1 QUE ESEL TORQUE ?. Por: Ing. Guillermo Bavaresco. Enlosprocesosindustriales,siemprepensamosqueparagenerarmovimientoserequiereaplicarel concepto de Potencia. En la realidad la fuerza motriz para generar movimiento no est dada por la Potencia, es el TORQUE. En las prximas lneas se desarrolla de manera clara el concepto de Torque y su relacin con la Potencia y los tipos de carga que podemos encontrar frecuentemente. ElTorque es la fuerza de giro que puede ser suministrada por el eje de un motor hacia los ejes que estn acoplados y sometidos a cargas. En el sistema ingleslaunidaddeTorqueesLibrafuerza-Pulgada(Lbf-Pulg)oLibrafuerza-Pie(Lbf-Pie),enelsistema internacional la unidad de torque viene expresada por Newton-Metro (N-m). TORQUE: Muchasvecestenemosdificultadpararemoverlatapadeunenvase,estoocurreporqueestamos aplicandountorqueinsuficienteparalograrquitarla.Esteproblemalopodemossolucionarusandountrapo paraevitareldeslizamientodelamanosobrelatapaydeestaformatenerunmejoragarreparaaplicarla fuerza o usar una herramienta mecnica que nos permita multiplicar la fuerza aplicada y por lo tanto aumentar el torque. Si amarramos una cintaalrededor de la tapa y aplicamos una fuerza midiendo su magnitud con un dinammetro, como se muestra en la figura No 1, podramos obtener el valor del torque real que se requiere para quitar la tapa del envase. Figura No 1 El torque se expresa por la ecuacin: TORQUE = FUERZA x RADIO.o por la ecuacin, TORQUE = FUERZA x DISTANCIA. BRAZO DE UNA FUERZA. Sellamabrazodeunafuerzaconrespectoaun punto, a la distancia desde la direccin de la fuerza hasta dicho punto. No siempre basta conocer la intensidad de la fuerza para saber que efecto va a producir. Si dicho efecto esungiro(Torque)necesitamosconocerelvalordel brazodelafuerza(distanciaopalanca).AsenlafiguraN2sevequeconpocafuerzayunbrazo(distanciao palanca)losuficientementegrande,podemosobtenerun torque elevado,por otro lado si el brazo es pequeo, para obtener el mismo valor del torque se requiere aplicar una fuerza mayor Radio Dinammetro Fuerza r D F d

Figura N 2 2 Losejemplosanterioressonbsicosyno representanlassituacionescomunesquerequierenlos procesos industriales. De manera generalydesde el punto devistaindustrial,podemoshablardeltorquealfrenoo torque inicial de arranque, el cual es sustancialmente mayor que el torque que requiere un equipo cuando est en pleno movimiento.Elaumentodeltorqueinicialdearranque dependedelascaractersticasmecnicasdelequipo,as comodeltipodecojinetequeusansuspartesmviles,de esto se desprende que almomento del arranque, el torque necesario para vencer la inercia del reposo es mayor que el torquerequeridocuandoestenplenomovimiento,enla figuraNo3sepuedeobservardoszonasimportantesque muestran el valor del torque de arranque y el valor del torque cuando el equipo ya venci la inercia y esta en funcionamiento normal.LatablaN1indicalosvaloresdel torque al freno o torque de arranque para varias clasificaciones de maquinarias Tipos de maquinarias % del torque en operacin normalMaquinas en general con rodamientos de bolas o rodillos120 a 130 Maquinas en general con cojinetes de friccin130 a 160 Conveyors y maquinas con excesiva friccin160 a 250 Maquinarias con altas cargas puntuales en sus ciclos.250 a 600 Tabla N 1 Torque al freno o torque de arranque caractersti cos de diferentes tipos de maquinarias En aplicaciones industriales el requerimiento de carga de torque es independiente de la velocidad con la cual la maquina est siendo conducida, este tipo de carga es generalmente llamado carga de torque constante, conceptostequeesutilizadoparaintroducirladefinicindePOTENCIA,lacualpodemosexpresaren unidades inglesas como HORSEPOWER(HP) y en unidades internacionales como WATT (W) o KILOWATT (KW) POTENCIA: Desdequesecrelamquinadevaporfuenecesarioestablecerunaunidaddemedidaparala potencia,lacualdeberaserusadabsicamentecomocomparacinconeltrabajorealizadoporunmotor. Comounidadseseleccionelnombredelanimalqueseriareemplazadoporestosmotores.Despusde grandes intentos de pruebas se encontr un promedio del trabajo de un Caballo y este promedio fue de 33,000 Lbf-Pulg. en un (1) minuto, esto sera igual a que un caballo levante 2,000 libras a una altura de 16,5 pies o 1,000 libras a una altura de 33 pies en un minuto. (Ver figura N 4) Figura N4 T tiempo Operacin Normal Torque al Freno o Torque de arranque Figura N3 1000 2000 33 100 16,53 Esta unidad, una vez establecida, se adopto en el mundo occidental, como una medida estndar de la rata a la cual un motor y otras mquinas conductoras pueden producir trabajo. Por ejemplo, un motor de 1 HP puede producir 33,000 Lbf-Pies de trabajo en un minuto. El torque y la potencia estn relacionados por la siguiente ecuacin la cual establece que: ConstanteVelocidad x Torque= Pot enc i a El valor de la constante cambia dependiendo del sistema de unidades que s este usando (Ver tabla N2) SISTEMA INGLESSISTEMA INTERNACIONAL 63000n T.= HP donde: Ten Lbf.Pulgadas nen RPM 974n T.= KW donde:T en Kgf.mts n en RPM Tabla N2 A continuacin se presentan las condiciones ms comunes de carga en los diferentes procesos Industriales: VELOCIDAD VARIABLE Lavariacindelavelocidadlapodemoslograrpormediosmecnicos(Cajasreductorase incrementadoras)ypormedioselectrnicos(Variadordefrecuencia),sinembargo,lacargamscomn utilizada para proporcionar velocidad variable de rotacin a una mquina, es a Torque Constante, este no varia con respecto a la velocidad con que gire la mquina, sin embargo laPotencia vara directamente proporcional a la velocidad de giro. Esto se puede observar en la figura N5

Figura N5.Relacin Torque- Velocidad y Potencia- Velocidad En el caso de torque constante, el tamao del motor a utilizar debe cumplir con tres requisitos bsicos, los cuales son:1)Tener el troque al freno requerido para arrancar y vencer la inercia. 2)Cumplir con los requerimientos de torque para hacer girar la carga 3)Lavelocidaddesalidadelmotordebeserlarequeridaparaoperarlamquinaasumxima velocidad. Solo despus de determinar estos tres requerimientos, es posible calcular la potencia requerida para la aplicacin. 100 75 50 25 255075100 % de velocidad % T o r q u e 100 75 50 25 255075100 % de velocidad % P o t e n c i a 4 POTENCIA CONSTANTE Una carga tpica que ocurre frecuentemente en aplicaciones detrabajo de los metales (Trabajos metal mecnicos), es la carga a potencia constante. En las aplicaciones que requieren potencia constante, el torque requerido es muy grande y la velocidad es pequea o tambin delmodo inverso, cuando el torque es bajo, la velocidad es muy alta. Esto lo podemos ver en la figura N 6, en la cual se muestra la perforacin de un agujero con una herramienta y una broca Figura N 6 Cuando el hueco tiene un dimetro grande, el taladro debe manejarse a baja velocidad, pero requiereungrantorqueparatrabajarelmetal.Cuandoelhuecoesdedimetropequeo,podemos trabajarelmetalaunavelocidadmayoryestorequeriruntorquemucho menor.Matemticamente, esto requiere que la potencia del taladrosea constante. Esta condicin se aplica a todos los procesos metalmecnicostalescomo:Taladrado,Torneado,Fresado,Estruccin,Trefilacin.EnProcesos donde se requiere mezclar dos o ms componentes, tales como alimentos, en los cuales la mezcla es de alta viscosidad, se requiere que las mquinas mezcladoras funcionen a poca velocidad pero con un alto torque. La relacin entre la potencia constante y la variacin de torque y velocidad se representa en la figura N7, la cual se muestra a continuacin.

Figura N7 TORQUE VARIABLE Elotrotipodecargaqueseusanenlosprocesos industriales,eslacargaatorquevariable,lacuallaencontramos solamenteenlasbombascentrifugas,enlosventiladoresyenlos sopladores. Si vemos la seccin transversal de una bomba centrifuga como se muestra en la figura N8. para una carga a torque variable, eltorquerequeridoabajavelocidadesmuybajo,peroeltorque requerido a alta velocidad es muy alto. Al to Torque Baja Velocidad 63000nHP. T=Bajo Torque Al ta Velocidad 63000n . THP =100 75 50 25 255075100 % de velocidad % P o t e n c i a 500 375 250 125 255075100 % de velocidad % T o r qu e Figura N8 Seccin de una bomba centrifuga de torque variable 5 Matemticamente, los requerimientos de torque es una funcin del cuadrado de la velocidad y la potencia es una funcin de la velocidad al cubo. La relacin entre el torque la potencia y la velocidad sobre una carga de torque variable est mostrada en la figura N 9 que se presenta a continuacin: Figura N 9 La clave para seleccionar una carga de torque variable, es relacionar estrictamente el torque y la potencia a la mxima velocidad que requiera el equipo. Si por ejemplo, incrementamos un 9% en la velocidad mxima, producir un aumento en la potencia del 30%. En estos casos, es necesario conocer que un cambio de la relacin de dimetros entre poleasnos puede ayudar a solventar los problemas de aumentodevelocidaddelequipoydeestaformanosecreaestasobrepotenciaenlosmotoresy evitamosque puedan quemarse. La tabla N 3 ilustra los cambios dramticos en potencia requerida para pequeos cambios en velocidad que ocurrencon una carga de torque variable. % de variacin de velocidad % de variacin de torque % de potencia original% de variacin de potencia -20-3651-49 -15-2861-39 -10-1973-27 -5-1086-14 001000 +5+10116+16 +10+21133+33 +15+32152+52 +20+44173+73 Tabla N 3 Encasodequeunsistemarequieracambiosdevelocidadesconcargadetorquevariable, podemosencontrarenelmercadovariadoresdevelocidadquepuedenmanejarestasvariables, seleccionando el adecuado para manejar la potencia requerida a la mxima velocidad. RESUMEN: 1)La fuerza necesaria para hacer girar un eje es el TORQUE, nola potencia. 2)La potencia, el torque y la velocidad determinan el valor total del trabajo que puede ser realizado en un intervalo de tiempo. % P o t e n c i a 100 75 50 25 255075100 % de velocidad 100 75 50 25 255075100 % de velocidad % T o r q u e 6 3)En todos los casos, la potencia requerida para una aplicacin, puede ser determinada utilizando el torque requerido a la rata de velocidad requerida. 4)Cuando se usen variadores de velocidad, se debe determinar el tipo de carga. Muchas aplicaciones requieren de torque constante o variable y otras requierenpotencia constante. BIBLIOGRAFA: 1)Cowern,Edward.UndertadingTorque,NationalConferenceonPowerTransmission,Baldor Electric Company 2)Bavaresco, Guillermo.Apuntes de Elementos de Mquinas I.3)Biblioteca Profesional E.P.S. Tecnologa Mecnica, Tomo II, Ediciones Don Bosco, Barcelona