Qué es
La Calculadora de par de apriete de roscas estima el par necesario en la llave para conseguir una fuerza de sujeción (precarga) determinada en una unión atornillada. Se basa en la conocida ecuación abreviada del par \(T = K \cdot F \cdot d\), donde K es el factor de tuerca adimensional, F es la fuerza de sujeción deseada y d es el diámetro nominal de la rosca (del perno). Esta relación es universal y resulta válida en cualquier sistema de unidades coherente.
Cómo usarla
Introduce el factor de tuerca K (suele ser 0,2 para acero desnudo tal como se recibe, ~0,15 lubricado y ~0,3 en seco o cincado), la fuerza de sujeción objetivo F en newtons y el diámetro nominal de la rosca d en milímetros. La calculadora devuelve el par en newton-metro (\(\text{N}\cdot\text{m}\)) y en newton-milímetro (\(\text{N}\cdot\text{mm}\)). Elige el valor de K que mejor se ajuste a la superficie y la lubricación de tu fijación, ya que la fricción es el factor que más influye en el resultado.
La fórmula explicada
Aproximadamente el 50 % del par aplicado se consume venciendo la fricción de apoyo de la tuerca o la cabeza, alrededor del 40 % la fricción de la rosca y solo un 10 % se emplea realmente en estirar el perno para crear la precarga. El factor de tuerca K agrupa todos estos efectos en un único coeficiente, dando lugar a la sencilla forma lineal $$T = \text{K} \cdot \text{F (N)} \cdot \frac{\text{d (mm)}}{1000}$$ Como d se introduce en milímetros, la calculadora divide entre 1000 para convertir a metros y obtener el resultado en \(\text{N}\cdot\text{m}\).
Ejemplo resuelto
Con K = 0,2, F = 10.000 N y d = 10 mm: $$T = 0{,}2 \times 10\,000 \times \frac{10}{1000} = 0{,}2 \times 10\,000 \times 0{,}01 = 20\ \text{N}\cdot\text{m}$$ (equivalentes a 20.000 N·mm).
Valores del Factor de Tuerca (K) Según Condición del Sujetador
El factor de tuerca \(K\) (también llamado coeficiente de torque) agrupa la fricción de rosca, la fricción de apoyo (bajo la cabeza) y el efecto geométrico del paso en un único número adimensional usado en \(T = K \cdot F \cdot d\). Es, por mucho, la entrada más variable en el cálculo — un pequeño cambio en \(K\) produce un cambio proporcional en el torque necesario para una fuerza de apriete dada. Los valores a continuación son rangos típicos publicados; siempre deferir al proveedor de sujetadores o especificaciones de montaje cuando estén disponibles.
| Sujetador / condición de lubricación | K típico (rango) | K nominal |
|---|---|---|
| Acero simple tal como se recibe (acabado de molino ligeramente aceitado) | 0.18 – 0.22 | 0.20 |
| Limpio y seco, sin lubricante | 0.20 – 0.30 | 0.25 |
| Lubricado con aceite de máquina | 0.12 – 0.18 | 0.15 |
| Cera / disulfuro de molibdeno (moly) | 0.10 – 0.12 | 0.11 |
| Galvanizado electrolíticamente (chapado en zinc) | 0.20 – 0.25 | 0.22 |
| Galvanizado en caliente | 0.25 – 0.35 | 0.30 |
| Chapado en cadmio | 0.12 – 0.20 | 0.16 |
| Óxido negro | 0.15 – 0.20 | 0.18 |
| Acero inoxidable sobre acero inoxidable (sin lubricante — riesgo de agarrotamiento) | 0.25 – 0.50 | 0.30 |
| Recubierto de PTFE | 0.08 – 0.12 | 0.10 |
Nota: estos valores de K son aproximados y fuertemente dependientes de la fuente y condición. El acabado de superficie, el espesor del recubrimiento, la reutilización repetida, la temperatura y la velocidad de montaje modifican el factor de tuerca efectivo. Para juntas críticas, K debe determinarse experimentalmente en hardware representativo.
Torque Recomendado y Fuerza de Apriete por Tamaño y Grado de Perno
La tabla lista torques de apriete recomendados para pernos métricos comunes de paso grueso con un factor de tuerca de \(K = 0.20\) (acero limpio, ligeramente aceitado), con la fuerza de apriete (precarga) objetivo tomada aproximadamente al 65–70% de la carga de prueba — una suposición común para juntas de propósito general. El torque se calcula a partir de \(T = K \cdot F \cdot d\). Por ejemplo, un perno M12 clase 8.8 con una precarga objetivo de aproximadamente 28.800 N da \(T = 0.20 \times 28800 \times 0.012 = \) 69.1 N·m. Siempre verifique contra el estándar de diseño aplicable o datos del fabricante; los valores a continuación son típicos y redondeados.
| Tamaño | Área de esfuerzo (mm²) | Precarga objetivo, clase 8.8 (kN) | Torque 8.8 (N·m) | Torque 10.9 (N·m) | Torque 12.9 (N·m) |
|---|---|---|---|---|---|
| M6 | 20.1 | 7.3 | 9 | 13 | 15 |
| M8 | 36.6 | 13.3 | 21 | 31 | 37 |
| M10 | 58.0 | 21.1 | 42 | 62 | 73 |
| M12 | 84.3 | 30.7 | 73 | 108 | 126 |
| M16 | 157 | 57.2 | 180 | 265 | 310 |
| M20 | 245 | 89.4 | 360 | 510 | 600 |
| M24 | 353 | 129 | 620 | 880 | 1030 |
Estas son cifras recomendadas derivadas de estándares comunes de sujetadores (p. ej. clases de propiedad ISO 898-1) para roscas de paso grueso bajo las suposiciones indicadas. Las columnas de clase 10.9 y 12.9 se escalan con las resistencias de prueba más altas de esos grados. Reduzca el torque para sujetadores lubricados o recubiertos seleccionando la K apropiada de la tabla anterior.
Términos Clave y Variables
- T — Torque de apriete (N·m o N·mm)
- El momento rotacional aplicado a la tuerca o cabeza del perno para desarrollar la fuerza de apriete deseada. En esta herramienta, \(T = K \cdot F \cdot d\), con d convertido de mm a m.
- K — Factor de tuerca / coeficiente de torque (adimensional)
- Un factor empírico que agrupa la fricción de rosca, la fricción de apoyo bajo la cabeza y la geometría del paso de rosca. Típicamente 0.10–0.30 dependiendo de la lubricación y el acabado.
- F — Fuerza de apriete / precarga (N)
- La tensión axial desarrollada en el vástago del perno que aprieta la junta. Este es el resultado útil del apriete; solo una pequeña fracción del torque de entrada (a menudo ~10–15%) se convierte en precarga, el resto vence la fricción.
- d — Diámetro nominal (mm)
- El diámetro mayor (exterior) nominal de la rosca del perno, p. ej. 12 mm para un perno M12. La fórmula divide por 1000 para convertir a metros.
- Precarga
- La tensión inicial instalada en un sujetador en el montaje, igual a F. Una precarga adecuada mantiene una junta apretada y resiste el aflojamiento y la fatiga.
- Carga de prueba (N)
- La carga de tracción máxima que un perno puede soportar sin deformación permanente medible, definida por clase de propiedad. Las precarga objetivos se suelen establecer como un porcentaje (a menudo 65–75%) de la carga de prueba.
- Clase de propiedad
- El grado de resistencia de un perno métrico (p. ej. 8.8, 10.9, 12.9 según ISO 898-1). El primer número se relaciona con la resistencia a la tracción, el segundo con la relación de límite elástico a tracción.
- Fricción de rosca
- Resistencia entre las roscas engranadas del perno y la tuerca mientras se deslizan durante el apriete; un componente importante del factor de tuerca K.
- Fricción de apoyo (bajo la cabeza)
- Resistencia entre la cara giratoria de la cabeza del perno o la tuerca y la superficie de apriete o arandela; típicamente el contribuyente individual más grande al torque requerido.
Preguntas frecuentes
¿Por qué influye tanto la lubricación? El lubricante reduce K, de modo que el mismo par genera más fuerza de sujeción, o se necesita menos par para lograr la misma fuerza. Utiliza siempre un valor de K acorde a tus condiciones reales.
¿Es un cálculo exacto? No. El método del factor de tuerca es una aproximación; la precarga real puede dispersarse ±25 % o más. En uniones críticas conviene recurrir al control por ángulo de giro o a la medición del alargamiento del perno.
¿Puedo usar unidades imperiales? Sí, con la ecuación en su forma completa, pero esta herramienta parte de F en N y d en mm para devolver el par en N·m.
