En el ámbito de la mecánica y la construcción, las arandelas son elementos indispensables. No solo distribuyen la presión de la tuerca sobre la superficie, sino que también reducen las posibilidades de que la tuerca se afloje. Si bien al pensar en arandelas lo más probable es que se piense en el metal, las arandelas de plástico ofrecen una alternativa versátil con propiedades únicas. Son piezas planas, generalmente de forma circular, empleadas para distribuir la carga de presión o apriete y mejorar la sujeción en conexiones roscadas o ensamblajes mecánicos.
Una arandela de plástico es un disco plano fabricado generalmente de poliamida (nylon, PTFE u otros termoplásticos), diseñado para distribuir la carga de un tornillo o perno sin conducir electricidad ni corroerse. Los ingenieros utilizan arandelas que cumplen con reglas y tamaños específicos, ya que si el peso no se distribuye correctamente, las máquinas pueden vibrar y hacer ruido. Las arandelas mejoran notablemente el funcionamiento de los elementos de fijación en numerosas aplicaciones, manteniendo los sujetadores ajustados y los ensamblajes estables.
Ventajas y Propiedades de las Arandelas de Plástico
Los fabricantes prefieren las arandelas de plástico por diversas razones, destacando su resistencia a las vibraciones y la ausencia de generación de chispas. Además, son útiles cuando se necesitan materiales ligeros, inoxidables o no conductores. Sus cualidades pueden variar significativamente según el polímero utilizado.
Resistencia a la Corrosión y Agentes Químicos
- Las arandelas de plástico no se oxidan ni se dañan con productos químicos.
- Polímeros como el nylon y el PEAD soportan la exposición a sustancias químicas, ácidos y otros materiales corrosivos sin degradarse.
- El nylon, en particular, resiste a las sustancias corrosivas más duras, incluyendo ácidos y alcalinos, lo que las hace ideales para sellar plafones para pilas de combustible.
Aislamiento Eléctrico y Térmico
Las arandelas de plástico poseen excelentes propiedades como aislante eléctrico y térmico. No son conductoras, lo que las hace perfectas para aislantes eléctricos en placas de circuitos y en aplicaciones eléctricas en el sector de la construcción, donde su capacidad para soportar voltios de electricidad elevados es crucial.
Un material dieléctrico es cualquier material que impide el flujo de corriente eléctrica. En instalaciones electrónicas o vehículos, previene cortocircuitos accidentales entre componentes conductores. Este tipo de arandelas, especialmente las de nylon, bloquean las inducciones magnéticas residuales, ofreciendo inmunidad electrostática.
Resistencia al Desgaste y Baja Fricción
Las arandelas de plástico muestran propiedades de resistencia al desgaste y baja fricción, lo que las convierte en una opción ideal para fijaciones y piezas móviles. Este rendimiento es especialmente notable en rodamientos, engranajes y la mayoría de las piezas deslizantes. El nylon, por ejemplo, es ligero en comparación con el metal y ayuda a reducir el consumo de combustible en aplicaciones automotrices.
Amortiguación de Vibraciones y Sellado
El nylon se dobla fácilmente y absorbe las vibraciones, protegiendo así componentes delicados. Se comprime bajo presión, creando un sellado estanco incluso en condiciones ambientales adversas. Esto es clave para evitar la fatiga por vibración, un daño acumulativo causado por movimientos repetitivos de baja amplitud, especialmente visible en metales blandos.
SISTEMA ALIMENTADOR POR VIBRACION
Tipos Específicos de Arandelas de Plástico y sus Características
Las arandelas de plástico se fabrican con diferentes polímeros, cada uno con propiedades específicas que las hacen adecuadas para distintas aplicaciones:
Nylon (Poliamida PA6, PA66)
- El Nylon PA6 PA66 ofrece alta resistencia térmica, soportando ciclos constantes entre -40°C y +120°C continuos sin fragilización crítica.
- Posee excelente capacidad de amortiguamiento y es auto-lubricante natural.
- Una arandela de nylon negro, en particular, ofrece protección contra desgaste, corrosión y aislamiento eléctrico. Su pigmentación con carbono mejora la absorción UV y la disipación térmica, extendiendo su vida útil en exteriores hasta un 30% respecto a modelos transparentes o blancos.
PEAD (Polietileno de Alta Densidad)
- Posee buenas propiedades eléctricas.
- Muestra una buena resistencia al impacto y una baja absorción del agua.
- Se utiliza de forma generalizada en la construcción, en componentes de refrigeración y en artículos deportivos de invierno debido a su resistencia a impactos a baja temperatura.
- Sus usos varían desde aplicaciones alimentarias hasta depósitos de aceite.
Teflón (PTFE)
Estas arandelas son muy resbaladizas y resistentes a los productos químicos. Soportan temperaturas muy altas, lo que las hace idóneas para ambientes calientes o con presencia de químicos. Las arandelas de teflón resisten el calor y los productos químicos, por lo que duran más.
Silicona
Las arandelas de silicona son muy flexibles y sellan bien, funcionando eficazmente incluso con grandes cambios de temperatura. Las arandelas de goma, en general, son suaves, sellan herméticamente, absorben las vibraciones y protegen herramientas delicadas.
Selección y Aplicación Correcta de Arandelas
Elegir y colocar la arandela adecuada es fundamental para la seguridad y resistencia de cualquier proyecto. El tamaño es de suma importancia, ya que una arandela demasiado pequeña no distribuirá bien el peso, y una demasiado grande podría no encajar correctamente.
Criterios Clave para la Elección
- Compatibilidad de materiales: El material de la arandela debe coincidir con el del elemento de fijación y la superficie. Para trabajos eléctricos, el nylon es una buena opción.
- Necesidades de carga: Considere cuánto peso soportará la arandela. Para trabajos pesados, como la construcción, se necesitan arandelas de acero resistentes, aunque el plástico puede complementar en ciertas funciones.
- Medio Ambiente: Evalúe la exposición a humedad, productos químicos o calor. Las arandelas de plástico funcionan bien donde las de metal podrían no hacerlo, gracias a su resistencia a la corrosión.
- Tipo de arandela: Cada tipo de arandela (plana, elástica, de seguridad, especializada) tiene una función específica.
- Estándares: Siga las normas (como ISO 887:2000 o ASTM F436/F436M-19) para garantizar la seguridad y el rendimiento.
Identificación del Tamaño Correcto
Una regla práctica es que la arandela debe tener un orificio interior justo mayor que el diámetro nominal del tornillo, nunca menor ni significativamente superior.
- Identifique el código del tornillo: Por ejemplo, "M3 x 12" significa que el diámetro nominal es de 3 mm.
- Busque el valor exacto del diámetro interno: Use tablas normalizadas ISO o DIN para la medida recomendada para ese tornillo.
- Realice una prueba física: El tornillo debe pasar por el centro de la arandela con ligera resistencia, sin forzar y sin holgura perceptible.
- Verifique el ajuste: El borde exterior de la arandela debe abrazar firmemente la cabeza del tornillo sin dejar espacios laterales grandes.
Es crucial evitar usar una arandela grande para compensar la falta de agarre. Por ejemplo, si el perno tiene 10 mm de ancho, las normas podrían sugerir una arandela con un orificio de 10.5 mm y un diámetro exterior de 20 mm.
| Tipo de Tornillo | Diámetro Interno Ideal Arandela (mm) | Holgura Permitida Máx. (mm) | Recomendación Final |
|---|---|---|---|
| M2 | 2.0 - 2.1 | ≤ 0.1 | Perfecto |
| M2.5 | 2.5 - 2.6 | ≤ 0.1 | Excelente |
| M3 | 3.0 - 3.1 | ≤ 0.1 | Óptimo |
| M4 | 4.0 - 4.1 | ≤ 0.1 | Confiable |
| M5 | 5.0 - 5.2 | ≤ 0.2 | Admisible |
| M6 | 6.0 - 6.2 | ≤ 0.2 | Uso moderado |
| M8 | 8.0 - 8.3 | ≤ 0.3 | Solo para bajos pares |
Estos valores de holgura superiores permitidos se justifican solo si existe flexibilidad inherente en el material base (como placas de ABS). Sin embargo, no se deben aplicar tolerancias altas en uniones críticas como suspensión, frenos o sistemas energizados.
Instalación y Mantenimiento
Colocar las arandelas correctamente es tan importante como elegir el tipo adecuado. Siempre debe colocarse la arandela entre el tornillo y la superficie. Es fundamental no apretar demasiado, ya que esto puede dañar la arandela. En ocasiones, apilar más de una arandela puede ayudar a distribuir mejor el peso.
Durante el mantenimiento, se debe verificar con frecuencia si hay desgaste, óxido o daños. Algunas arandelas, como las lisas, se pueden reutilizar si no están dañadas. Sin embargo, no se recomienda reutilizar las arandelas de seguridad ni las de goma, ya que se desgastan con el uso. Las arandelas de seguridad impiden que los tornillos se aflojen debido a vibraciones o movimientos.
Arandelas Especializadas y su Rol
Además de las arandelas planas, existen tipos especializados que cumplen funciones específicas:
- Arandelas elásticas (Grower o Belleville): También conocidas como arandelas de resorte, están diseñadas para doblarse y soportar vibraciones, manteniendo una gran tensión y presión en conexiones sujetas a vibraciones. Un estudio de la Universidad de Salerno demostró que las arandelas Belleville reducen la pérdida de precarga al 10%, en comparación con el 30% con arandelas planas.
- Arandelas onduladas: Estas arandelas actúan como cojines y brindan un soporte ligero.
- Arandelas de seguridad (dentadas): Conocidas también como arandelas dentadas, presentan dientes en su superficie para crear una fricción adicional entre las superficies de unión, evitando que los pernos y tornillos se aflojen debido a vibraciones o giros. Se utilizan en automóviles, aviones y otras industrias que requieren seguridad.
- Arandelas de retención (Seeger): Son círculos o anillos que se colocan en ranuras de un eje o en agujeros para retener componentes.
- Arandelas de bloqueo por cuña: Utilizan tensión en lugar de fricción para asegurar las uniones fijadas en aplicaciones de alta vibración y carga. Cada arandela tiene levas en un lado y dientes radiales en el otro, y los lados de las levas suelen estar pegados entre sí. Cuando la junta se expone a una carga pesada o vibración, el diseño de cuña lo impide.
- Arandelas con sensor de carga: Estos nuevos diseños permiten medir la fuerza de sujeción con precisión, lo cual es crucial en sectores como la aviación y la construcción.
Las arandelas especializadas solucionan problemas que las convencionales no pueden. Por ejemplo, en ambientes calientes o con presencia de productos químicos, donde las arandelas comunes se desgastan rápidamente, las arandelas de teflón resisten el calor y los químicos, durando más.
SISTEMA ALIMENTADOR POR VIBRACION
En resumen, las arandelas son clave para mantener las máquinas seguras y funcionando correctamente. Distribuyen el peso, reducen las vibraciones y protegen las superficies, asegurando que los elementos de fijación cumplan su función. Al elegir la arandela adecuada, es esencial considerar su material, tipo y tamaño para optimizar la eficiencia y la seguridad en diversas aplicaciones industriales y comerciales. Expertos afirman que las arandelas cumplen con las normas de seguridad sin perder calidad.