Los términos "coeficiente de fricción" y "factor de tuerca" se utilizan con frecuencia cuando se habla de juntas y, en particular, de la compresión de juntas entre bridas. Esto se debe a que la compresión de la junta se consigue con mayor frecuencia mediante la aplicación de la carga del espárrago que se genera al apretar una tuerca. Así, [ 1] al girar una tuerca [2] se estira el espárrago, lo que crea una [3 ] carga de compresión sobre la junta.   

La capacidad de sellado de la junta a largo plazo depende completamente de la tensión de la junta, y los mejores programas de sellado se centran en tensiones muy específicas de la junta. Pero para poder saber si la junta se está cargando realmente hasta el objetivo especificado, debemos ser capaces de definir la relación entre la fuerza aplicada al girar la tuerca y la cantidad de tensión generada en el espárrago.

Coeficiente de fricción

Al deslizar una superficie sobre otra, la cantidad de fuerza necesaria depende del arrastre por fricción. Deslizar un bloque de hielo sobre una placa de acero requiere mucha menos fuerza que un fardo de heno que pese lo mismo. La relación entre la fuerza necesaria para mover un objeto sobre otra superficie y la presión entre esas superficies se denomina coeficiente de fricción. Como el hielo es mucho más resbaladizo que el heno, el Coeficiente de Fricción es mucho menor. 

El uso de un producto antigripante en uniones atornilladas facilita el desplazamiento de una superficie metálica sobre otra. Los fabricantes de estos productos determinan experimentalmente el Coeficiente de Fricción impartido por ese producto cuando se utiliza entre materiales de fijación específicos. Este coeficiente de fricción suele aparecer en el envase o en los boletines técnicos del producto.   

En la simple acción de girar una tuerca sobre un espárrago, se producen una serie de interacciones en las que interviene el coeficiente de fricción. El punto de mayor "resistencia" es donde la superficie de la tuerca gira contra la superficie fija de la brida. Obviamente, a medida que aumenta la carga sobre el espárrago, aumenta la presión en esta interfaz tuerca/brida, lo que requiere más fuerza para deslizar una superficie sobre la otra. Este requisito de fuerza viene definido por el Coeficiente de Fricción.

Asimismo, tanto el espárrago como la tuerca tienen superficies roscadas que se deslizan una contra otra. Estas roscas son simplemente pendientes enrolladas, que pueden visualizarse como dos planos inclinados que se deslizan uno junto al otro. El coeficiente de fricción define la cantidad de fuerza necesaria para mover esos planos uno respecto del otro, pero las ecuaciones que describen esta interacción deben tener en cuenta el diámetro de paso de las roscas y el ángulo helicoidal de los planos inclinados perpendiculares al eje del espárrago.

El par de apriete total necesario para alcanzar la tensión necesaria del espárrago es una suma del par de apriete necesario debido a la interfaz tuerca/brida y el par de apriete necesario debido a las interacciones de la rosca. Y aunque pueden calcularse valores de par muy precisos utilizando este enfoque detallado, requiere un conjunto de ecuaciones bastante complejo para hacerlo. Afortunadamente, existe un enfoque mucho más sencillo que ofrece resultados muy fiables. 

El Factor Tuerca

El factor de tuerca (K) combina la geometría de la rosca, el paso, la fricción en la cara de la tuerca y la fricción en las roscas en un valor global. Esto nos permite escribir una ecuación muy sencilla para describir la relación entre el par en la tuerca y la carga desarrollada por el espárrago. Esa ecuación es:

Par (pies.lb.) = Carga (libras) x Tamaño nominal del espárrago (pulgadas) x Factor de tuerca / 12

Aunque es menos completa que las ecuaciones construidas en torno al uso del coeficiente de fricción, esta ecuación ofrece muy buenos resultados para los elementos de fijación estándar utilizados en las industrias de procesos. 

Así que el par de torsión necesario para generar 50.000 libras de carga en un espárrago de 1-1/8", utilizando un antiadherente con un factor de tuerca de 0,17 sería:

Par (ft.lb.) = 50.000 (libras) x 1,125 (pulgadas) x 0,17 / 12 = 797 ft.lb.

El Factor de Tuerca (que no tiene unidades) lo determina experimentalmente el fabricante del antiadherente, y suele oscilar entre 0,15 y 0,20. 

Comparación del coeficiente de fricción con el factor de tuerca

Tanto el coeficiente de fricción como el factor de tuerca se refieren a la resistencia por fricción en una unión atornillada. Sin embargo, no son lo mismo y no pueden utilizarse indistintamente. Lamentablemente, estos términos se confunden a menudo y los valores se utilizan en ecuaciones erróneas, dando resultados inexactos. 

Tanto el Coeficiente de Fricción como el Factor de Tuerca son determinados por el fabricante, y el usuario final debe asegurarse de que entiende qué valor se está informando. 

Por regla general, el coeficiente de fricción es del orden de 0,04 MENOS QUE el Factor de Tuerca, y oscila entre 0,11 y 0,16. 

LGG Uso industrial

LGG Industrial utiliza el Factor de Tuerca para convertir el par en tensión en todas nuestras hojas de cálculo, incluido el Libro de Trabajo de Juntas de Intercambiador.