, si el pistón tiene 3 in de diámetro, la tolerancia entre puntas de anillos será de 0.009 in a 0.015 in.
Estos datos son muy generales y en todo caso se debe revisar la especificación del fabricante para disminuir el margen de error.