Los pernos y tornillos son elementos de fijación esenciales en una amplia gama de aplicaciones industriales y mecánicas. Desde la construcción hasta la fabricación de maquinaria, los pernos desempeñan un papel crucial en la unión de componentes y estructuras.
Un perno es un elemento de fijación cilíndrico que se utiliza para unir dos o más componentes mecánicos entre sí. Consiste en una varilla cilíndrica con roscas en uno o ambos extremos, diseñada para pasar a través de agujeros perforados en los objetos que se desean unir.
Los pernos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales, mecánicas y de construcción, desde la fabricación de maquinaria hasta la construcción de edificios. Los pernos son componentes vitales utilizados en numerosas industrias, especialmente en el ensamblaje y la construcción.
Se emplean para unir dos o más componentes apretando la tuerca giratoria. Esta técnica de unión de los conjuntos es la más utilizada porque podemos ensamblar y desmontar fácilmente los componentes utilizando pernos y tuercas sin dañarlos. Por otro lado, no es posible desmontar los componentes sin dañarlos durante la soldadura.
Existen numerosos tipos de tornillos, con formas variadas; sin embargo, comparten varias características comunes.
Qué factores diferencian a los pernos y tornillos
Los pernos se diferencian entre sí por cuatro variables estructurales críticas: geometría de cabeza, sistema de rosca, longitud roscada y material base.
Cuando se selecciona el perno exacto para una aplicación, hay que considerar factores como el tamaño, la forma, la longitud, el tipo de rosca, el material y la clase de resistencia.
La elección correcta del tipo de perno exige evaluar simultáneamente el ambiente de exposición, la carga aplicada, la compatibilidad normativa y la accesibilidad para el mantenimiento.
La selección correcta de pernos exige evaluar de forma integrada el material base, la clase de resistencia ISO, la exposición ambiental y los requisitos normativos vigentes en cada proyecto.
Partes principales
Vástago: es la parte alargada del tornillo.
Un perno es una varilla cilíndrica con roscas en uno o ambos extremos. Según el modelo, puede incorporar una cabeza, un cuello cuadrado, una zona lisa, una sección ranurada, una pestaña o un extremo especialmente diseñado para anclaje.
Tipos de pernos según la forma de la cabeza y el diseño
Perno hexagonal
Perno hexagonal: cabeza de seis caras, apto para llaves fijas y de torque.
Los pernos hexagonales son quizás los más comunes y reconocibles. Tienen una cabeza en forma de hexágono y una rosca en uno de sus extremos.
Los de cabeza hexagonal o cuadrada se suelen utilizar para fijación o montaje de piezas, y tienen una gran capacidad de apriete.
Este tipo de tornillo tiene cabeza hexagonal para apretarlo. Se necesita una tuerca para los tornillos hexagonales que no tienen extremo biselado ni arandela bajo la cabeza.
Estos elementos de fijación son comunes en piezas de maquinaria, construcción y mantenimiento.
Perno de carruaje
Perno carruaje: cabeza redondeada con cuello cuadrado antirrotación.
Los pernos de carruaje fijan metal o madera a metal. Se diferencian de otros pernos porque tienen un vástago cuadrado y una cabeza plana en forma de hongo.
Al igual que con otros tipos de espárragos, la sección transversal del vástago es circular en casi toda su longitud. Al insertarse en un orificio cuadrado de una banda metálica, el perno se bloquea automáticamente.
Con una sola llave, el tornillo se puede ajustar desde un lado. Las cabezas de los pernos de carruaje comunes son planas y abovedadas.
Perno parker o autorroscante para metal
Perno parker: combina función de tornillo autorroscante con cuerpo de perno, eliminando la tuerca en uniones de chapa metálica delgada.
En líneas de manufactura metalmecánica, los pernos parker -también denominados autorroscantes para metal- permiten fijaciones directas sobre láminas metálicas sin necesidad de tuerca, reduciendo el número de componentes y el tiempo de ensamble.
Perno prisionero
Perno prisionero: sin cabeza, roscado en ambos extremos.
Los pernos en J tienen diversos usos. Cuentan con un extremo roscado para alojar una tuerca, pero carecen de cabeza. Son ampliamente utilizados en la construcción.
Perno de ascensor
El cuerpo de un perno de ascensor es relativamente delgado y su cabeza es esférica.
Estos pernos pueden tener cuello cuadrado o estriado, diseñado para evitar que giren al apretar la tuerca. Se utilizan en espacios reducidos con piezas móviles, como ascensores y cintas transportadoras, entre otros.
Pernos de brida
Los pernos de brida se distinguen por la presencia de una pestaña redonda debajo de la cabeza, que funciona como arandela para distribuir la carga.
El término «pernos de bastidor» se utiliza frecuentemente para referirse a los pernos de brida que no tienen estrías.
En automoción, fontanería y otras aplicaciones, los pernos de brida incluyen una arandela detrás de la cabeza del perno que facilita la fabricación y distribuye la fuerza de apriete para proteger la superficie de contacto.
Pernos de anclaje
Los pernos de anclaje están diseñados para sujetar objetos a superficies sólidas, como concreto o ladrillo. Estos pernos tienen un lazo en uno de sus extremos, lo que permite la conexión de cuerdas, cables u otros dispositivos de sujeción.
En la mayoría de los casos, las tuercas de anclaje se utilizan para conectar partes estructurales y no estructurales a losas de hormigón. Es posible realizar la conexión mediante pernos de anclaje, placas de acero o rigidizadores.
Los pernos de anclaje transmiten las cargas de corte y tracción. Las columnas de acero unidas a una base de hormigón armado simbolizan las conexiones entre los componentes estructurales.
En faenas mineras del norte y en estructuras civiles sometidas a la norma sísmica NCh433, los pernos de anclaje de alta resistencia son la solución estándar para transferir cargas laterales y de tracción hacia la fundación.
La normativa exige un control estricto del torque de apriete para garantizar la precarga necesaria.
Pernos collarín
Los pernos collarín son una variante especializada de pernos diseñados para proporcionar una fijación extremadamente resistente y duradera en aplicaciones exigentes.
Estos pernos están formados por dos partes. Un perno y un collarín. El perno, muy similar a un tornillo, está formado por una cabeza y un cuerpo ranurado.
Los pernos collarín son ampliamente utilizados en industrias como la automotriz, la construcción naval, la minería y la ingeniería ferroviaria, donde se requiere una sujeción robusta y confiable.
Ambos productos destacan por su alta estanqueidad y resistencia. Así mismo, estos pernos ofrecen una gran resistencia a las vibraciones y hacen imposible que se aflojen de forma voluntaria.
Cáncamos
Los elementos de fijación mecánicos con cabeza anular y vástago roscado se denominan cáncamos.
Para la fijación de grúas a maquinaria, se utilizan cáncamos de elevación especiales con cargas operativas seguras. Para fabricar cáncamos de baja resistencia se utiliza una barra con un diámetro de rosca nominal.
Pernos ciegos
Un remache o soldadura convencional no es tan resistente ni adaptable como un perno ciego, un elemento de fijación estructural que ofrece mayor resistencia y adaptabilidad.
Su función era proporcionar conexiones robustas donde los remaches o los pernos hexagonales fallaban. Los pernos ciegos se diseñaron para solucionar este problema en particular.
Tornillos de eje
Para el uso de herramientas eléctricas, especialmente sierras ingletadoras, es necesario un tornillo de eje para asegurar su correcto funcionamiento.
Estos tornillos fijan la hoja y evitan fallos en la herramienta. Los ejes sujetan las hojas.
Todas las sierras estacionarias americanas de 10" tienen un diámetro de eje de 5/8" para la conexión de la hoja.
A diferencia de los tornillos comunes, los tornillos de eje se ensamblan antes del envío. La arandela que se incluye con los tornillos del eje facilita su identificación.
Tornillos de suspensión
Un tornillo de suspensión es un tipo de tornillo con dos extremos diseñado específicamente para fijar las patas de los muebles.
Tipos de tornillos según la cabeza
Cabeza ranurada y cruciforme
Los tipos de tornillos que utilizamos de manera más habitual son los de cabeza ranurada y, especialmente, los de cabeza cruciforme, también llamados Phillips o Pozidriv(e).
Cabeza cilíndrica Allen
Los tornillos de cabeza cilíndrica con hexágono interior, son los que conocemos como Allen. Y por lo tanto, necesitaremos de una llave de ese mismo nombre para apretarlos.
Cabeza redonda y avellanada
Los pernos de cabeza redonda tienen una cabeza circular y una rosca en el extremo opuesto.
Los pernos de cabeza avellanada tienen una cabeza en ángulo que se hunde en el material al apretarlos.
Tornillos hexagonales y para máquinas
Sigue siendo cierto que los tornillos de cabeza hexagonal se denominan fijaciones, aunque no tengan ranura para tuerca.
Estas fijaciones suelen utilizarse para sujetar madera de gran tamaño y otros materiales sensibles a la presión.
Los tornillos hexagonales y los tornillos para máquinas se utilizan para unir dos piezas de material.
Los tornillos para máquinas son similares a los hexagonales, excepto que no tienen una superficie de apoyo para arandela ni un chaflán en la parte inferior de la cabeza.
Roscas: paso, longitud y sistema
La primera distinción fundamental es el tipo de carga predominante.
Una carga axial -tracción o compresión- exige un perno con alta resistencia a la tensión y rosca completamente engranada; la norma establece una longitud mínima de rosca equivalente a 1D (un diámetro nominal) para garantizar el área de corte suficiente.
En la industria minera del norte de Chile, la selección incorrecta entre rosca parcial y total genera fallas prematuras en uniones sometidas a vibración continua.
La norma ISO 4014 exige una longitud de caña lisa mínima que absorbe esfuerzo cortante, mientras que ISO 4017, con rosca completa, maximiza ajuste en espesores reducidos.
Los tornillos de rosca métrica también se utilizan para sujetar una pieza al material base.
El uso de pernos métricos garantiza compatibilidad con estándares internacionales y facilita la reposición en proyectos donde intervienen proveedores de distintos orígenes.
Paso ancho
Si lo que queremos atornillar son dos piezas de madera, o un material blando, (como el plástico, por ejemplo), los tornillos más adecuados serán aquellos que tengan la rosca con un paso muy ancho.
Si lo que nos interesa unir son, por ejemplo, dos placas de yeso, deberemos buscar una opción que no ejerza demasiada presión sobre el material, y por lo tanto que tenga una rosca de paso ancho.
Rosca métrica
Los tornillos de rosca métrica también se utilizan para sujetar una pieza al material base.
El uso de pernos métricos garantiza compatibilidad con estándares internacionales y facilita la reposición en proyectos donde intervienen proveedores de distintos orígenes.
Materiales de fabricación y resistencia
El material base de un perno define hasta el 70% de su vida útil en servicio industrial.
Los grados de los pernos se refieren a la resistencia y durabilidad de un perno, que generalmente está determinada por el material del que está hecho.
El grado de los pernos está estampado en la cabeza del perno como una marca que indica el tipo de material del que está hecho el perno y su clasificación de resistencia.
Acero al carbono y acero aleado
Las clases ISO 8.8, 10.9 y 12.9 aplican exclusivamente a pernos de acero al carbono y acero aleado.
Los tres sistemas de grados de pernos que discutimos anteriormente están compuestos de acero aleado o acero al carbono.
La clase 8.8 es la más empleada en estructuras metálicas y maquinaria general; la 10.9 y 12.9 responden a uniones de alta exigencia donde la resistencia mecánica es crítica.
Acero inoxidable
En plantas procesadoras de alimentos y en la industria química del norte y centro de Chile, el acero inoxidable AISI 304 es el material predominante para fijaciones expuestas a limpieza con agentes cáusticos.
El AISI 316 incorpora molibdeno en su composición, lo que eleva su resistencia a cloruros y ambientes marinos o químicos agresivos.
Las plantas procesadoras de alimentos, laboratorios farmacéuticos y embotelladoras operan bajo protocolos sanitarios que restringen el uso de materiales ferrosos sin recubrimiento.
Latón
Los tornillos de latón son muy resistentes, y dado que tienen un acabado más estético, se utilizan en proyectos donde vayan a quedar a la vista, ya que resultan bastante decorativos.
Acabados protectores
Los tipos de tornillos de acero con acabado bicromatado o cincado son de los más comunes.
La elección del material y del acabado debe relacionarse con la exposición ambiental y con las exigencias sanitarias del proyecto.
Clases de resistencia de los pernos
La clase de resistencia ISO indica límite de fluencia y resistencia a la tracción.
Resistencia a la tracción: una medida de la tensión máxima que un material puede soportar mientras se estira o tira antes de fallar.
Límite elástico: Una medida de la tensión en la que un material comienza a deformarse plásticamente. También se conoce como límite elástico o límite elástico.
Carga de prueba: una carga de prueba específica aplicada a un componente para garantizar que pueda soportar una carga máxima esperada.
| Sistema o clase | Material o clasificación | Resistencia o aplicación |
|---|---|---|
| ISO 898-1 Property Class 8.8 | Acero aleado o acero al carbono | Ofrece una resistencia media y es comparable a SAE J429 Grado 5. |
| ISO 898-1 Property Class 10.9 | Acero aleado o acero al carbono | Ofrece alta resistencia y es comparable a SAE J429 Grade 8. |
| ISO 898-1 Property Class 12.9 | Acero aleado o acero al carbono | Ofrece algunas de las mayores resistencias disponibles. |
| SAE J429 Grado 2 | Acero al carbono de resistencia baja a media | Resistencia de 60 000 a 74 000 psi. |
| SAE J429 Grado 5 | Acero aleado o al carbono de resistencia media | Resistencia entre 105 000 y 120 000 psi. |
| SAE J429 Grado 8 | Acero aleado o al carbono de resistencia media | Posee el nivel más alto de resistencia hasta 150,000 psi. |
| ASTM A307 Grado A | Acero al carbono de resistencia baja a media | Resistencia mínima de 60 000 psi. |
| ASTM A307 Grado B | Acero al carbono de resistencia media | Resistencia de 60 000 a 100 000 psi. |
Grados SAE
SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices) clasifica los pernos según su resistencia, desde el grado 2 hasta el grado 8.
Los pernos de grado 2 están hechos de acero con bajo contenido de carbono y son el tipo de perno más común utilizado en la construcción.
Los pernos de grado 2 están hechos de acero con bajo contenido de carbono y son el tipo de perno más común.
Los pernos de grado 5 están hechos de acero de carbono medio y tienen una resistencia a la tracción de al menos 120 000 PSI.
Grados ASTM
ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) clasifica los pernos según su composición química y propiedades físicas, desde el grado A hasta el grado F.
ASTM A307 Grado A consta de acero al carbono de resistencia baja a media con una resistencia mínima de 60 000 psi.
ASTM A307 Grado B consiste en acero al carbono de resistencia media con una resistencia de 60 000 a 100 000 psi.
Clases ISO
YO ASI (Organización Internacional de Normalización) clasifica los pernos según sus propiedades materiales, que van desde la clase 4.6 hasta la clase 12.9.
ISO 898-1 Property Class 8.8 ofrece una resistencia media y es comparable a SAE J429 Grado 5.
ISO 898-1 Property Class 10.9 ofrece alta resistencia y es comparable a SAE J429 Grade 8.
ISO 898-1 Property Class 12.9 ofrece algunas de las mayores resistencias disponibles.
Aplicaciones según la carga y el entorno
La segunda variable es la naturaleza estática o dinámica de la unión.
El 73% de las fallas prematuras en uniones atornilladas se origina en una selección incorrecta del tipo de perno respecto a las condiciones operativas del entorno.
El 70% de las fallas en uniones atornilladas industriales se origina en una selección incorrecta del perno respecto a las condiciones reales de servicio.
Estas cifras corresponden a condiciones y referencias distintas, por lo que la selección debe basarse en el entorno operativo real, la carga y los requisitos normativos aplicables.
Minería y vibración continua
En la industria minera del norte de Chile, la selección incorrecta entre rosca parcial y total genera fallas prematuras en uniones sometidas a vibración continua.
Los pernos collarín son ampliamente utilizados en industrias como la automotriz, la construcción naval, la minería y la ingeniería ferroviaria, donde se requiere una sujeción robusta y confiable.
Estructuras civiles y maquinaria
La clase 8.8 es la más empleada en estructuras metálicas y maquinaria general; la 10.9 y 12.9 responden a uniones de alta exigencia donde la resistencia mecánica es crítica.
En Chile, proyectos de infraestructura aplican también NCh 427 para estructuras de acero.
Industria alimentaria, farmacéutica y química
En plantas procesadoras de alimentos y en la industria química del norte y centro de Chile, el acero inoxidable AISI 304 es el material predominante para fijaciones expuestas a limpieza con agentes cáusticos.
El AISI 316 incorpora molibdeno en su composición, lo que eleva su resistencia a cloruros y ambientes marinos o químicos agresivos.
Las plantas procesadoras de alimentos, laboratorios farmacéuticos y embotelladoras operan bajo protocolos sanitarios que restringen el uso de materiales ferrosos sin recubrimiento.
Uniones de chapa metálica
En líneas de manufactura metalmecánica, los pernos parker -también denominados autorroscantes para metal- permiten fijaciones directas sobre láminas metálicas sin necesidad de tuerca, reduciendo el número de componentes y el tiempo de ensamble.
Madera, plástico y yeso
Si lo que queremos atornillar son dos piezas de madera, o un material blando, (como el plástico, por ejemplo), los tornillos más adecuados serán aquellos que tengan la rosca con un paso muy ancho.
Si lo que nos interesa unir son, por ejemplo, dos placas de yeso, deberemos buscar una opción que no ejerza demasiada presión sobre el material, y por lo tanto que tenga una rosca de paso ancho.
Normas y control del apriete
La norma ISO 4014 exige una longitud de caña lisa mínima que absorbe esfuerzo cortante, mientras que ISO 4017, con rosca completa, maximiza ajuste en espesores reducidos.
La norma ASTM F3125 y la especificación RCSC regulan el apriete en uniones estructurales de alta resistencia.
En Chile, proyectos de infraestructura aplican también NCh 427 para estructuras de acero.
En faenas mineras del norte y en estructuras civiles sometidas a la norma sísmica NCh433, los pernos de anclaje de alta resistencia son la solución estándar para transferir cargas laterales y de tracción hacia la fundación.
La normativa exige un control estricto del torque de apriete para garantizar la precarga necesaria.
Cómo elegir la clase adecuada
- La primera distinción fundamental es el tipo de carga predominante.
- Una carga axial -tracción o compresión- exige un perno con alta resistencia a la tensión y rosca completamente engranada.
- La segunda variable es la naturaleza estática o dinámica de la unión.
- La elección correcta del tipo de perno exige evaluar simultáneamente el ambiente de exposición, la carga aplicada, la compatibilidad normativa y la accesibilidad para el mantenimiento.
- La selección correcta de pernos exige evaluar de forma integrada el material base, la clase de resistencia ISO, la exposición ambiental y los requisitos normativos vigentes en cada proyecto.
Los pernos y tornillos desempeñan un papel clave en cualquier industria que no puede ignorarse bajo ninguna circunstancia.
En los distintos componentes se utilizan diferentes tipos de pernos según la naturaleza del trabajo. Es fundamental saber qué perno utilizar en cada condición de trabajo.
Los tornillos se utilizan principalmente para aplicaciones que requieren una unión desmontable, donde se pueden retirar y reemplazar fácilmente.
Tanto los pernos collarín como los tornillos son elementos de fijación esenciales que desempeñan roles distintos en una variedad de aplicaciones.
Como has podido comprobar, además de su diversidad de tipos, los pernos son esenciales debido a su capacidad para proporcionar una unión sólida y segura entre componentes.
Los pernos collarín, en particular, son destacables por su resistencia y durabilidad, lo que los convierte en la elección preferida en aplicaciones exigentes.
Este pequeñín es uno de nuestros principales aliados cuando planeamos cualquier proyecto de bricolaje y, por tanto, debemos darle la importancia que se merece.