Uno de los errores más frecuentes al hablar de fuerzas es utilizar indistintamente las palabras "carga" y "tensión", como si significaran lo mismo. No es así.
En pocas palabras:
CARGA es en libras; ESFUERZO en libras por pulgada cuadrada.
Hay dos elefantes: uno en zapatillas de deporte y otro con tacones de aguja. Ambos elefantes pesan lo mismo. Sin embargo, a medida que se acercan al abrevadero, la elefanta con tacones de aguja empieza a tener problemas, ya que sus tacones no dejan de hundirse en el suelo. ¿Por qué?
Bueno, como pesan lo mismo, sabemos que la cantidad total de carga (libras) que ejercen sobre el suelo es exactamente la misma. Sin embargo, el elefante más guapo (el de los tacones) concentra esa carga en un área mucho más pequeña (libras por pulgada cuadrada), por lo que la tensión en el suelo es mucho mayor donde ella pisa.
En el mundo de los equipos y las juntas, Load y tensiones entran en juego tanto con los espárragos como con las juntas.
STUDS
El límite de los espárragos siempre se indica en términos de tensión. Si consulta la pestaña "Datos de los espárragos" en el libro de trabajo de la junta del intercambiador, encontrará una tabla con el "límite elástico" de los distintos materiales de los espárragos. Este valor es una tensión y se da en libras por pulgada cuadrada, o "psi". Verá que todos los espárragos B7 de hasta 2-1/2" de diámetro tienen un límite elástico mínimo de 105.000 psi.
Tomemos dos espárragos, uno de 5/8" y otro de 1-3/4", y veamos cómo se relacionan en términos de tensión y carga. Dado que ambos son de material B7 y tienen un diámetro inferior a 2-1/2", pueden someterse a una tensión de 105.000 libras por pulgada cuadrada. Imagina estos espárragos atornillados a una viga en I pesada en un extremo, con una tuerca especial con una horquilla en el otro extremo, como se muestra en este dibujo.
¿Cuánto peso (carga) tendríamos que colgar de cada una de las horquillas para alcanzar una tensión de 50.000 psi en el montante? Evidentemente, el montante más grande necesitará mucho más peso para alcanzar la misma tensión.
La relación entre tensión y carga en un espárrago viene determinada por el "área de tensión de tracción" del espárrago. Se trata del área efectiva de la sección transversal del espárrago en tensión. La tensión dentro del espárrago es igual a la carga total sobre el espárrago dividida por el área de tensión de tracción:
Esfuerzo = Carga / Esfuerzo de tracción Área
y:
Carga = Esfuerzo * Esfuerzo de tracción Área
Dado que la "carga" se expresa en libras y el "área de tensión de tracción" en pulgadas cuadradas, las unidades de tensión son libras por pulgada cuadrada.
El área de tensión de tracción del espárrago se puede encontrar en la página "Datos del espárrago" del libro de trabajo de la junta del intercambiador. Buscando los espárragos de nuestro ejemplo, encontramos que el área de tensión de tracción del espárrago de 5/8" es de 0,226 pulgadas cuadradas, mientras que el área de tensión de tracción del espárrago de 1-3/4" es de 2,081 pulgadas cuadradas. A partir de las ecuaciones anteriores podemos calcular:
Para el espárrago de 5/8": 50.000 * 0,226 = 11.300 libras
Para el espárrago de 1-3/4": 50.000 * 2,081 = 104.050 libras
Por lo tanto, tendríamos que colgar casi 10 veces más peso del poste más grande sólo para tener la misma tensión que el poste más pequeño. Dicho de otro modo, la tensión es la misma, pero la carga es mayor porque la sección transversal del travesaño es mucho mayor.
Secuencia de pensamiento esencial:
Al considerar las aplicaciones de juntas, casi siempre tenemos que pensar en términos de tensión de la junta: la compresión en libras por pulgada cuadrada sobre la junta. Sin embargo, la tensión de la junta siempre procede de la tensión del espárrago. Para pasar de una a otra, debemos seguir los siguientes pasos:
- Convertir espárrago tensión a carga carga utilizando el área de tensión de tracción.
- Multiplique la carga de cada montante por el número de montantes para obtener la carga total. carga total que se transfiere a la junta.
- Divida esta carga total en la junta por el número de pulgadas cuadradas (área) de la junta que se está apretando para determinar el tensión (libras por pulgada cuadrada) de la junta.
Esta sencilla conversión de tensión de espárrago a carga de espárrago, y viceversa, de carga de espárrago a tensión de junta, se convierte en algo natural cuando trabajamos con problemas de sellado de juntas.