2.2.10. Medida de la fuerza de apriete

El par de apriete en conexiones eléctricas de potencia

En el montaje mecánico y cableado de armarios eléctricos de distribución y control, la correcta ejecución de las uniones roscadas es un factor determinante para la seguridad y fiabilidad a largo plazo de la instalación. El par de apriete, medido de forma estándar en Newton-metros (N·m), representa el par de torsión ejercido sobre un tornillo o tuerca para fijar físicamente dos conductores metálicos (típicamente terminales de cobre sobre barras colectoras o cables en bornes de disyuntores). La norma internacional UNE-EN 60947-1, que regula la aparamenta de baja tensión, detalla las especificaciones relativas a los terminales de conexión y establece los requisitos mínimos de apriete controlado que deben resistir las conexiones sin deformaciones permanentes del metal ni aumento excesivo de la resistencia eléctrica.

Cuando un operario monta un cuadro eléctrico sin utilizar herramientas dinamométricas, se expone a dos fallos mecánicos de consecuencias potencialmente graves:

• Apriete excesivo: Provoca la elongación y fatiga plástica del tornillo, llegando a romper la rosca del borne o fisurar la pletina. Esto reduce la elasticidad de la unión, impidiendo absorber las dilataciones térmicas naturales del material.
• Apriete insuficiente: Da lugar a una presión deficiente entre las superficies conductoras. Esto incrementa de forma exponencial la resistencia de contacto ($R_c$) de la unión, generando un punto caliente localizado por efecto Joule bajo el paso de corrientes de trabajo elevadas.

De acuerdo con la ley de Joule, la potencia disipada en forma de calor en el borne ($P$) responde a la fórmula:

$$P = I^2 \cdot R_c$$

Donde $I$ es la intensidad de la corriente que atraviesa la borna. Si la resistencia de contacto se multiplica por diez debido a un apriete flojo, el calor disipado se multiplica en igual proporción. Esto genera temperaturas locales por encima de los 150 °C que funden los plásticos autoextinguibles del envolvente, degradan la pletina y acaban originando arcos eléctricos e incendios en el interior de los armarios.

Herramientas de apriete controlado y dinamómetros

Para asegurar que las conexiones se realizan respetando escrupulosamente las especificaciones del fabricante de la aparamenta (por ejemplo, disyuntores de caja moldeada que exigen un apriete de 6 N·m, o bornas de carril DIN de control de 0,5 N·m), el instalador profesional debe emplear instrumentos dinamométricos homologados:

Destornilladores dinamométricos

Son las herramientas estándar para el cableado de bornas de control y de disyuntores magnetotérmicos pequeños de carril DIN. Disponen de un dial de ajuste micrométrico en el mango que permite preseleccionar el par de torsión exacto en una escala grabada en N·m. Al alcanzar el par preajustado, el mecanismo de embrague interno patina mecánicamente emitiendo un clic característico, impidiendo al operario aplicar un par superior. Esto garantiza la repetibilidad del apriete en todo el bornero.

Llaves dinamométricas de clic y de lectura directa

Para bornas de potencia (M6, M8, M10 o M12) y conexiones a barras colectoras de armarios de distribución general, se recurre a llaves dinamométricas de clic o digitales. Las digitales incorporan bandas extensométricas que miden la deformación del eje metálico de la llave al aplicar fuerza, mostrando el valor instantáneo del par en una pantalla LCD y emitiendo señales acústicas de aviso al aproximarse al objetivo programado. Estas llaves almacenan a menudo el registro de los pares aplicados para su descarga posterior y trazabilidad en informes de calidad del fabricante del cuadro.

Sensores de fuerza y células de carga

En el laboratorio de ensayos o en prensas industriales para terminales crimpados a presión, se emplean transductores de fuerza. Las células de carga extensométricas convierten la deformación mecánica por compresión o tracción en variaciones resistivas que un puente de Wheatstone interno traduce en una señal analógica proporcional de voltaje. Estos sensores permiten validar que las terminales eléctricas han sido engastadas con la fuerza hidráulica de prensado nominal (expresada en kilonewtons, kN) exigida por las normas de conexionado.

Verificación termográfica e inspección de armarios

El control del apriete no termina con el ensamblado. En el mantenimiento predictivo industrial, el método estándar para verificar la integridad de las bornas bajo carga sin interrumpir el servicio es la termografía infrarroja. Mediante una cámara termográfica, el técnico inspecciona los armarios eléctricos en condiciones de carga nominal. Un borne flojo destacará inmediatamente en la pantalla como un punto brillante (blanco o amarillo brillante) debido a la radiación térmica emitida por el calentamiento excesivo por efecto Joule, permitiendo planificar un reapriete controlado durante la próxima parada de mantenimiento.

# Script para simular las pérdidas por calor en bornas eléctricas

# comparando una conexión correctamente apretada frente a una floja.



def calcular_perdidas_bornas(corriente_amp, r_contacto_correcta_mohm, r_contacto_deficiente_mohm):

    # Convertir miliohmios a ohmios

    r_ok = r_contacto_correcta_mohm / 1000.0

    r_bad = r_contacto_deficiente_mohm / 1000.0

    

    # Calcular potencia térmica disipada (P = I^2 * R)

    potencia_ok = (corriente_amp ** 2) * r_ok

    potencia_bad = (corriente_amp ** 2) * r_bad

    

    factor_incremento = potencia_bad / potencia_ok if potencia_ok > 0 else 0

    

    print(f"? Corriente de la línea de carga: {corriente_amp} A")

    print(f"💡 Pérdidas con apriete correcto ({r_contacto_correcta_mohm} mO): {potencia_ok:.2f} W")

    print(f"💡 Pérdidas con apriete deficiente ({r_contacto_deficiente_mohm} mO): {potencia_bad:.2f} W")

    print(f"💡 El calor generado en la borna floja es {factor_incremento:.1f} veces superior.")

    

    if potencia_bad > 5.0:

        print("💡 ALERTA CRÍTICA: La borna floja excede el límite de disipación segura. ¡Peligro de incendio!")

        

    return potencia_ok, potencia_bad



# Simulación para bornas de potencia de un cuadro con carga de 90 A

calcular_perdidas_bornas(corriente_amp=90, r_contacto_correcta_mohm=0.15, r_contacto_deficiente_mohm=1.8)