torsión

La torsión es la tensión mecánica producida cuando un extremo de un componente se retuerce con respecto al otro, creando fuerzas de cizallamiento internas a lo largo de su longitud. A diferencia de la tensión o la compresión, que actúan a lo largo de una línea recta, las fuerzas de torsión envuelven el eje de la pieza. Un eje que gira bajo carga, un perno que se aprieta o un alambre que se escurre, todos experimentan torsión. El material resiste este retorcimiento con una fuerza restauradora que intenta devolver el componente a su estado original, sin torcer.

La magnitud de la tensión torsional depende de tres factores: el par aplicado (medido en newton-metros), la longitud de la sección retorcida y el momento polar de inercia del componente, que describe cómo se distribuye el material alrededor de su eje. Un eje circular sólido y un tubo hueco del mismo diámetro exterior manejan la torsión de manera muy diferente porque la geometría de su sección transversal cambia la forma en que distribuyen esa tensión interna. Las secciones rectangulares, las barras planas y los tubos de pared delgada desarrollan diferentes patrones de tensión cuando se retuercen, por lo que los ingenieros deben calcular las propiedades torsionales por separado para cada forma.

La falla torsional generalmente se manifiesta como grietas por cizallamiento que se extienden en espiral a lo largo del componente en un ángulo de aproximadamente 45 grados con respecto al eje. Los materiales dúctiles como el acero dulce tienden a fallar por cizallamiento y pueden mostrar una deformación permanente significativa antes de romperse. Los materiales frágiles como el hierro fundido se fracturan repentinamente con poca advertencia, a menudo con un patrón de rotura espiral característico. La falla por fatiga ocurre cuando las cargas torsionales se ciclan repetidamente, como en la maquinaria rotatoria, y las grietas se inician en concentraciones de tensión como chaveteros o esquinas afiladas.

Rigidez torsional y amortiguación

Cuánto se tuerce un eje bajo carga se rige por su rigidez torsional, definida por la relación entre el par aplicado y la deflexión angular. Un eje rígido apenas se desvía de la rectitud; uno débil se tuerce notablemente. En la transmisión de potencia, la deflexión torsional excesiva provoca la desalineación de los componentes acoplados, acelera el desgaste de los cojinetes y crea vibraciones. Los materiales amortiguadores o los acoplamientos elastoméricos absorben la energía torsional y reducen las cargas de choque, lo cual es esencial en sistemas donde el par aumenta repentinamente, como en los accionamientos de engranajes o los conjuntos de volante de motor.

La torsión aparece en todo el diseño mecánico dondequiera que se produzca movimiento de rotación: los ejes de motor, los ejes de transmisión, las brocas, los tornillos y las barras de torsión en las suspensiones de vehículos, todos dependen de un comportamiento torsional controlado. El término proviene del latín torquere, que significa torcer. Los ingenieros deben distinguir la torsión de otros modos de carga porque los criterios de falla, la selección de materiales y los enfoques de diseño difieren notablemente. Un componente que maneja bien la tensión de tracción puede ser débil a la torsión si su sección transversal está mal elegida.