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• Stevan Rodriguez Villarroel

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MECANISMOS DE UNION DE TUBERIAS CON BRIDAS

Facultad de Ciencias Agropecuarias Escuela de Ingeniería Agrícola

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MECANISMOS DE UNION DE TUBERIAS CON BRIDAS

“Mecanismos de unión de tuberías con bridas” Alumnos: Curso:

Minchola Alva, Lenin Análisis de elementos de máquinas y

mecanismos Docente: Ciclo:

Mg. Héctor Aguado Meré VI Trujillo – Perú 2014

MECANISMOS DE UNIÓN DE TUBERIAS CON BRIDAS

1. INTRODUCCION.

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MECANISMOS DE UNION DE TUBERIAS CON BRIDAS

Brida es el elemento que une dos componentes de un sistema de tuberías, permitiendo

ser

desmontado

sin

operaciones

destructivas,

gracias

a

una circunferencia de agujeros a través de los cuales se montan pernos de unión. Las bridas son aquellos elementos de la línea de tuberías, destinados a permitir la unión de las partes que conforman esta instalación, ya sean tubería, válvulas, bombas u otro equipo que forme parte de estas instalaciones. La brida es un elemento que puede proveerse como una parte separada o venir unida desde fabrica a un elemento para su instalación, ya sea una válvula o un tubo, etc. Existe una diversidad de diseños,

dimensiones,

materiales

y

normas de fabricación 2. GENERALIDADES. Por la gran variedad de bridas que existen nos hace considerar un apartado diferente al de los accesorios forjados, aunque están encuadradas dentro de los mismos. Se emplea fundamentalmente para unir tuberías con válvulas, tuberías de equipos, etc., con el fin de facilitar el montaje y el desmontaje de las tuberías. La norma que define las dimensiones de las bridas más utilizadas es norma ANSI B.16.5, aunque existen otras normas dimensionales como la MSS-P-44, la AWWA, la API, etc. Se unen siempre con pernos y juntas entre las caras de contacto, para asegurar una hermeticidad que evite las fugas de fluido transportado. El mínimo de huecos para pernos es siempre cuatro y, según aumenta el diámetro nominal y/o la presión, va aumentando el número de hueco, siempre en múltiplos de cuatro. 3

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3. CLASIFICACION DE LAS BRIDAS. Las bridas se pueden clasificar por los tres factores más importantes que las definen tales como tipo, presión y forma de sellado. 4. TIPOS DE BRIDAS. Por tipo de unión: A).- Brida de Cuello (Welding-neck). B).- Brida Lisa o Deslizante (Slip-on). C).- Brida Loca (Lap-joint). D).- Brida de Enchufe (Socket- Weld). E).- Brida Roscada (Threaded). F).- Brida Ciega (Blind). NPS: tubería estándar recta

4.1 BRIDA DE CUELLO (WELDING NECK) Este tipo de brida es el más utilizado a partir de 2” NPS () en adelante, en servicios de condiciones severas, alta presión y temperatura, y servicios criogénicos. También pueden ser reductoras.

4.2 BRIDAS DESLIZABLES (SLIP-ON) Estas bridas se utilizan a partir de 2” NPS en adelante

en

condiciones

de

servicio

moderadas, cuando el espesor de la tubería no permite bisel. Se unen a la tubería mediante una soldadura interna o de sellado y una externa o de refuerzo. Un cálculo teórico indica una resistencia mecánica, al trabajar bajo presión, de2/3 y 4

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bajo condiciones de fatiga, de sólo 1/3 respecto a un flange welding-neck. Por esta razón su uso se limita a diámetros de cañería desde 1/2’’ hasta 2 1/2’’ en clase 1500 ANSI. 4.3 BRIDA DE ENCHUFE (SOCKET WELD) Estas

bridas

conexiones roscadas.

se

donde Se

usan

en

se

prefiere

emplea

en

pequeñas a

las

servicios

moderados y en tamaños pequeños 3” NPS y menores. Puede ser también reductora. 4.4 BRIDA ROSCADA (THREADED) Esta brida se emplea donde la hermeticidad no es absolutamente indispensable. La tubería debe ser deconstrucción roscada y, generalmente en diámetros pequeños 2” NPS y menores. Puede ser reductora. No son apropiados para

aplicaciones

a

alta

temperatura

o

condiciones de flexión lateral, especialmente cíclicas, donde conducirían a fugas por el hilo, después de unos pocos ciclos de expansión-contracción.

4.5 BRIDA CIEGA (BLIND FLANGE) Se utiliza en todos los tamaños, para cerrar extremos bridados que ocasionalmente se quieran destapar para mantenimiento o en previsión para futuras conexiones. Pueden ser utilizados en cualquier condición de servicio. 4.6 BRIDA LOCA (LAP-JOINT)

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Esta brida no va soldada, y en ella, se alojan los accesorios denominados STUB-ENDS, que son del mismo material de la tubería. Se emplean en servicios que requieran frecuente inspección

y

desmontaje.

No

son

recomendables en puntos sujetos a constantes flexiones.

4.7 BRIDAS DE ORIFICIO Usadas para medir el flujo de líquidos y gases en líneas de tuberías. Entre ambos langes se coloca una placa con un orificio de menor diámetro que la tubería en su interior, lo que produce una caída de presión entre ambos lados de la placa. Los flanges poseen perforaciones con hilo cónico, normalmente selladas con pernos, usadas para la medición. 5. TIPOS DE JUNTAS EN LAS BRIDAS El encaramiento es la forma de la cara de la brida donde va instalado la junta o empaque y es donde se efectúa el sello. Dentro de las más usuales tenemos:

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• Cara levantada (RF = Raised Face) • Cara Plana (FF = Flat Face) • Cara para junta de anillo (RJ = Ring Joint) • Cara para junta de anillo tipo lenteja (LSF = Lens Shaped Face)

5.1 JUNTA DE CARA LEVANTADA (RF) Este tipo de cara es el más utilizado, representa un 80% sobre los demás. El resalte sobresale de la cara 1/16” en las bridas de 150# y 300# y ¼” en los demás librajes. El acabado de la cara suele ser estriado, obtenido mediante círculos concéntricos o en espiral.

5.2 JUNTA DE CARA PLANA (FF) .El asiento se realiza en toda la cara de la brida y el acabado de la cara suele seres triado, obtenido mediante círculos concéntricos o en espiral moderada. Se utiliza en condiciones de servicio moderados. Una cara plana permite usar una empaquetadura con diámetro exterior igual al del flange o tangente a los agujeros 7

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para los pernos. Esto evita fracturas, durante el apriete, del flange de hierro fundido más frágil. Ambos flanges en una unión son iguales.

5.3 CARA PARA JUNTA DE ANILLO (RJ) Este es uno de los encaramientos más caros, pero el más eficiente en servicio de alta presión y temperatura garantizando una muy buena estanqueidad. La cara de la brida presenta un surco o ranura para el alojamiento de la junta metálica, que puede ser de sección ovalada u octagonal y que debe tener una dureza menor quela brida

5.4 CARA STUB-END Y LAP-JOINT Este tipo de encaramiento viene dado por la combinación de la brida deslizante y el accesorio STUB-END que hace las veces de resalte. La cara del flange no sella contra la empaquetadura sino que es la cara del stub-end la que entra en contacto y sella contra la empaquetadura. Ambos flanges en una unión son iguales.

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6. CLASES DE BRIDAS El término clase se utiliza para referirse a la presión nominal de diseño de un flange. De esta forma los flanges fabricados según dimensiones ASME/ANSI se dividen en clase150, clase 300, clase 400, clase 600, clase 900, clase 1500 y clase 2500 psi. Los flanges fabricados según norma DIN utilizan la denominación PN 6, PN 10, PN 16,PN 25, PN 40, PN 64, PN 100, PN 250, PN 400 bar ( a veces todavía se usan las letras ND del alemán ‘’Nenndruck’’, en vez de PN).

7. NORMAS DE FABRICACIÓN PARA BRIDAS

EN 1092-1: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, Designación PN - Parte 1: Bridas de Acero

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Esta norma europea especifica los requerimientos para bridas de acero circulares en designaciones PN de PN 2,5 a PN 400 y tamaños nominales desde from DN 10 hasta DN 4000. Esta norma específica los tipos de bridas y su perfil de cara, dimensiones, tolerancias, roscas, tamaño taladros, acabado superficial de la superficie de la cara de la brida, marcas, materiales, ratios de presión/ temperatura y peso de las bridas. EN 1092-2: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, Designación PN - Parte 2: Bridas de Fundición de Hierro Este documento especifica los requerimientos de bridas circulares hechas de fundición dúctil, gris y maleable para DN 10 a DN 4000 y PN 2,5 a PN 63. También especifica los tipos de bridas y sus perfiles de cara, dimensiones y tolerancias, tamaños de los taladros, acabado superficial de las caras, marcas, testing, calidad y materiales junto a los ratios de Presión y Temperatura (P/T) asociados. EN 1092-3: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, Designación PN - Parte 3: Bridas de Aleaciones de cobre Este documento especifica los requerimientos de las bridas circulares de aleación de cobre con designación PN desde PN 6 a PN 40 y tamaños nominales de DN 10 a DN 1800. EN 1092-4: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, Designación PN - Parte 4: Bridas de aleaciones de Aluminio Esta norma específica los requerimientos para bridas circulares de designación PN para tuberías, válvulas, conectores y accesorios hechos de aleación de aluminio en el rango de DN 15 a DN 600 y PN 10 a PN 63. Esta norma específica los tipos de bridas y sus perfiles de cara, dimensiones y tolerancias, tamaños de 10

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los taladros, acabado superficial de las caras, marcas y materiales junto a los ratios P/T asociados. Las bridas tienen como destino tuberías y recipientes a presión. EN 1759-1: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, Class designated - Parte 1: Bridas de acero, NPS 1/2 a 24 Esta norma europea especifica las bridas de acero, designaciones de las Class. La norma específica las dimensiones, tolerancias, materiales, P/T ratios y condiciones técnicas de suministro. EN 1759-2: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, designación PN - Parte 2: Bridas de fundición de hierro Este documento especifica los requisitos para las bridas circulares de fundición de hierro dúctil, gris y maleable para DN 10 a DN 4000 y PN 2,5 a PN 63. También especifica los tipos de bridas y su encaramiento, dimensiones y tolerancias, tamaños de tornillos, acabado superficial de las caras de la junta, marcaje, testing, calidad y materiales, todo ello asociado a los diagramas de presión/temperatura (p/T).

EN 1759-3: Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, designación de la Class - Parte 3: Bridas aleadas de cobre Este documento especifica los requisitos para las bridas circulares aleadas de cobre las designación de la Class, Class 150 y Class 300 y tamaños nominales desde DN 10 a DN 900 (NPS 1/2 hasta NPS 36). EN 1759-4: 11

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Bridas y sus juntas - Bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios, designación de la Class - Parte 4: Bridas aleadas de aluminio Esta norma específica los requisitos para la designación de las Class en bridas circulares para tuberías, válvulas, conectores y accesorios de aleación de aluminio en el rango de DN 15 hasta DN 600 (NPS 1/2 a NPS 24) y Class 150 a Class 300. Esta norma específica los tipos de bridas y su encaramiento, dimensiones y tolerancias, tamaños de los tornillos, acabado superficial de sus caras, marcaje y materiales, todo ello asociado a los ratios p/T. EN 1515-1: Flanges and their joints. Bolting. Selection of bolting EN 1515-2: Flanges and their joints. Bolting. Classification of bolt materials for steel flanges, PN designated EN 1515-3: Flanges and their joints. Bolting. Classification of bolt materials for steel flanges, class designated.

8. DIMENSIONES Y TOLERANCIAS ASME La norma más frecuentemente usada en nuestro medio proviene de USA. Actualmente es conocida como ASME B16.5-1996 (unas 170páginas aprox.) y se refiere a flanges para cañerías y flanges integrados a fittings, válvulas, bombas etc. Esta norma ha sufrido una evolución en el tiempo desde su nombre inicial ASA B16e-1932, pasando por ANSI B16.5-1973 hasta ANSIB16.5-1981, luego por ASME/ANSI B16.5-1988y finalmente ASME B16.5-1996. Es por eso que algunos

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usuarios hablan de flanges ASA, flanges ANSI y flanges ASME para referirse a la misma norma de dimensiones y tolerancias. La norma ASME B16.5-1996, también habla de los materiales utilizables para la fabricación de flanges pero en referencia a las normas de fabricación ASTM recomendadas en cada caso. Los materiales los divide en 34 grupos: 1.1 a 1.14, 2.1 a2.8, 3.1 a 3.16 existiendo en la norma, para cada grupo, una tabla temperatura-presión diferente que describe la máxima presión de trabajo recomendada para cada temperatura. La norma ASME B16.5-1996 describe las diversas formas de flanges y fittings con flange integrado, dando todas sus dimensiones y tolerancias en cada caso. También se refiere a las dimensiones de los distintos tipos de caras o uniones y a los materiales y dimensiones de los diversos tipos de empaquetaduras. Hace referencia a los pernos y/o espárragos

con

sus

tuercas,

recomendados, como también a sus normas

ASTM

de

fabricación

y

normas ASME para las dimensiones. Para los flanges con hilo, da los detalles de dimensiones haciendo referencia a la norma para hilo (conocido como NPT): ANSI/ASME B1.20.1-1983, reafirmada en 1992.El caso particular de los flanges de orificio (para la medición de flujos) es cubierto por la norma ASME B16.36-1996, que en sus aspectos generales hace referencia a la norma ASME B16.5-1996. 9. DESCRIPCION DE UNA BRIDA • Nombre (Flange, pipe) • Tamaño nominal (NPS) • Tipo de conexión (Type) WN, SW, THD, SLIP-ON Etc. • Clase (Class) 150, 300, 600, 900 Etc. 13

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• Cara (Face) RF, RFS, FF, LSF, Etc. • Cédula (Schedule) para bridas tipo WN y SW • Norma de construcción y grado del material (Material standard: A105, A182Gr.F5. A182 GR.F304 Etc. • Estándar de la brida (Flange standard) ANSI B16.5 • Condiciones especiales Certificaciones, empaque estampado Etc.

No exceder los 800ºF para F304L y 304L

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Uniones bridadas En los puntos donde la tubería se conecta a equipos (tanques, bombas, válvulas etc.) o en tramos muy largos de tuberías; se deberán colocar uniones bridadas para facilidad de operación. Las dimensiones de bridas, excepto los espesores de cara de brida y tornillería corresponden a los estándares ANSI B 16.5 para 150 psi. Recomendamos para unir los pares de bridas, se coloque un empaque de elastómero de al menos 5 mm de espesor, cuya Dureza sea entre 60 y 80 Shore A; este empaque debe ser liso y de cara completa (FF). Se deben emplear tornillos de cabeza hexagonal, con doble rondana plana (en ambas caras de la brida de FRP), instalar si se desea rondana de presión y tuerca hexagonal. El tornillo debe lubricarse previamente. El ajuste de las tuercas debe hacerse a mano y en forma suave; empleando un torquímetro cuidando de no exceder de 14 N-m (10 lb-ft). Se debe seguir la siguiente secuencia en el ajuste de las tuercas.

Dimensiones de boquillas bridadas

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10. MONTAJE DE UNA BRIDA. 17

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Las Directivas actuales para controlar las emisiones y eliminar por completo las fugas en las tuberías y los conjuntos de recipientes a presión han conducido a actividades orientadas a la plena comprensión de las complejidades que afectan el atornillado. El montaje de una brida atornillada parece relativamente simple, pero la integridad de la unión depende en gran medida de la habilidad y aplicación del instalador. Una inspección adecuada y la selección de materiales, junto con una técnica de montaje documentada, segura y controlada son fundamentales

para

asegurar

un

montaje

atornillado fiable. Hay que seguir estos 5 pasos para el proceso de montaje: Limpiar y examinar los componentes de montaje: Retire todos los materiales extraños de las superficies de asiento, bridas de sujeción, tuercas y arandelas utilizando herramientas que no dañen el equipo. La limpieza de la brida debe tener lugar en una vía o dirección que se corresponde con la trayectoria dentada y no a través de las estrías. Examine superficies de las bridas para ver si hay corrosión por picadura, grietas, las puntuaciones radiales, marcas de herramientas pesadas o cualquier cosa que pudiera impedir asentar la junta. Siempre que sea posible, utilice una regla para comprobar si hay deformaciones. Quitar la pintura vieja y el lubricante de la superficie de la tuerca de sustentación de las alas. Examine defectos en los elementos de sujeción, tuercas y arandelas, tales como rebabas o grietas.

Alinear las bridas:

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Alinear las caras de las bridas y los agujeros de los pernos sin uso de fuerza excesiva, reportando cualquier falta de alineación. Cuando la alineación no es posible sin una fuerza excesiva, los métodos de alineación aceptables incluyen la eliminación y la reinstalación del equipo en la posición correcta o uso uniforme de calor para aliviar las tensiones. La alineación correcta permite el máximo contacto de la superficie de asiento, la máxima oportunidad para la carga de la junta uniforme y reducir la fricción entre la tuerca y la brida. Instalar la junta: Asegúrese de que la junta es del tamaño y material para el montaje. Asegúrese de que la junta esté libre de defectos. Deben ser transportados al lugar de trabajo de una manera que se mantenga protegida, hasta el tiempo de instalación. Los

tornillos

y

arandelas

se

deben

comprobar para el diámetro apropiado, la longitud, hilos por pulgada, el grado y condición. Introduzca con cuidado la junta, centrada de manera apropiada entre las bridas. No obligue a la junta Algunas juntas grandes pueden requerir el uso de un adhesivo para mantener en su lugar. El adhesivo debe ser aprobado por el fabricante, los ingenieros de proceso y el metalúrgico. Cinta adhesiva, petróleo, compuestos de junta o agentes de liberación no se recomiendan para este propósito. Se debe tener cuidado de mantener los materiales no deseados fuera del proceso. Los tornillos deben ser colocados en los agujeros del perno de manera que protejan las roscas. Las Tuercas deben ser ensambladas con la superficie de apoyo plana contra la brida o arandela. Cuando está montado, los tornillos deben tener el mismo perfil en ambos lados, pasando a través de la brida en ángulo recto. Las arandelas deben descansar paralelas a la superficie de la brida. Traiga 19

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las bridas lentamente, en ángulo recto y con cuidado, asegurándose de que la junta no quede pillada o dañada. Control de la fricción de los tornillos: Usar un lubricante especificado o aprobado, adecuado para el servicio. Aplicar el lubricante generosa y uniformemente a todo contacto con rosca, tuerca y arandela. Excepto cuando se instala en los agujeros roscados, aplicar lubricante después de que el tornillo está instalado en las bridas asegura que la contaminación de la brida o la junta no se produce. Control de la fijación del tornillo Consultar el torque o especificaciones de tensado del fabricante de la junta o del departamento de ingeniería de la compañía para orientarse. Primero, contactar la junta usando solo fuerza suficiente para tensar los tornillos ligeramente y estabilizar el montaje Apretar los tornillos con una llave de estrella, comprobando que la brida está sujeta incluso a intervalos de noventa grados. No debería haber en esta fase una compresión de la junta importante. Una vez que el montaje está estabilizado, aplicar solo una fuerza de tensado o apriete media (20 a 50 por ciento del objetivo carga) usando la misma llave de estrella. En la siguiente pasada, aumentar la fuerza a un fuerza amplia pero restringida (60 o 70 por ciento). A continuación incrementar la fuerza hasta acercarse a una fuera plena (90 o 100 por cien de la carga)

11. MANTENIMIENTO DE LAS BRIDAS. En instalaciones de conducciones industriales, las conexiones de bridas pueden estar sujetas a problemas de corrosión y filtraciones... 20

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Las bridas pueden también requerir un mantenimiento regular en profundidad. La solución es nuestro sistema de protección de bridas: REMOVE FLANGEBELT®

Especificaciones Fabricado en acero inoxidable (diversos grados). El revestimiento interior puede ser de una densa espuma o de Teflon® que ofrece un sólido sellado estanco Remove Flangebelt® puede estar equipado con una probeta de vidrio como dispositivo sellado de detección de fugas. Las mayores ventajas de nuestro sistema son: Reduce la formación de óxido No hay corrosión, ya que el óxido no se puede desarrollar en las partes donde se apoya la brida. Se puede reutilizar varias veces después de desmontarlo. Se pueden detectar las fugas en bridas aisladas. Expectativa de larga duración. Instrucciones de ajuste Coloque REMOVE FLANGEBELT® alrededor de la brida.

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Utilizando un destornillador en el sistema de fijación, apriete el REMOVE FLANGEBELT® hasta que quede perfectamente ajustado. Hay disponible un sistema opcional de detección de fugas: boquilla pequeña y/o botella

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