Tuercas y Pernos de Brida
Se presta mucha atención a la selección correcta de la brida y la junta, mientras que a menudo se descuida la selección de los sujetadores adecuados. Todos los componentes de un ensamblaje de brida deben ser apropiados para garantizar y mantener una unión sin fugas; pernos, espárragos y tuercas son los sujetadores que permiten que esto ocurra. Esta sección aborda pernos, espárragos, tornillos, tuercas, arandelas, procedimiento de atornillado y su importancia en relación con las bridas.
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Criterios de Atornillado
El criterio de atornillado para una brida específica está determinado por la norma correspondiente. Por ejemplo, una brida de cierto tamaño y clase puede tener los siguientes factores predefinidos:
- Número de pernos requeridos.
- Longitud del perno requerido.
- Diámetro del perno requerido.
- Material del perno requerido.
- Posición de los pernos en la hoja de la brida.
El número de pernos requerido siempre será un múltiplo de 4, por ejemplo, 4, 8, 12, 16, etc. A medida que aumenta el tamaño y la clase de una brida, también aumenta el número de pernos requeridos y su diámetro.
Pernos
Los pernos tienen un cuerpo cilíndrico con una rosca en un extremo y una cabeza en el otro; los pernos tienen vástagos no cónicos. Los pernos pueden fabricarse de varios materiales, pero el acero es el más común en las industrias de ingeniería. La contraparte de un perno es la tuerca, que forma su sujetador hembra. Otros tipos comunes de sujetadores incluyen el tornillo (tornillo de fijación) y los tipos de espárragos.
Terminología del Perno
Los pernos con cabezas hexagonales se utilizan en las industrias química y de petróleo y gas; se les conoce como pernos hexagonales o pernos de 6 puntos debido a su forma hexagonal de 6 lados. Usar una llave de 6 puntos con un perno hexagonal reduce la probabilidad de que el perno se deforme cuando se aplica torque (conocido como ‘redondear el perno’).
Las cabezas de los pernos pueden tener más de 6 lados, por ejemplo, un perno de 12 puntos, lo que permite que una llave se acople a la cabeza del perno desde más ángulos; esto es útil cuando se trabaja en un área confinada donde el acceso al perno es difícil. Aumentar el número de puntos de contacto también aumenta la cantidad de torque que se puede aplicar sin redondear la cabeza del perno. Los pernos de 12 puntos se utilizan a menudo en la industria automotriz, particularmente para ensamblar motores de combustión donde los pernos son difíciles de acceder y deben apretarse a un alto torque.
Consejo – la probabilidad de redondear una cabeza de perno aumenta a medida que la diferencia entre el número de puntos del perno y el número de puntos de la llave aumenta. Acoplar una llave de 12 puntos a un perno de 6 puntos reducirá el área de contacto entre la llave y la cabeza del perno. Esto aumenta la presión que actúa sobre las esquinas de la cabeza del perno (presión = fuerza / área) y, por lo tanto, aumenta la probabilidad de redondear la cabeza del perno. El mismo principio exacto se aplica al conectar una llave o un casquillo a una tuerca.
Casquillo y Tuerca de 6 Puntos, Casquillo de 12 Puntos y Tuerca de 6 Puntos, Casquillo de 12 Puntos y Tuerca de 12 Puntos
Tornillo
Un tornillo es esencialmente un perno, pero tiene una rosca a lo largo de toda su longitud; no tiene vástago o tiene un vástago cónico.
Espárrago
Un espárrago tiene una o dos roscas y generalmente tiene un vástago entre las roscas. Las roscas de un espárrago no necesitan coincidir, es decir, pueden tener geometría diferente. Al considerar bridas, los espárragos tendrán la misma geometría de rosca en ambos extremos y tendrán dos tuercas acompañantes; el apriete de las tuercas comprime las caras de la brida juntas, formando un sello.
Tornillo, Perno y Espárragos
Tuercas
Las tuercas son la parte hembra de un ensamblaje roscado. Las tuercas hexagonales tienen una rosca a través de su eje central, son de 6 lados y tienen caras de carga y no de carga. La cara no de carga tiene un chaflán de 30⁰ y mira hacia afuera de la hoja de la brida. La cara de carga no tiene chaflán, mira hacia la hoja de la brida y debe estar separada de la brida mediante una arandela. Algunas tuercas tienen una arandela incorporada en su diseño y, por lo tanto, no se requiere una arandela adicional. Los materiales para las tuercas están determinados por normas asociadas; ASTM es uno de los proveedores de estas normas.
Tuerca Hexagonal
Consejo – el sujetador macho debe sobresalir a través de su tuerca asociada por varios hilos cuando está completamente apretado. Si el sujetador macho no pasa completamente a través de la tuerca, estará sometido a más estrés del previsto y puede fallar. Esta mala práctica durante el ensamblaje de sujetadores se conoce como ‘atornillado corto’, es un modo de falla común en muchas plantas industriales.
Arandelas
Las arandelas son elementos en forma de disco con un agujero perforado a través de su eje central; se insertan entre los sujetadores y el componente que se está sujetando. Hay tres grupos principales de arandelas, que son los tipos planos, de resorte y de bloqueo. De estos tres grupos principales surgen muchas otras variaciones de arandelas, aunque generalmente tienen uno de los siguientes propósitos, o una combinación de ellos:
- Distribuir la carga del sujetador - para que los bordes de una cabeza de perno no corten la superficie del elemento que se está sujetando; este es el uso más común de las arandelas.
- Aislar eléctricamente el sujetador del elemento que se está sujetando - previene la corrosión galvánica.
- Crear tensión residual en el sujetador - la fuerza tensil evita que el sujetador se afloje con el tiempo (a menudo se usa en maquinaria que vibra excesivamente).
Las arandelas pueden usarse -y se usan- en combinación con otras arandelas, como al colocar una arandela plana entre una arandela de resorte y el elemento que se está sujetando. También es posible que una sola arandela realice una función dual, como cuando una arandela plana se usa para distribuir la carga del sujetador y aislar eléctricamente el sujetador del elemento que se está sujetando. Las arandelas utilizadas para aislar eléctricamente componentes suelen fabricarse con materiales a base de polímeros debido a sus propiedades aislantes.
De los tres grupos principales de arandelas discutidos, las arandelas planas son, con mucho, el tipo más común de arandela.
Consejo - las arandelas planas también se conocen como arandelas ‘planas’. Las arandelas de resorte también se conocen como arandelas ‘Belleville’. Las arandelas de bloqueo también se conocen como arandelas ‘estrella’.
Procedimiento de Atornillado
Para aplicaciones de baja presión y baja temperatura, las bridas generalmente se aprietan a mano usando una llave/llave inglesa. Para presiones y temperaturas más altas, se pueden usar llaves de torque. Las llaves de torque permiten al personal apretar las tuercas a un torque específico y, por lo tanto, asegurar que se obtenga una cierta presión de sellado; una herramienta alternativa es un tensador hidráulico (para espárragos). Independientemente de la herramienta de apriete utilizada, las bridas siempre deben apretarse en cruz durante el ensamblaje.
El apriete en cruz de las bridas asegura que la brida esté cargada uniformemente a través de sus caras de sellado. La carga desigual a través de las caras puede llevar a una brida sesgada/inclinada y/o una junta pellizcada; cualquiera de estos problemas aumentará la probabilidad de que la brida no selle correctamente.
Procedimiento de Apriete de Pernos
La imagen de arriba muestra el orden en que se deben apretar los pernos para tres tamaños de brida diferentes; el orden se conoce como el ‘procedimiento de apriete de pernos’.
Brida con Procedimiento de Apriete Indicado
Alineación
La correcta alineación de las bridas durante la instalación es crítica si se desea obtener un sello confiable. La desalineación de las bridas causa carga desigual a través de las caras de la brida, lo que reduce la probabilidad de obtener y mantener un sello. La desalineación también causa carga desigual a través de los sujetadores de la brida, lo que aumenta la probabilidad de que falle el sujetador más estresado.
La desalineación se clasifica como paralela o angular dependiendo de la dirección de la desalineación en relación con las hojas de la brida. Normas como ASME PCC-1 ofrecen orientación sobre procedimientos de ensamblaje de pernos y las verificaciones involucradas para eliminar la desalineación.
Alineación y Desalineación de Bridas
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Flange_nut
https://en.wikipedia.org/wiki/Bolt_(fastener)
http://blog.mutualscrew.com/2015/07/07/multiple-uses-of-flange-bolts