Un perno se diseña para atravesar un orificio sin rosca y apretarse mediante el giro de una tuerca. Un tornillo se diseña para roscar en un orificio roscado, o para generar su propia rosca, y se aprieta girando su cabeza. Esa es la distinción establecida en ASME B18.2.1, la norma de referencia estadounidense para estos términos.
La apariencia no resuelve la cuestión entre perno y tornillo. Un elemento de fijación de cabeza hexagonal puede ser cualquiera de los dos, según la forma en que se instale. A continuación se explica la diferencia práctica entre un perno y un tornillo, su comparación en términos de resistencia y cómo elegir la opción adecuada para una unión real.
Perno y tornillo: comparación rápida
Perno | Tornillo | |
|---|---|---|
Diseñado para | Inserción a través de orificios en las piezas | Un orificio roscado, o la formación de su propia rosca |
Se aprieta mediante | El giro de la tuerca | El giro de la cabeza |
Elemento complementario | Tuerca | Orificio roscado o el propio material |
Acceso necesario | Ambos lados de la unión | Solo el lado de la cabeza |
Ejemplos | Perno hexagonal, perno de cuello cuadrado | Tornillo de cabeza hexagonal, tornillo de máquina, tornillo autorroscante |
¿Cuál es la diferencia entre un perno y un tornillo?
La norma ASME B18.2.1 establece la diferencia según la función de diseño, no por la apariencia. La forma, el tamaño y la longitud de la rosca no figuran en sus definiciones, de modo que una misma pieza puede cambiar de categoría. Un tornillo de cabeza cilíndrica roscado en un bloque roscado sigue siendo un tornillo. Si esa misma pieza se monta a través de un agujero de paso con una tuerca, está desempeñando la función de un perno.
El uso también varía según el sector y el país. En la terminología británica, por ejemplo, un cap screw se considera un perno con rosca hasta la cabeza.
Tres diferencias prácticas
1. Acceso: por un lado o por ambos
Apretar un perno implica sujetar la cabeza y girar la tuerca, por lo que es necesario acceder a ambos lados. Un tornillo se acciona únicamente desde el lado de la cabeza. Por ello, los tornillos son la opción habitual en agujeros ciegos y carcasas cerradas.
2. Rosca y cortante
Los pernos suelen fabricarse con un vástago liso, sin rosca, bajo la cabeza. Esto resulta importante cuando la carga actúa lateralmente. Tomemos como ejemplo un elemento de fijación M10 × 1.5. La zona roscada tiene un área resistente a tracción de 58 mm² (según π/4 × (d − 0.9382P)²). El vástago liso tiene 78.5 mm². La sección de la parte roscada es aproximadamente un 26% menor.
En cargas laterales, los diseñadores procuran que el vástago liso quede en el plano de corte. Los tornillos de cabeza cilíndrica pueden ser parcial o totalmente roscados, por lo que conviene verificar la longitud de la rosca antes de utilizarlos en uniones sometidas a cortante.
3. Montaje repetido
Un agujero roscado en aluminio suele ser el punto más débil de una unión atornillada, porque el aluminio presenta una resistencia al cortante mucho menor que el acero. Los montajes repetidos incrementan el desgaste. En una unión con perno, la tuerca asume esa carga y su sustitución tiene un coste bajo. Si una unión roscada va a abrirse con frecuencia, conviene utilizar un inserto roscado o pasar a un conjunto de perno y tuerca.
¿Es más resistente un perno que un tornillo?
No. La resistencia depende del material, del tratamiento térmico y del diámetro; por tanto, la comparación entre pernos y tornillos no es una cuestión de resistencia en sí misma. La designación de clase o grado indica el resultado; el nombre, no.
Un hex cap screw de Grado 8 es un tornillo. Su resistencia mínima a la tracción de 150 ksi es aproximadamente el doble que los 74 ksi de un perno de Grado 2, en tamaños de hasta ¾ in.
Grado / clase | Resistencia mínima a la tracción | Marcado en la cabeza |
|---|---|---|
SAE Grado 2 | 74 ksi (¼–¾ in.) | Ninguno |
SAE Grado 5 | 120 ksi (¼–1 in.) | 3 líneas radiales |
SAE Grado 8 | 150 ksi (¼–1½ in.) | 6 líneas radiales |
Clase ISO 8.8 | 800 MPa (hasta 16 mm) | "8.8" |
Clase ISO 10.9 | 1,040 MPa | "10.9" |
Clase ISO 12.9 | 1,220 MPa | "12.9" |
acero inoxidable A2-70 | 700 MPa (aprox. 101.5 ksi) | "A2-70" |
Los valores mínimos varían en función del tamaño. El Grado 2 desciende a 60 ksi por encima de ¾ in., y el Grado 5 a 105 ksi por encima de 1 in. La Clase 8.8 sigue la tendencia opuesta y aumenta a 830 MPa por encima de 16 mm. El valor de 74 ksi del Grado 2 se aplica a pernos de hasta 6 in. de longitud.
Basta con multiplicar por el área resistente para que la diferencia quede clara. Un elemento de fijación M10 × 1.5 tiene un área resistente de 58 mm². Su carga mínima de tracción es de aproximadamente 46 kN en Clase 8.8, 60 kN en Clase 10.9 y 71 kN en Clase 12.9. La Clase 12.9 está clasificada con una resistencia a tracción aproximadamente 74% superior a la del A2-70 inoxidable del mismo tamaño.
Elementos de fijación que difuminan la distinción
Algunos elementos de fijación de uso común se clasifican con facilidad de forma incorrecta por su nombre.
Elemento de fijación | Clasificado como | Nota |
|---|---|---|
Tornillo | Se parece a un perno hexagonal; está destinado a un orificio roscado | |
Tornillo para máquina | Tornillo | De pequeño diámetro; se utiliza en orificios roscados o con una tuerca |
Perno | La cabeza abombada y el cuello cuadrado impiden que gire; se aprieta con una tuerca | |
Tirafondo | Tornillo | Se introduce en madera con una llave; a menudo se denomina "lag bolt" |
Confusión habitual: un tornillo donde corresponde un perno
Supongamos que un diseño especifica un tornillo M10 en un soporte de acero de 4 mm, roscado para recibirlo. Sobre el papel parece correcto: la cabeza es accesible desde un solo lado y el tornillo es de Clase 8.8.
El problema es el enganche de rosca. Una regla práctica habitual exige aproximadamente un diámetro de enganche de rosca en acero, es decir, 10 mm en el caso de M10. Una placa de 4 mm solo aporta 4 mm. Con un paso de 1.5 mm, eso supone menos de tres filetes. La zona débil pasa a ser la rosca del soporte, no el tornillo de 46 kN.
La solución consiste en modificar la unión, no la clase del elemento de fijación. Haga pasar un perno M10 por un orificio de paso y apriételo con una tuerca, que aporta su propia profundidad de rosca. La misma lógica se aplica a cualquier material base delgado o blando.
Tornillo o perno: cómo elegir correctamente
Ambos lados accesibles, unión desmontable en el futuro: perno y tuerca.
Acceso por un solo lado o taladro ciego: tornillo en un agujero roscado, siempre que la pieza base tenga espesor suficiente para sostener la rosca.
Carga lateral (cortante): perno con el vástago liso en el plano de corte.
Madera: tirafondo atornillado en la madera, o un perno de carruaje pasante con una arandela y tuerca.
Ambiente húmedo o exterior: acero inoxidable o acero con recubrimiento; a continuación, verifique la resistencia. A2-70 (700 MPa) queda por debajo de la Clase 8.8 (800 MPa). En las Clases 10.9 y 12.9, el recubrimiento electrolítico puede provocar fragilización por hidrógeno; el recubrimiento de escamas de zinc lo evita.
Cuando un plano no resulta claro, conviene preguntar cómo debe apretarse la unión. Eso resuelve antes la duda entre perno y tornillo que el propio nombre de la pieza.
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Preguntas frecuentes
¿Se puede utilizar un perno hexagonal en un taladro roscado?
Sí, siempre que el tamaño y el paso de la rosca coincidan y que el enganche roscado sea suficiente para evitar que se barran las roscas internas. Solo entra en trabajo la longitud roscada, por lo que conviene verificar la longitud de rosca de un perno parcialmente roscado. Si el plano especifica un tornillo de cabeza, confirme la clase antes de sustituirlo.
¿Cuál es la diferencia entre un perno y un espárrago?
Un espárrago no tiene cabeza y va roscado en ambos extremos, o a lo largo de toda su longitud. Un extremo se atornilla en un taladro roscado y el otro recibe una tuerca. Véase varillas roscadas y espárragos.
¿Cuál es la diferencia entre un perno y un tornillo prisionero?
Un perno une dos piezas mediante apriete. Un tornillo prisionero no tiene cabeza y fija un collarín, un engranaje o una polea al eje presionando su punta contra éste. Véase tornillos prisioneros.
¿Puedo reemplazar un perno de Grado 5 por un perno de Clase 8.8?
La resistencia es similar (120 ksi equivale a unos 827 MPa, frente a 800 MPa), pero los sistemas de rosca son distintos. Las roscas en pulgadas y métricas no son intercambiables, por lo que debe sustituirse el conjunto completo: perno, tuerca o taladro roscado.
Fuentes: ASME B18.2.1; SAE J429; ISO 898-1; ISO 3506-1; ISO 10683.
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